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1、镀镍常见故障及处理方法 南京新宝宁表面处理技术有限公司 （025-84304798 84304428） 摘要：介绍了镀镍工艺，并详细阐述了工艺中遇到的各种故障的分析，说明了生产中具体解决、排除故障的技术方法。关键词：镀镍；故障；处理方法1前言改革开放以来，我国电镀事业蓬勃发展。新技术、新工艺、新设备层出不穷。镀镍工艺在突飞猛进的电镀事业中显得更加突出，光亮剂不停地升级换代，镀层质量要求日趋提高，电镀业面临着更大的挑战。加强管理，提高品质，降低成本，增强竞争力是电镀从业者的必由之路。LouisGianels博士获美国自然科学基金资助的有关镍故障的三篇研究报告“Troubleshootingofn
2、ickelplatingssolutions”、“Purificatingmethodsininvo1vedintroubleshootingOfnickelplatingsolution”和英国人JKDennis博士的“NickelandChromlumPlatingButterworks”书中，详细地论述了故障对镀层的微观结构，外观，机械性能，应力，耐腐蚀等方面的影响。指明了各种故障的来源，详尽地介绍了各类故障的判断方法，并对分步处理方法作了系统的介绍，原理深刻，分析全面，判断合理，内容蔚然大观。本人撷其精要，结合我国镀镍现状及本人多年故障处理经验，撰写此文，以飧读者。2Watts型镀光亮
3、镍(见表1)项目规范作用及要求硫酸镍(NiSO4•6H20)170450gL导电盐，提供廉价镍离子氯化镍(NiCl2•6H20)37.5-150gL1导电盐，提供镍离子2氯离子，促进阳极溶解。含量太高，阳极溶解太快，并使镀层缺乏柔韧性镍总量43137gL太低，因扩散慢而影响阴极电流密度上限；太高，带出损失严重。镍总量与工件复杂程度相关硼酸37.5563gLpH缓冲剂，减少针孔，提高阴极电流密度上限pH值35(一般4.04.8)低pH倾向：增加柔韧性，减少硬度和阴极电流效率高pH倾向：减少柔韧性，增加硬度，略微增加阴极电流效率温度5070120160低温倾向于：高硬度低柔
4、韧性镀层，生产效率低高温有利于降低电压，强化生产，增加镀层柔韧性阴极电流密度1.0810.8A/dm2太低，生产效率低，锌、铜杂质易析出太高，镀层易烧焦，铝、硅、磷杂质易析出阳极及其电流密度3.25A/dm2空气搅拌1.95A/dm2其它搅拌避免阳极钝化，使电解体系稳定阳极面积要及时调整，使施镀更加趋于一致搅拌需要提高电流密度上限，便于镀液浓度、温度均匀一致，减少针孔麻点。空气搅拌要均匀，否则，二次电流分布不同，浓度高低不同，难于施镀均一添加剂适量没有添加剂，镀层显灰暗色添加剂(Carrior，即柔软剂、开缸剂等)的浓度范围较宽，对镀层影响较小；)主亮剂浓度范围较窄，要少加勤加，否则，柔韧性、
5、套铬性能和分散能力将受到影响。低浓度)主亮剂产生灰暗、填平性差的镀层，高浓度光亮剂光亮、填平极好，但脆性大，套铬性能差，高内应力，漏镀，对各种杂质容忍度下降3镀镍故障电镀的许多故障是经过“量”的积累才“质”的发现。我们今天所关注的焦点在镍槽中。许多复杂的问题往往让我们判断不清铜、锌杂质都在低电流密度区，铝和硅都在高电流密度区均形成无光泽镀层，如何区分?成片的微细针孔被误认为是粗糙面铬杂质的影响，误认为主光剂加入过量，锌杂质的影响被误认为套铬低电流不佳；硼酸不足，被认为缺乏湿润剂等等。故非常有必要对各种故障进行分类总结。31针孔针孔是深浅不一的“小针眼”，很多带有朝上的“尾巴”，大针孔如“落泪状
