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技巧:镀黑镍工艺及其故障排除


发布时间:05/26/19 09:09:09  来源:环球电镀网

 

黑镍镀层是一种金属物相与非金属物相混合沉积的镀层,并不是镍和锌形成的合金固溶体。

镀液配方不同,其形成的镀层的成分也略有差异;但从镍盐、锌盐及硫氰酸盐类镀液中获得的黑镍镀层基本上含镍40%~60%,锌20%~30%,硫10%~15%,有机物10%左右。

镀液中的金属离子并非单独在阴极上放电沉积,而是与阴极上硫氰酸盐还原出的硫离子作用,生成NiS及ZnS,这些非金属相的硫化物随镍离子在阴极上放电沉积而沉积,从而形成黑镍镀层。

黑镍镀层厚度一般在2μm左右。由于镀层性能及结构的原因,其耐蚀性及耐磨性都较差;在钢铁基材上镀黑镍,其结合力很差。

因此,要在钢铁上镀黑镍,应先镀覆铜或镍作底层,以提高其与基材的结合力,增强其耐蚀性及耐磨性。

黑镍镀层主要用于光学工业、武器制造业、建材、装饰性日用品及铭牌加工行业等。

黑镍对太阳能的辐射具有很高的吸收率,现又被大量用于太阳能集热板,为节能做出应有的贡献。

 

01镀黑镍液的配方、工艺流程及工艺规范

 

1工艺流程

 

钢铁件:化学除油─电解除油─清洗─活化─清洗─镀红铜─清洗─浸稀酸─清洗─镀酸铜─清洗─镀黑镍。

黄铜件:化学除油─清洗─活化─氰化镀铜─清洗─浸稀酸─清洗─镀黑镍。

 

2镀液配方及工艺规范

 

01镀黑镍液配方中各组分的作用

 

1硫酸镍(或氯化镍)

它们是镀液中的主盐,在镀液中起双重作用:一方面与由硫氰酸盐还原出来的硫离子作用,生成NiS;另一方面又要利用自身的沉积,夹杂着NiS、ZnS及一些有机物在阴极上沉积,形成黑镍镀层。

 

2硫酸锌(或氯化锌)

它们在镀液中也起双重作用:一方面,在含有硫氰酸盐的镀液中,Zn2+的存在能使阴极电位变负,使硫氰酸盐在阴极上还原出硫离子;另一方面,镀液中的Zn2+与游离的硫离子反应,生成的ZnS夹杂于由Ni2+在阴极上放电所生成的沉积物之中,从而形成黑镍镀层。

另外,Zn2+在黑镍镀层中还是一种发黑添加剂。因此,锌盐在镀黑镍液中是不可缺少的组分。

 

3硫氰酸铵(或硫氰酸钾)

它们在镀液中提供硫离子,是镀层黑度的调节剂。因此,在镀黑镍液中应有足够的硫氰酸盐,使其在电化学机理的作用下,游离出充足的硫离子与Ni2+、Zn2+反应,生成足够的硫化物随Ni2+在阴极上沉积出合格的黑镍镀层。

镀液中硫氰酸盐含量偏低,则低电流密度区镀层不够黑或出现不规则的黑色条纹。

 

4硫酸镍铵

它能提高镀液的导电性及提供后备的镍离子,有助于镀层细腻。

 

5硼酸

它作为缓冲剂,调节镀液的pH。

 

01常见故障及其排除方法

 

1沉积时间较长,镀层不黑且呈灰色或黄褐色,甚至出现条纹

镀液温度太高,电解密度过大都会产生这一故障,但主要仍是因为镀液中锌含量太少。

当镀液中ZnSO4太少,Zn2+影响阴极电位变负的功能就小,硫氰酸盐无法在阴极上还原出足够的硫离子与Ni2+、Zn2+反应而生成NiS、ZnS,也就没有足够的非金属相硫化物随Ni2+在阴极上沉积,导致镀层不黑,发灰或呈黄褐色。

