电流密度对氨基磺酸镍电镀镍镀层的影响

第８期　邹森，等：电流密度对氨基磺酸镍电镀镍镀层的影响　・５５・　电流密度对氨基磺酸镍电镀镍镀层的影响　邹　森，李亚明，杨凤梅　（中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原０３００２４）　摘要：为了解不同电流密度对氨基磺酸镍镀层的影响．分析了电流密度在０．Ｉ～２０Ａ／ｄｍ　时，氨基磺酸镍镀镍层的外观、硬度、应　力和沉积速率。在工艺范围内，随电流密度的增加沉积速率增加、镀层硬度降低、孔隙率变大、表面出现针孔缺陷、应力变大，随后　讨论了出现各种情况的原因。　关键词：氨基磺酸镍；电镀；电流密度　中图分类号：Ｔ￣１５３．１　２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—０２１Ｘ（２０１１）０８—００５５—０２　Ｅｆｆｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｎｉｃｋｅｌ　Ｃｏａｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｎｉｃｋｅｌ　Ｓｕｌｆａｍａｔｅ　ＺＯＵ　Ｓｅｎ，ＬＩ　Ｙａ—ｍｉｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｆｅｎｇ—ｍｅｉ　（Ｔｈｅ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｉｔｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｒｐｒａｔｉｏｎ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００２４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｍｉｎｏ　ａｃｉｄ　ｎｉｃｋｅｌ【，ｔｈｅ　ａｐｐｅａｒａｎｃｅ，ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｄｅｐｏｓｉｉｔｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｈｅ　ｎｉｔｃｋｅｌ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｏｆ　ｎｉｃｋｅｌ　ｓｕｌｆａｍａｔｅ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ＷａＳ　ｉｎｄｉｒｅｃｔ　ｒａｔｉｏ　ｔｏ　ｄｅｐｏｓｉｉｔｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　０．１　Ａ／ｄｉｎ　一２０ＡＶｄｍ＂　．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｂｅｃａｍｅ　ｌａｒｇｅｒ，ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｈａｄ　ｐｉｎｈｏｌｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｂｅｃａｍｅ　ｌａｒｇｅ．Ｔｈｅｎ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｂｏｖｅ　ｓｉｕａｔｔｉｏｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎｉｃｋｌ　ｓｕｌ￣ａｍａｔｅ；ｅｌｅｃｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ；ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　近年来随着全球电子行业的迅猛发展、电子产　功能性电镀，所以镀层的机械性能就非常重要。