6、”，细小成片的针孑L有时被误认为是细小粗糙，但在放大镜或不同角度光线下易于分辨。在电镀初始形成针孑L后，又被镍层覆盖住，易形成“麻点”。针孔由以下方法控制：搅拌最为有效，其次是使用低泡润湿剂、活性炭处理。油脂被分散后，也形成细致麻点现象，应用活性炭处理。作者于1998年夏，曾遇到严重麻点现象。镀镍槽被油脂污染后产生针孔，为消除针孔加入大量的低泡润湿剂(20ml/L以上)，由于低泡润湿剂的分散作用，使油脂变得更为细致，以致产生很多麻点，遍布整个工件，象粗沙镍一般，多次炭粉处理效果不理想(十余天不能生产)。本人到厂时仔细研究整个工艺，并做大量对比试验，重新炭粉处理并用精密炭素芯过滤，故障排除。针孔
7、的来源及消除方法(见表2)表2针孔的来源及消除方法杂质来源处理方法油脂类机械加工油脂、泵油、拉拨油、防锈油，研磨剂，抛光膏等炭粉处理皂类清洗槽带入炭粉处理溶剂带入、空气飘入炭粉处理镍槽衬里不恰当的硫化衬里；衬里中的溶剂与衬里反应的溶剂保险粉+高pH处理六价格(Cr6+)5ppm返镀件，破损挂具滞留、铬雾操作条件搅拌不力，缺乏润湿剂，高pH值，低硼酸正确调整霉菌回收镍液带入回收液经过滤再加入镀镍槽3：2粗糙粗糙为不连续镀层，大多数由微小颗粒引起，沉积在丁件下部朝上镀面上，有的呈海绵状，实际生产过程中多为毛刺或烧焦状镀层，防止粗糙最有效的方法是过滤。使用去离子水，有效防止钙离子的积累。内地许多厂家
8、，主盐浓度低、温度低、长时间不处理铁杂质，极易产生烧焦状粗糙镀层，同时大量的针孔使耐蚀性下降，应引起足够重视(见表3)。表3杂质来源处理方法铁(Fe2+、F3+)末及时捞起的工件，不纯的化学原料，从浸蚀液中带入，盲孔溶解，阳极不纯高pH+过滤抛光灰尘和研磨剂抛光车间灰尘飘入，滞留在复杂件的研磨剂过滤镍粉、氧化镍和硫化镍阳极袋破损，镀镍工件掉入槽中，镀镍烧焦使镍粉入槽过滤硅酸盐(50ppmSi4+)阳极袋破损，清洗剂带入，过滤机中的助滤剂过滤挂具涂层挂具涂层过热或被溶剂浸蚀落人槽中过滤硫酸钙(50ppmCa2+)硬水，某些抛光材料过滤炭粉破损的阳极袋，腐蚀掉的钢铁件过滤33灰暗无光镀层灰暗无光镀
9、层定义为：光雾、雾状、云雾、灰色、黑色等不同程度的灰暗层，俗称：发花、发暗、发黑。在不同电流密度下，其表现程度也不尽相同(见表4)。表4低电流密度区1.1Adm2杂质来源处理方法铜(10PPm)锌(20PPm)铅(5pPm)掉入槽中的铜件、铜合金件、锌压铸件；前面氰铜槽施镀不良，结构复杂的铜件，铜合金件、锌压铸件，铅热盘管溶解电解或加人WH-891除杂剂主光剂浓度偏高添加过多过频，误加过量低电流电解、降低搅拌速度镉(Cd10ppm)向槽中加入镉盐电解净化中电流密度区1.16.5A/dm2杂质来源处理方法铁杂质参看粗糙条款高pH处理低浓度光剂添加速率太低调高加入速度有机物研磨材料、清洗表面活性剂
