電鍍工藝主要參數(shù)對氨基磺酸鎳鍍層的影響

鄒森

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原 030024)

近年來隨著全球電子行業(yè)的迅猛發(fā)展、電子產(chǎn)品的品質(zhì)要求更是精益求精。越來越多的廠家對電鍍金屬層的品質(zhì)要求也越來越高，鍍層內(nèi)應(yīng)力低，延展性良好，極限強(qiáng)度高、硬度高、均勻性佳的鍍液正被眾多的廠家大力倡導(dǎo)和推廣。氨基磺酸鎳鍍液能獲得比傳統(tǒng)的硫酸鎳鍍液機(jī)械性能更優(yōu)良的金屬鍍層，它的鍍層內(nèi)應(yīng)力低、極限強(qiáng)度高、沉積速度快、孔隙率低、再配合添加劑的使用能得到更佳的外觀，適用于印制電路板或電鑄。氨基磺酸鹽鍍液是一種多用途的鍍液，在較低的溫度和較小的電流密度操作時(shí)，能夠得到應(yīng)力較小甚至無應(yīng)力的鍍層，在一般條件下操作應(yīng)力也較瓦特型溶液小。氨基磺酸鎳鍍液只要添加少量的應(yīng)力減少劑，就能夠明顯的降低鍍層應(yīng)力。所謂的高速鍍鎳實(shí)際上就是一種高濃度的氨基磺酸鎳溶液，它不含有機(jī)物或其他添加劑，鍍層應(yīng)力主要通過溫度和電流調(diào)節(jié)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是可在大電流密度下操作。氨基磺酸鎳鍍鎳主要是功能性電鍍，所以鍍層的機(jī)械性能就非常重要。影響鍍層機(jī)械性能的因素很多，一般有溫度、電流密度、pH值、溶液Ni+2的濃度等。

1 試驗(yàn)部分

1.1 工藝流程

堿性活化→三聯(lián)水洗→酸洗→水洗→電鍍鎳→水洗→純水洗→熱純水洗→檢驗(yàn)

1.2 氨基磺酸鹽鍍鎳工藝規(guī)范

工藝規(guī)范見表1。

表1 氨基磺酸鹽鍍鎳工藝規(guī)范

2 影響氨基磺酸鎳鍍層的主要原因分析、實(shí)驗(yàn)及驗(yàn)證

2.1 水電導(dǎo)率的影響

因?yàn)榘被撬犭婂冩嚾芤菏窍鄬ζ胶怏w系，所以微量的雜質(zhì)也會引起鍍液的不穩(wěn)定，如果水中的 Ca2+、Mg2+比較多，電導(dǎo)率一般在300～800 μs/cm之間，通電后容易和鍍液中的有機(jī)物反應(yīng)形成絡(luò)合物，影響電鍍鎳層的機(jī)械性能，使的延伸率、張應(yīng)力、硬度都會降低，一般采用電導(dǎo)率低的去離子水，電導(dǎo)率在5～20 μs/cm。

2.2 攪拌的影響

攪拌一般有空氣攪拌、機(jī)械攪拌和鍍液循環(huán)攪拌。空氣攪拌方式適合對鍍層要求不高的電鍍，其優(yōu)點(diǎn)是成本低；缺點(diǎn)不適應(yīng)高溫度型、鍍層質(zhì)量要求高的鍍液，因?yàn)榭諝獾囊氡厝粫腚s質(zhì)，影響溶液的成分，另一方面空氣會帶走水分、溫度對溶液控制是不利于的。氨基磺酸鎳主要采用機(jī)械陰極移動和過濾循環(huán)攪拌量中方式進(jìn)行攪拌，要注意的是攪拌速度，陰極移動一般在20～25次/min，過濾循環(huán)在每小時(shí)槽體你溶液循環(huán)3次左右，攪拌過快、過慢都不利于電鍍層的形成，過慢電鍍層表面不均與，過快不利于鍍層形成，而且邊緣效應(yīng)明顯。[1]

2.3 電流密度的影響

為了解電流密度對鍍層機(jī)械性能的影響，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）準(zhǔn)備10 mm×10 mm，厚度1 mm不銹鋼片為基材，一面用膠帶貼膜，采用單面試驗(yàn)。