影　响镀层机械性能的因素很多，一般有温度、电流密　度、ｐＨ值、溶液Ｎｉｎ的浓度等等。　１实验部分　品的品质要求更是精益求精。越来越多的厂家对电　镀金属层的品质要求也越来越高，镀层内应力低，延　展性良好，极限强度高、硬度高、均匀性佳的镀液正　被众多的厂家大力倡导和推广。氨基磺酸镍镀液能　获得比传统的硫酸镍镀液机械性能更优良的金属镀　层，它的镀层内应力低、极限强度高、沉积速度快、孔　１．１　工艺流程　镀镍工艺流程如下：　碱性活化一—　三联水洗一酸洗一水洗　隙率低、再配合添加剂的使用能得到更佳的外观，适　用于印制电路板或电铸。氨基磺酸盐镀液是一种多　用途的镀液，在较低的温度和较小的电流密度操作　时，能够得到应力较小甚至无应力的镀层，在一般条　件下操作应力也较瓦特型溶液小。氨基磺酸镍镀液　只要添加少量的应力减少剂，就能够明显地降低镀　层应力。所谓的高速镀镍实际上就是一种高浓度的　氨基磺酸镍溶液，它不含有机物或其他添加剂，镀层　应力主要通过温度和电流调节，其最大的优点是可　在大电流密度下操作…。氨基磺酸镍镀镍主要是　收稿日期：２０１１一ｏ７—０７　电镀镍—　水洗—一纯水洗—　热纯水洗　检验　１．２氨基磺酸盐镀镍工艺参数　镀镍工艺参数见表１。　１．３前处理主要工序参数　（１）碱性活化工序　氢氧化钠２０—３０　Ｌ，乳化剂ｌ一３ｇ／Ｌ，磷酸三　钠２０—３Ｏ　Ｌ，温度５Ｏ～５５℃，３—５ｍｉｎ。　（２）酸洗工序　氢氟酸（ＨＦ　４０％）７４ｍＬ／Ｌ，（ＨＮＯ３，６５％）　作者简介：邹森（１９８１一），男，陕西西安人，助理工程师，本科，２００５至今从事电子专用设备研究与开发。　・５６・　山　东　化工　ＳＨＡＮＤ０ＮＧ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　２０１１年第４０卷　７０ｍＬ／Ｌ，３～５ｓ。　凹凸不平、白亮金属色表面有风暴漩涡状的针孔缺　０　　一表１　氨基磺酸盐镀镍工艺参数　工艺规范　氨基磺酸镍　Ｎｉ（ＮＨ２ＳＯ　）２。４Ｈ２０｝　氯化镍（ＮｉＣＩ２－６Ｈ２Ｏ）　硼酸（Ｈ３ＢＯ３ｊ　陷，针孔直径在１０～５０／ｘｍ范围内　１．５．２结合力　　一０　参数　按ＧＢ１２３０５１５—９０标准和去氢工艺，用热震法　检测，将不锈钢片上镀１６ｔｘｍ厚的镀镍样品，放在　２４０％电炉中加热４ｈ，然后放入室温冷水速冷，结果　添加剂（ＫＣ一２１）　萘三磺酸钠　ｐＨ　温度　电流密度（机械搅拌）　１．４实验过程　（１）准备１０ｍｍ×１０ｍｍ，厚度１嘶。∞一．　　Ｏ　∞一　　●　７　一～卜　∞　ｍｍ不锈钢片为　～　基材，一面用胶带贴膜，采用单面实验。　（２）将样本进行碱洗、水洗、酸洗、水洗处理好　表面。　（３）调整镀槽镀液，氨基磺酸镍４００ｇ／Ｌ、氯化镍　ｌ５　Ｌ、硼酸３Ｏ　Ｌ、添加剂２ｇ／Ｌ、温度在５５ｃ【＝，ｐＨ　值在４．０～４．２不断过滤搅拌（２０—２５ｒ／ｍｉｎ）的情况　下进行电镀镍，分别做电流密度为０．Ｉ，０．５，１，２，４，　８，１６，２０Ａ／ｄｍ　时的８个样本，使得样本镀层厚度为　１６ｔｘｍ。　同时测得不同电流密度下沉积速率与电流密度　的关系如图ｌ。　电流密度／（Ａ／ｄｉｎ　）　图１　电流密度与沉积速度的关系　１．５样品的检测　１．５．１　外观　ＳＥＷ电子显微镜１０００倍下观察：　（１）当电流密度小于４Ａ／ｄｉｎ　时，样品镀镍层色　泽均匀、亚光金属色、无针孑Ｌ缺陷和毛刺现象。　（２）当电流密度达到８Ａ／ｄｍ　时，样品镀层表面　色泽发亮、表面有风暴漩涡状的针孑Ｌ缺陷，随着镀层　厚度增加缺陷越明显也越多，针孑Ｌ直径在ｌ０—　２０Ｉｘｍ范围内。　（３）当电流密度到２０ＡＪｄｍ　时，样品镀层表面　全部不起皮、不开裂。　１．５．３硬度　按ＧＢ９７９０—８８标准，对粗造度Ｒａ＜０．０２１ｘｍ　的钢板，镀层１６ｌｘｍ的镀层，用显微硬度计，ＨＸ一　１０００检测结果。