10、、溶剂、衬里，光亮剂分解产物炭粉处理主辅光剂主辅光剂加入过量，或十二烷基硫酸钠溶解不当，加入过多电解或炭粉处理高电流密度区6.5A/dm2杂质来源处理方法六价铬(10ppm)参照针孑L铬条款保险粉+高PH处理铝(40PPm)锌铝件，铝设备及铝制供水系统高pH处理硅(Si4+50ppm)清洗剂中带人，阳极不钝高pH处理磷酸根(PO43-5ppm)清洗剂带入加入铁盐高PH处理铁杂质参照粗糙铁杂质条款高PH处理本人认为：这类问题在镀镍中最常见，特别是铁和铬杂质不易被觉察，往往在梅雨季节来临，发现镀层泛锈发黄时才亡羊补牢。许多厂家一味追求出光速度而拼命加入光亮剂、辅光剂，致使镀层发雾现象屡有发生：34
11、结合力不良镀层与基体、镀层与镀层间结合不牢，易于分离，气泡和脱皮是最为严重的例子，一般通过冲击、弯曲、烘焙等方法鉴别。有一种情况被许多厂家忽视，铜铜镍铬其浸蚀槽中含有大量的铜杂质，直上镍铬生产线上镀杂件也在此槽中浸蚀，都容易产生大量的肉眼不易觉察的疏松置换铜，影响结合力(见表5)。表5杂质来源处理方法铜杂质参照：灰暗铜杂质条款电解处理或WH891除杂剂供电系统或操作不当阴极、阳极、挂具接触不良，双极性现象检查供电系统，正确操作转化膜、表面膜镀镍前被钝化、磷化消除铬污染，防止被磷化油脂除油不净，浸入受污染的浸蚀液提高除油，清洗力度增加活化效果氧化物弱酸浸蚀使用恰当浓度主光剂主光剂加入过多减少用量
12、35柔韧性不够柔韧性即延展性，柔韧性不够产生脆性，应力较大，要求后加工的工件，如电池壳、工具、摩托车配件等要求柔韧性要好(见表6)。表6杂质来源处理方法铜(10ppm)锌(20ppm)参照无光灰暗铜、锌条款电解处理或WH-891除杂剂有机物(不可预见)参照粗糙有机物条款炭粉处理操作条件低柔韧剂、高光亮剂、高PH值、低温正确调整杂质来源处理方法铵离子100ppm退出硝基涂层挂具使用非硝基涂层挂具4镍槽故障净化方法净化槽液，除去杂质，费时耗料，劳神费力。所以净化处理安排在生产不饱和时进行，以便从容应对，遵循处理步骤，彻底处理干净。电镀工作者进行预防性维护，净化工作必将大大减少。下面是镍电镀车间很好
13、的管理经验：(1)选择适当的阳极袋，操作时避免刮伤和撕破；(2)自始至终保持恰当的阳极面积；(3)使用适当的极杠和挂具以承载相应的电流；(4)防止工件掉人镍槽，一经发现立即捞起，减少铁、铜、锌及镍粉污染；(5)清洁极杠，确保导电系统牢固(电路、导电杠和挂具)接触，尽可能减少额外电压降；(6)防止挂具涂料被破坏，及时维修破损挂具，避免溶液滞留引起交叉污染；(7)回收液经过活性炭处理，过滤后进人镍镀液；(8)添加物料及添加剂应定时定量有规律补加；(9)操作条件(温度、pH值及电流等)应处在正常范围。41单步处理方法411过滤过滤依精度不同对滤芯要求也不一样，镀镍液要求除去15m微粒，循环过滤是保持
14、镍槽均一性及防止粗糙镀层最理想的办法。对空气搅拌而言，镀液应每小时过滤一次，机械搅拌每两小时过滤一次。过滤机的规格、流量、精度及镀液种类应综合考虑，才能发挥最佳生产效率。412活性炭循环过滤过滤机中加入少量的活性炭对于少量的有机污染的除去行之有效，应经常清洗过滤机，否则降低了净化效果，特别是对油脂、磨料助剂、清洗剂等，更应经常清洗过滤机。过滤机中活性炭量应为每周012gL为宜。如果污染严重，可提高45倍用量。值得注意的是这种方法除去有机物污染是有限度的。过滤机中的活性炭不是直接放人过滤机中的，而是将活性炭搅于水中，经循环过滤至水由黑色变成清水为止，这样活性炭就均匀地附着在滤芯上，活性炭也不会直
