常用金属电刷镀溶液

第四节　常用金属电刷镀溶液

铁、镍、铜是工业生产和人们生活中应用最为广泛的一些金属，尤其是铁和镍，它们是电刷镀技术中研究最早、最多，应用最广的金属镀层。在目前国内外百余种电刷镀溶液中，铁、镍、铜及其合金等常用金属的电刷镀溶液就占了将近1/2。

一、电刷镀铁和铁合金溶液

1．快速铁镀液

(1)快速铁镀液的组成及操作规范见表14－25。

表14－25　快速铁镀液的组成及操作规范

续表

(2)镀液的配制方法如下。

以配方1为例

①称取适量的硫酸亚铁于容器中，加蒸馏水，并加1∶3硫酸1mL，使pH值在1.5左右，再加热搅拌溶解至清亮。

②将适量的氯化铝和氯化钴加入①中搅拌溶解。

③将醋酸钠用硫酸调pH在2.0左右，然后加入①中混匀。

④用氢氧化钠或硫酸调pH值到1.8～2.0，加蒸馏水稀释到一定体积。

(3)镀液中各组分的作用。

硫酸亚铁是主盐，配方1中，醋酸钠是缓冲盐，三氯化铝和氯化钴是作为光亮剂和添加剂加入的，同时，氯离子还有去阳极极化作用，因为电刷镀铁时，一般用低碳钢作可溶性阳极。

配方2中，除硫酸亚铁是主盐外，柠檬酸是主要的配合剂，它和草酸铵都能抑制溶液中二价铁离子的氧化，醋酸铵是缓冲盐，糖精是光亮剂，也能改变镀层应力。

配方1需要使用纯铁或低碳钢作可溶性阳极，不能使用不溶性的石墨阳极。配方2可以使用石墨阳极且可一次镀厚0.18mm。

2．C－9“特快速”铁渡液

(1)镀液组成及操作规范见表14－26。

表14－26　镀液组成及操作规范

(2)应注意的问题。

①阳极镀笔应根据情况常更换，以清除包套中的积碳。

②使用C－9“特快速”铁电刷镀低碳钢时，可不用镍作底层，但刷镀其他材质时，需用快速镍作底层。镍底层的厚度只需0.002～0.005mm起镀电压应稍低，起镀时间控制在3～5min。

③C－9“特快速”铁可用于各种耐磨场合和需要用铁颜色修复或镀厚的各种机械零件。

④此镀液在起镀时，应适当加温镀液，以40～50℃为宜，如能控制好电流密度，勤换镀笔，所得镀层将是相当光亮，致密的银白色金属层，其表面与一般钢铁件十分近似。

(3)镀液的配制方法。

①将纯铁和低碳钢先除锈，制成铁屑，并除油。

②按500g/L氯化亚铁(含4个结晶水)的含量来配制，则需140g的纯铁，485g的浓盐酸，但在配制时，盐酸应过量，并且要用1∶1的盐酸。

③溶液配好后，通电活化，可以使三价铁还原为二价铁离子。

④配好的溶液再添加其他组分。用1∶1盐酸和氨水调pH值。之后密封保存。

3．半光亮铁镀液

适于用作快速铁镀层的覆盖层或其他要求铁为最终镀层颜色的场合，其镀液的组成及操作规范见表14－27。

表14－27　镀液的组成及操作规范

4．快速铁镍钴合金镀液

(1)镀液的组成及操作规范见表14－28。

表14－28　镀液的组成及操作规范

(2)镀液的配制方法。

①称取计量的氯化亚铁，加适量蒸馏水，并滴加1∶1盐酸数滴，加热搅拌溶解至清亮。

②称取计量的氟硼酸钠，用少量蒸馏水溶解后立即倒入①中。

③取适量的氯化镍、氯化钴、苹果酸，加蒸馏水加热至清亮，倒入①中。

④边加热边加6%氢氧化钠，调pH值至3.5左右。

⑤再加入计量的冰醋酸。

⑥再检查一次pH值，用蒸馏水稀释至一定体积。

(3)镀液中各组分的作用。

氯化亚铁、氯化镍是主盐，加氯化物的目的是使可溶性阳极溶解状态好。氟硼酸钠是铁离子的配合剂，氯化钴又是光亮剂，冰醋酸是缓冲剂，苹果酸是添加剂，有抑制二价铁离子氧化的作用。

二、电刷镀镍和镍合金

由于镍离子容易沉积，而且镍镀层又具有较高的硬度、耐磨性和耐蚀性等，所以，镍镀层应用很早，也很广泛。目前，国内外共有镍和镍合金电刷镀溶液20多种。但常用的不过七八种，其中，特殊镍、快速镍、镍钨合金、镍磷合金等最常用。对于镍的电刷镀溶液来说，酸性镀液镀层较细密。