得电流密度对硬度的影响结果见　图２　ｌ　（Ｊｎ　｛【）｛）（）　Ｈｆ１《）　萎　Ｉｌ（）【）　２（１（）　（）　电流密度／（Ａ／ｒｉｍ　）　图２　电流密度对硬度的影响　２结果与讨论　（１）如图１所示氨基磺酸镍电镀镍，镍的沉积　速率随电流密度的提高而提高，在不断过滤的镀液　中，沉积速率随着电流密度增加而加快，但是随着电　流密度的增加阴极极化增大，同时阴极析氢也越来　越严重，因此电流效率也逐渐降低。８　Ａ／ｄｍ　为　９５％，２０Ａ／ｄｍ　时大概为９０％。当电流密度低时，　影响镀层的表面外观。电流密度小于１Ａ／ｄｍ　时，　镀层光亮度差，色泽不光亮；当电流密度大时，析氢　严重，镀层孑Ｌ隙率也增大，所以电流过大过小都不利　于电镀镍。　（２）当电流密度小于４Ａ／ｄｍ　时，镀层质量较　好，色泽均匀、无针孔缺陷和毛刺现象。大于８　Ａ／　ｄｍ　时，镀层表面会出现缺陷。主要原因是电流密　度增大，铁的氢氧化物杂质会沉淀夹杂在镀层中而　使镀层发脆，氢氧化铁的碱式盐有利于氢气泡在阴　极上的停留而引起镀层针孔，增加了镀层孔隙率，所　以电流密度大时，镀层孑Ｌ隙率也增大，表面风暴漩涡　状的针孑Ｌ缺陷增大。　（下转第６０页）　山・东化工　６０・　ＳＨＡＮＤ０ＮＧ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　２０ｌ１年第４Ｏ卷　和旋转体外壳的冲刷，延长使用寿命，将垫片的内径　改为１０ｍｍ（如图５所示），使喷嘴和旋转体外壳宽　度与垫片宽度相同，起到一定的保护作用。　体外壳的磨损程度得到了较大改善，从而降低了非　预期性胶体泄漏情况的出现，确保了生产的连续性　和产品筛分质量的稳定控制，同时进一步延长了喷　嘴和旋转体的使用寿命。　４结论　在催化裂化催化剂生产过程中，通过提高成胶　过程胶体固含量，优化喷嘴、旋转体的材质和垫片规　格的方式，改善并稳定了催化裂化催化剂产品的筛　分集中度和颗粒圆球度，进一步提升了裂化催化剂　的使用性能，充分满足了炼化用户持续提高的要求　和不断扩大的市场需求。　参考文献　图５　内径１０ｒａｍ新垫片　［１］梁凤印．流化催化裂化［Ｍ］．北京：中国石化出版社，　２００６．　［２］张继光．催化剂制备过程技术［Ｍ］．北京：中国石化出　版社，２００４．　［３］王喜忠，于才渊，周才君．喷雾干燥［Ｍ］．北京：化学工　业出版社，２００４．　［４］马伯文，陆庆云．催化裂化装置技术［Ｍ］．北京：中国石　化出版社，１９９３．　［５］潘永康．现代干燥技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，　１９９８．　图６　内径１０ｒａｍ垫片使用一个班次后　（本文文献格式：尹　醅．　优化工艺条件，提升催化　在内径为１０ｍｍ的垫片使用一个班次后，其内　径会被冲刷掉２ｒａｍ（如图６所示），但是喷嘴和旋转　（上接第５６页）　裂化催化剂筛分质量［Ｊ］．　山东化工，２０１１。４０（８）：　５７—６０．１　内随电流密度的增加而增加；　（３）如图２所示随着电流密度的提高，镀镍层　的硬度逐渐降低。本来硬度应该随电流密度增加，　（２）电流密度增大镀层硬度降低，孔隙率变大，　表面出现针孔缺陷；　ｐＨ值变大而增加的，然而在氨基磺酸镍镀镍中杂质　Ｎｉ２＋、氯化物的含量也随电流密度的增加而增加，从　而导致了硬度的降低。　（３）电流密度增高应力变大，必须加应力消除　添加剂才能使得应力变小；　（４）电流密度变大硬度降低。　（４）内应力在温度不变的情况下是随电流密度　的提高而增高，电流密度提高阴极的氢离子浓度就　会提高，会析出大量氢气，ｐＨ值就会变大，ｐＨ值在　４．０—４．２时应力达到最小值，要想镀得快还要应力　小，需要增加少量的消除应力添加剂，可以做到无应　力镀层。　３结论　参考文献　［１］周荣廷．化学镀镍的原理和工艺［Ｍ］．北京：国防工业出　版社，１９７５：５０—５１．　［２］张允诚．电镀手册：上册［Ｍ］．２版．北京：国防工业出版　社，１９９７：３３７—３５６．　在不同电流密度下得到不同的氨基磺酸镍镀　层，对镀层的分析可以得出以下结论。　（１）电流密度和沉积速率成正比，在工艺范围　（本文文献格式：邹森，李亚明。杨风梅．电流密度　对氨基磺酸镍电镀镍镀层的影响［Ｊ］．山东化工，　２０１ｌ，４０（８）：５５—５６，６０．）