15、接进入镀槽中。413电解净化除去少量铜、锌、镉杂质，小电流比大电流更为有效，电流一般选择0205Adm2。我国广泛使用瓦楞极板电解，电解至人瓦楞极板凹沟处灰白色即可。若不停产电解则必须使用辅助循环槽，其流量应保持在每小时1413之镍槽容量，流速为18m3min以上。42分步处理方法分步处理需要一个有加热和搅拌的预备槽，槽底有一定的斜度。分步处理经常有大量不溶物产生，泥桨、泥渣应及时处理，过滤机应及时清洗。421高pH处理二价铁、三价铁、硅、铝、铬(三价)经高pH处理形成沉淀而滤去。碱性物质(如氢氧化钠、苏打)均可使用，但一般推荐使用碳酸镍。pH值不能调得太高，一般56即可，如果杂质太多可将pH
16、值调58-60。过滤将是比较困难的，同时镍盐也浪费得多。422炭粉处理活性炭是表面积很大且吸附能力很强的人造微小粉末，对物质进行选择性吸附，特别是对有机杂质，吸附性强。因颗粒大小不同而吸附量有所不同。一般用量为24-96gL。大部份有机物质几分钟就被吸附，低温有利于吸附效果，但温度并不是重要因素。在实际生产中，一般选择60-70，经几小时甚至过夜，这是经验并非理论。精细的炭粉在高温吸附速度更快。有时，用双氧水和高锰酸钾氧化并用活性炭处理。但多余的氧化剂不易被吸附而除去，如果有机物污染不严重，应尽量避免使用氧化处理。43选择正确的处理方法在实际生产中，杂质污染是复杂的，有机和无机混合污染时难以鉴
17、定，故需实验确定路径，下面是分步实验指南：a、高电流密度故障一般由无机杂质(如铝、硅酸盐、磷酸盐等)沉积引起，此区域扩•散层pH值高于本体pH值。金属杂质易于形成沉淀而沉积成“白灰色”类似“烧焦”状镀层，一般用高pH处理。b、低电流密度区故障一般是由无机杂质(如铜、锌等)沉积而成，用电解及炭粉处理。c、其它故障如针孑L、发雾、发花、柔韧性欠佳等等一般是综合污染。推荐使用由简到繁的途径炭粉处理。炭粉+高pH处理。氧化+炭粉+高pH处理。431逐步净化理程序炭粉处理下面的程序用于消除油脂、研磨剂和其它有机杂质。(1)将镍溶液转入一个清洁的预备槽中；(2)调pH值至30-35；(3)加热
18、到65-70；(4)加入48-96gL的活性炭，一般加入4.06.0g/L，如果污染较严重，加入96gL或更多的活性炭；(5)保温前提下，搅拌2h，静置溶液，同时清洗镀槽及更换破损的阳极袋；(6)用清洗过的过滤机将镀液过滤回镀槽。此过程中应尽量避免过滤机人口管接触到底部活性炭泥。防止堵塞过滤机；(7)建议使用12gL的助滤剂便于提高过滤速度。当液面逐渐下降后，应用软管将助滤剂慢慢地沿镀槽壁放人槽内；(8)调整pH值至正常范围；(9)调整添加剂至满足要求；(10)恢复电镀生产。高pH处理(用碳酸镍)(1)将镀镍液转入一个清洁的预备槽中；(2)调整温度到65-75；(3)将lkg碳酸镍用几水调成泥
19、浆状，加入镀镍用低泡润湿剂7ml，机械搅拌使分散均匀。不宜将碳酸镍固体直接加入镍溶液中；(4)将浆状物慢慢地加入保温的镍溶液中，不停地搅拌。一般而言6gL的碳酸镍足够；(5)保温搅拌1h以上，检查pH值是否下降，最终将pH值调到55；(6)静置溶液至少8h，最好过夜。清洗电镀槽及阳极袋，更换破损阳极袋；(7)将溶液过滤回电镀槽，过滤机人口管尽量贴近镀液液面以防过滤机堵塞；(8)当溶液液面接近底部时，建议加12gL的助滤剂，助滤剂用软管轻轻地沿槽壁放人槽内；(9)用H2SO4，将pH值调整至正常范围；(10)调整温度和添加剂恢复生产。炭粉与高pH值联合处理将“炭粉处理”的15步后，接“高pH处理