1．快速镍

快速镍在一般机械零部件的修复中最为常用，它适用于各种基体金属。快速镍镀层具有良好的耐磨性、较高的硬度(HRc50左右)，也有多孔倾向，主要用于恢复尺寸和作耐磨层、抗蚀层。它是一种中性镀液，深镀能力较好，带锐角和盲孔的零部件均可应用。而且其沉积速度快，是电刷镀技术中应用最多的镀种之一。

(1)镀液的组成及操作规范见表14－29。

表14－29　镀液的组成及操作规范

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(2)镀液中各组分的作用。

硫酸镍是主盐，提供镍离子。冰醋酸及其盐是缓冲剂，氨水也参与配位，溶液的配合状态和pH值有关，在上述体系中，随着溶液的pH值提高，氨的配位能力增强。

(3)配方的选择。

选择适于自己应用的配方，一般要依据原料来源、镀层的要求，以及刷镀电源的功率容量。如果镀层要求较厚且只是恢复尺寸的目的，应选择沉积速度快的配方，如配方4，也可用配方1及配方2等，但所得镀层要粗糙些。如果镀层要求不太厚，在0.10mm左右的，应选择那些配合剂含量多的配方，如配方3、配方5等，这种配方的镀液一般所得镀层较细密，沉积速度比较快，镀液不易疲劳。如果镀层只要求0.05mm左右的，可选用配方6，镀层可能更细密些，因为镀液中有防针孔的十二烷基硫酸钠。沉积速度快时，使用的电压基本在操作规范的上限附近，要求电刷镀电源的功率容量大，但镀层较粗糙。低电压刷镀时，所得镀层较细密，但沉积速度慢且镀层应力较大，不易镀厚。

2.酸性镍

此镀液沉积速度较快，镀层也比较硬，但镀层应力较大，易出现应力裂纹，不可镀厚。只适用于薄的覆盖镍层。其镀液组成及操作规范见表14－30。

表14－30　镀液组成及操作规范

3.低应力镍

当镀层增厚时，常因为内应力大而产生裂纹或脱壳，所以，每一种镀液都有一定的极限厚度，为获得厚的镀层，往往采取不同内应力的镀层交替镀工艺，常用的有铜镍镀层交替刷镀。但两种镀层交界处层间应力差值较大，联结强度低，如果在交界处刷镀一薄层低应力镍就可解决这一问题。低应力镍镀液的组成及操作规范见表14－31。

表14－31　镀液的组成和操作规范

作为夹心层(交替层)，低应力镍镀层不宜厚。

4.碱镍

碱镍类似快速镍，特点是配合剂量特别大，因而镀液稳定，循环使用时不易析出晶体，对基体无腐蚀，镀层厚时不易粗糙。可代替快速镍使用，也可以作为打底层镀液，用于铸钢、铸铁等结构疏松的基体金属上。碱镍镀液的组成及操作规范见表14－32。

表14－32　镀液组成及操作规范

5．半光亮镍

该镀液沉积速度较块，所得镀层组织细密，具有耐磨性和耐蚀性，表面光洁度好。主要用于表面薄镀层，在快速镍电刷镀达到一定尺寸厚度后，再镀上一层半光亮镍，以改善镀层表面状态。半光亮镍镀液的组成及操作规范见表14－33。

表14－33　镀液的组成及操作规范

6．镍钨合金

镍钨合金镀液的组成及操作规范见表14－34。

表14－34　镍钨合金镀液的组成及操作规范

配方中，硫酸镍和钨酸钠是镀液的主盐，提供镍离子和钨酸根。配合剂Ⅰ和配合剂Ⅱ作配位体的同时，也组成一个缓冲体系，使镀液稳定。冰醋酸主要起缓冲剂作用，硫酸钠是导电盐，十二烷基硫酸钠是添加剂，可改善镀层性能，使其细密，孔隙率小。

7．镍钨“D”合金

(1)镍钨“D”合金镀液的组成及操作规范见表14－35。

表14－35　镍钨“D”合金镀液的组成及操作规范

(2)镀液的配制方法。

①称取定量的硫酸镍于一容器中，加适量蒸馏水，加热搅拌使其完全溶解。

②称取定量的钨酸钠和配合剂于一容器中，加适量蒸馏水，加热搅拌使其完全溶解。

③将①倒入②中。

④称取定量的硼酸于一容器中，加适量蒸馏水，加热搅拌使其完全溶解，然后倒入热的③中。

⑤称取定量的硫酸钠、硫酸钴、硫酸锰、氯化镁和氟化钠，加蒸馏水溶解，然后倒入④中。

⑥在⑤中加入十二烷基磺酸钠，充分搅拌使其溶解。

⑦在⑥中加入甲酸、醋酸，充分搅拌。

⑧冷却后加蒸馏水，稀释至所需体积。

8．镍磷合金

镍磷合金镀液稳定，沉积速度快，和快速镍镀液的沉积速度差不多。镍磷合金镀层光亮、细密且易抛光，稍微用金相砂纸在镀层上打磨几下，就很光亮，甚至达镜面光。此镀层硬度高，耐磨性好。下面给出的电刷镀镍磷合金镀液可以镀厚到0.50mm，甚至更厚，并且镀层光亮、细密。一般加光亮剂的镀层易脆且不易镀厚，而此种电刷镀镍磷合金镀液不含光亮剂，尤其是无机添加剂的加入，极大地改善了镀层的应力状态。其镀液的组成及操作规范见表14－36。