（2）將樣本進(jìn)行堿洗、水洗、酸洗、水洗處理好表面。

（3）調(diào)整鍍槽鍍液，氨基磺酸鎳400 g/L、氯化鎳15 g/L、硼酸30 g/L、添加劑2 g/L、溫度在55℃，pH值在4.0～4.2不斷過濾攪拌（20～25 r/min）的情況下進(jìn)行電鍍鎳，分別做電流密度為0.1、0.5、1、2、4、8、16、20 A/dm2時(shí)的 8 個樣本，使得樣本鍍層厚度為 16 μm。

樣本分析：得出鎳的沉積速率隨電流密度的提高而提高，但是隨著電流密度的增加陰極極化增大，同時(shí)陰極析氫也越來越嚴(yán)重，因此電流效率也逐漸降低。8 A/dm2為95%，20 A/dm2時(shí)大概為90%。當(dāng)電流密度低時(shí)，影響鍍層的表面外觀。電流密度小于1 A/dm2，鍍層光亮度差，色澤不光亮；當(dāng)電流密度大時(shí)，析氫嚴(yán)重，鍍層孔隙率也增大，所以電流過大過小都不利于電鍍鎳；當(dāng)電流密度小于4 A/dm2大于1 A/dm2時(shí)，鍍層質(zhì)量較好，色澤均勻、無針孔缺陷和毛刺現(xiàn)象。大于8 A/dm2時(shí)，鍍層表面會出現(xiàn)缺陷。主要原因是電流密度增大，鐵的氫氧化物雜質(zhì)會沉淀夾雜在鍍層中而使鍍層發(fā)脆，氫氧化鐵的堿式鹽有利于氫氣泡在陰極上的停留而引起鍍層針孔，增加了鍍層孔隙率，所以電流密度大時(shí)，鍍層孔隙率也增大，表面風(fēng)暴漩渦狀的針孔缺陷增大；電流密度的提高，鍍鎳層的硬度逐漸降低。本來硬度應(yīng)該隨電流密度增加，PH值變大而增加的，但是在氨基磺酸鎳鍍鎳中雜質(zhì)Ni+2、氯化物的含量也隨電流密度的增加而增加，從而導(dǎo)致了硬度的降低；內(nèi)應(yīng)力在溫度不變的情況下是隨電流密度的提高而增高，電流密度提高，陰極的氫離子濃度就會提高，會析出大量氫氣，pH就會變大，pH值在4.0～4.2時(shí)應(yīng)力達(dá)到最小值。[2]

2.4 溫度的影響

氨基磺酸鎳是有機(jī)鹽，溫度超過80℃易分解，所以工藝溫度一般都低于70℃，當(dāng)溫度低于49℃時(shí)，隨溫度的升高張應(yīng)力減少，當(dāng)鍍液溫度達(dá)49℃以上時(shí)，隨著溫度的升高張應(yīng)力緩慢增大；硬度是隨工藝溫度的升高而增大的；內(nèi)應(yīng)力隨溫度的升高而減小。[3]

2.5 pH的影響

強(qiáng)度、硬度隨PH的上升而增加，延伸率、內(nèi)應(yīng)力隨PH的上升而降低。[2]

2.6 溶液中Ni+2濃度、氯化物含量的影響

張應(yīng)力、強(qiáng)度、硬度隨Ni+2濃度、氯化物含量的增加而降低，延伸率、內(nèi)應(yīng)力隨Ni+2濃度、氯化物含量的增加而增加。[2]

3 結(jié) 論

通過以上分析實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：

（1）要得到低應(yīng)力的鍍層需要小于1 A/dm2的電流密度；較高的溫度60℃左右；pH越高越好，4.2左右；溶液中盡可能低的Ni+2、氯化物濃度；必要時(shí)添加消除應(yīng)力劑鈷鹽以消除應(yīng)力。

（2）氨基磺酸鎳電流密度范圍廣適合于大電流鍍鎳，它主要目的是鍍層的機(jī)械性能，電流密度大沉積速度快，提高了電鍍的效率。

電導(dǎo)率、攪拌、電流密度、溫度、pH和溶液中Ni+2濃度、氯化物含量對電鍍鎳鍍層質(zhì)量有著重要的影響，所以在操作過程中要嚴(yán)格控制其工藝參數(shù)。

[1] 張?jiān)收\、胡如南、向榮.電鍍手冊上冊（2版）[M].北京：國防工業(yè)出版社.

[2] 周榮廷.化學(xué)鍍鎳的原理和工藝[M].北京：國防工業(yè)出版社1975.50-51.