20、”310步，将两者联合起来。氧化和炭粉处理(1)在过滤机中加入约25gL的活性炭，循环过滤除去润湿剂，然后打入预备槽；(2)将溶液冷却至3843，调pH=35；(3)在搅拌过程中，慢慢加入30的双氧水36mlL至镍槽中；(4)在3843间搅拌2h；(5)将温度升到70cC，并保温2h以除去多余的双氧水；(6)在6570C之间加入4872gL活性炭，搅拌2h以上；(7)静置溶液过夜，同时清洗镀槽和阳极，更换破损阳极袋；(8)过滤溶液至干净的镀槽；(9)调整pH值、温度及添加剂量，恢复生产。联合处理：高pH、氧化和炭粉处理“氧化和炭粉处理”的16连接到“高pH值处理”的310步，即可。特别注意几个
21、问题：(1)第一步必不可少，除去低泡润湿剂，避免它将油脂等物质分散成细微乳状液;(2)第二步将溶液温度降到3843cC，pH值调到35是很重要的，才能发挥双氧水的最佳氧化效果，避免双氧水迅速分解；(3)第5、6两步升温分解剩余双氧水也很重要，一种试验方法可以检测到是否有多余的双氧水：a、100ml水中溶解5g碘化钾加入5g可溶性淀粉，加热使完全溶解；b、滴一滴镀液于滤纸上；c、再滴二滴a指示剂于h镀液上；d、如果5s内有蓝色出现，说明双氧水存在。此种检测双氧水方法的前提是无其它氧化剂，否则不成立。高锰酸钾氧化高锰酸钾氧化工艺适合于某些难氧化的有机污染物的去除，联合高pH处理和炭粉处理必须以实验
22、的基础确定是否用此工艺。其用量应随污染程度而慎重加入。高锰酸钾之用量应特别注意：(1)将镀镍溶液转入干净的预备槽；(2)调整pH值在3035之间；(3)调整温度到6575；(4)用温水溶解计算量的高锰酸钾(一般配成120gL溶液)，加入镍槽中搅拌2h；(5)下面接“炭粉与高pH处理丁艺”，因有大量不溶物，最好分两次过滤；(6)过量的高锰酸钾用双氧水破坏；，然后升温除去双氧水，滤除产生的还原产物。44特殊处理方法某些杂质不能由上述方法除去，需经特殊处理，a、钙引起结晶粗糙，造成针孔、麻点，使镀层耐蚀性下降，且不易发觉。a、钙一般指硫酸钙，在镍槽中溶解度有限，温度越高，溶解度越低，故应在高温过滤、
23、在70时般能过滤一十左右。剩余部分的除去，最有效的方法就是加入氟化氢钠(NaHF、)，生成不溶性氟化(CaF、)，这种方法也可除去镁。本人曾经使用于此法消除了细微针孔。b、磷酸根磷酸根使高电流密度区产生黑色海绵状粗糙镀层，用高pH值方法除去磷酸根很有限，最有效的办法就是在pH40H寸，加入三价铁(如•二氯化铁)形成磷酸铁沉淀，经过滤而除去，过量的二价铁则用高pH方法除去c、硝酸根、亚硝酸根、硝酸根、亚硝酸根使镀层变黑，形成疏松海绵状镀层，降低阴极电流效率，产生大量的氢气，析出氢气量与槽中硝酸根有很大关系。电解过程中产生许多副产物，如氨。氨不易被除去，它使镀层应力增加，柔韧性降低。少量的硝酸根(005gL)，在电镀过程中逐渐消除，大量的硝酸根(0105gL)则应采用小阴极、大阳极、大电流、低pH值、高温长时间电解处理。含更高的硝酸根的槽液应作报废处理。本人曾经遇到过将亚硝酸钠误为氯化钠加入镍槽中。因其量过大(3g/L)，只好报废处理。