表14－36　镍磷合金镀液的组成及操作规范

9．刷镀镍及合金中常见的故障及排除的方法(表14－37)

表14－37　刷镀镍中常见的故障及排除方法

续表

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三、电刷镀铜和铜合金

电刷镀铜镀液有酸性镀液和碱性镀液两大类。酸性铜镀液有高速甲基磺酸铜和高速硫酸铜镀液，它们统称高速酸铜，半光亮铜也是酸性溶液，轴承铜是弱酸性镀液。碱性铜镀液有碱铜和高堆积碱铜。其中，碱铜主要用作打底层。

所有的铜镀液在低电压下操作，均可得到稍硬的镀层，但工作电压太低，铜镀层会发亮并发脆。

铜镀层都易发生色泽变暗，为保持其光亮度，需在铜镀层上进行钝化处理，然后涂上一层有机涂层。其钝化处理方法一般有两种，即电化学钝化法和化学钝化法，具体方法参见锌的钝化部分。

1.高速甲基磺酸铜

甲基磺酸铜镀液沉积速度极快，主要用于镀厚镀层。常用来恢复尺寸、填补凹坑。在正常条件下，用甲基磺酸铜镀液所得的铜镀层平滑、致密、晶粒细小，但在大电流密度下电刷镀时，所得铜镀层晶粒变粗。

(1)高速甲基磺酸铜镀液组成及操作规范见表14－38。

表14－38　镀液组成和操作规范

(2)镀液的配制方法。

①称取适量的碱式碳酸铜于一容器中，加蒸馏水适量，在不断搅拌下逐渐加甲基磺酸至碳酸铜恰好溶解。配制1L的高速甲基磺酸铜镀液，需用碱式碳酸铜235.7g。

②用甲基磺酸或碳酸铜调pH值为1.5左右。

③冷却后用蒸馏水稀释至一定体积。

注意事项:

①碱式碳酸铜和甲基磺酸的反应剧烈，同时有大量的二氧化碳气体生成，为防止液滴溅出容器外，滴加甲基磺酸的速度要慢。

②反应残存的是碱式碳酸铜，可稍加热使其溶解。

2.高速酸铜

高速酸铜镀液所得镀层比较柔软，在需要软或可锻性的场合可以应用。其镀液的组成及操作规范见表14－39。

表14－39　高速酸铜镀液的组成及操作规范

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3.高堆积碱铜

(1)高堆积碱铜镀液组成和操作规范见表14－40。

表14－40　高堆积碱铜镀液组成和操作规范

(2)镀液的配制方法。

①称取计量碱式碳酸铜加适量蒸馏水，在搅拌下慢慢加入甲基磺酸至碱式碳酸铜刚好溶解。如有少量未溶物，可加热使其溶解，冷至室温。

②取计量的乙二胺在搅拌下慢慢滴加入①中。

③用乙二胺和甲基磺酸调节镀液pH值至9左右。

④加氯化钠，搅拌溶解。

⑤加蒸馏水稀释至一定体积。

应注意的是:

①甲基磺酸往碱式碳酸铜溶液的滴加速度应慢一些，因为它们反应剧烈，而且放出二氧化碳气体，要防止溶液溅出容器之外，引起烫伤等。

②乙二胺往甲基磺酸铜溶液中滴加时也应慢速，因为它们的反应也很剧烈，要防止溶液过热沸腾溅出容器。

4.半光亮铜

半光亮铜镀液可用于获得表面工作镀层和装饰性表面镀层。其镀液的组成及操作规范见表14－41。

表14－41　半光亮铜镀液的组成及操作规范

镀液的配制方法:

①取计量的硫酸铜加适量蒸馏水溶解;

②取甲酸钠、甘露醇、硫脲一起加蒸馏水溶解;

③将②倒入①中;

④加十二烷基磺酸钠于③中，如发现浑浊，可滴加硫酸至透明;

⑤冷却，稀释至一定体积。

5.轴承铜

轴承铜是弱酸溶液，pH值为6.5。轴承铜镀液又称合金铜，因为它一般不单独使用，专用来与其他镀液配合，制成铜合金镀液。其实，铜合金镀液也可以用碱铜来配制。主要用于轴承、轴瓦等轴类零件的修理上。如巴氏合金镀液，就可用锡镀液、铅镀液和碱铜镀液按一定配比配制，详见巴氏合金部分。

6.刷镀铜中常见的故障及排除的方法(表14－42)

表14－42　刷镀铜中常见的故障及排除的方法