发生该故障时,应按工艺要求调节镀液温度及电流密度。若仍未见效,则要求分析镀液中ZnSO4(或ZnCl2)的含量,然后按工艺规范补充。

 

2镀层起皮、脱落

这类故障一般是零件除油不彻底或pH过高造成的;但当镀液中硫氰酸盐太多而ZnSO4太少时,也会出现镀层起皮、脱落现象。

因为ZnSO4含量太少会影响阴极变负的功能,大量硫氰酸盐浮于镀件表面,镀液中Ni2+需穿过稀薄且不均匀的硫氰酸盐浮层在阴极上放电沉积,致使镀层起皮、脱落。

解决的方法是加强镀前处理,将pH调至工艺规范。此后若故障还存在,则需要分析镀液中ZnSO4及NH4SCN的含量。

若硫氰酸盐太多,应以电解来清除过多的硫氰酸盐;ZnSO4太少则应补充其至工艺规范。

 

3镀层呈不规则的彩色

出现如此故障,大多是因为电流密度过低或导电不良,沉积时间太短。

当硫氰酸盐含量偏低时,即使阴极变负的情况良好,也无法游离出很多的S2+与Ni2+、Zn2+作用而生成硫化物。

缺少硫化物夹杂的镀层就不够黑,只能出现深浅不均的彩色镀层。

排除该故障的方法是:检查导电系统的导电情况,调整电流密度至工艺规范,延长沉积时间。倘若镀层仍似彩色,应分析镀液中硫氰酸盐的含量,然后按工艺配方的要求进行调节。

 

4镀层粗糙、不均、发花

镀液温度太低或电流密度过大会造成镀液中金属离子传递的功能下降,非金属相硫化物难以夹杂在Ni沉积物中。

由于电流过大,电流强制少许金属离子夹杂着少量硫化物在阴极上沉积。根据尖端放电原理,零件边缘的沉积量大,镀层厚而粗糙,色泽较深;零件中心区域电流较小,镀层较薄,色泽浅淡。

如此情况出现在同一个零件表面上,便会形成粗糙、不均、发花的镀层。提高镀液温度,降低电流密度至工艺范围即可解决这一故障。

 

5镀层呈不规则的黑色条纹

产生原因:镀液中锌盐和硫氰酸盐都太少。由于电化学机理致使镀液中非金属相的硫化物偏低,少量的硫化物夹杂在Ni2+中在阴极上放电沉积,而电化学沉积又优先在高电位区域,低电位区的沉积层就薄;因此在同一个零件表面上就沉积出不同规则、不同厚度的黑镍镀层。

出现该故障后,应按照镀液分析报告,补充锌盐及硫氰酸盐至工艺规范。

 

6同一挂具上,靠近镀槽底部的零件镀层泛白点

镀液pH过低,镀液中有机杂质太多所造成镀液黏度过大,前道镀镍液中润湿剂太少,氢气泡吸附在底部镀件表面而无法逸出等情况,都会造成底部镀件上产生白点。

调节pH至工艺规范,用活性炭处理有机杂质,补充前道镀镍液中润湿剂的含量,增强阴极移动或空气搅拌使氢气泡无法在镀件表面停留等措施,都可消除该故障。

 

01注意事项

 

(1)黑镍镀层是金属相与非金属相及有机物混合的镀层,其沉积层的导电性比纯金属差,因此挂具在镀槽内用过3~4次后就应放入盐酸液中浸泡,退掉其表面的黑镍层,以提高挂具的导电性。

(2)黑镍层因受其性能及结构影响,镀后需要进行防锈处理。

(3)应带电入槽,严防中途断电。

 

01结语

 

黑镍镀层是由金属镍、锌,硫化镍、硫化锌,及有机物混合而成的沉积层,因此在电镀过程中应严格控制镀液中Ni2+与Zn2+及S2–与Zn2+的含量之比,促使它们在一定条件下相互转变或结合。

除此之外,还要遵守操作规范(如电流密度、镀液温度及pH应控制在工艺范围之内),为反应创造良好的条件,才能获得合格的黑镍镀层。

 

 

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