化學(xué)鍍鎳在連接器表面處理中的應(yīng)用；浙江依恩表面技術(shù)有限責(zé)任公司" />

　　1.引言

　　化學(xué)鍍鎳層由于其良好的耐磨、耐腐蝕、易釬焊等性能，在電子工業(yè)中被廣泛采用，在連接器表面處理中應(yīng)用也十分普遍：鋁基體上經(jīng)化學(xué)鍍鎳可使鋁表面具有釬焊性，并能改善外觀,提高耐腐蝕性能；塑料外殼上化學(xué)鍍銅后化學(xué)鍍鎳,這樣的雙金屬結(jié)構(gòu)鍍層被公認(rèn)為是最有效的屏蔽方式之一；在插、插孔表面處理中用化學(xué)鍍鎳作鍍金層的底層，可防擴(kuò)散，提高整個鍍層的耐腐蝕性能,在保證鍍層質(zhì)量要求的前提下可適當(dāng)減少金層厚度，以節(jié)約金的消耗。

　　2.化學(xué)鍍鎳工藝及鍍層性能

　　2.1工藝簡述

　　化學(xué)鍍鎳就是在不通電的情況下得到的沉積層，也稱無電解鎳，其主要成分包括主鹽、還原劑、絡(luò)合劑、穩(wěn)定劑、緩沖劑、促進(jìn)劑等。主鹽一般是硫酸鎳或氯化鎳，是鍍層中鎳的來源；還原劑的作用是通過催化脫氫，提供活潑的新生態(tài)氫原子，使鎳離子具有自催化能力，在基體表面上還原獲得鎳鍍層，并使鍍層含有P、B等形成Ni-P，Ni-B等合金鍍層(本文主要討論Ni-P合金鍍層)。

　　常見的還原劑有：次亞磷酸鈉、胺基硼烷、硼氫化物等;絡(luò)合劑可與鎳形成穩(wěn)定的絡(luò)合物以控制可供反應(yīng)的游離鎳量，并防止生成氫氧化物或亞磷酸鹽沉淀；穩(wěn)定劑的加入可阻止鎳在膠體粒子或其它微粒上的還原，從而抑制溶液的自發(fā)分解；此外常常在槽液中添加少量有機(jī)酸來提高沉積速度，以彌補(bǔ)絡(luò)合劑給沉積速度帶來的負(fù)面影響�，F(xiàn)代化學(xué)鍍鎳工藝發(fā)展很快，在溶液中加入適量光亮劑、潤濕劑等可獲得全光亮的化學(xué)鍍鎳層。

　　2.2化學(xué)鍍鎳層的主要性能

　　(1)硬度：鍍態(tài)化學(xué)鍍鎳的顯微硬度約為500～600HV,這與許多硬化合金鋼的硬度差不多，經(jīng)一定溫度熱處理后，硬度值可達(dá)1000HV以上，這與常用的硬鉻鍍層硬度相當(dāng)。

　　(2)耐腐蝕性：由于鍍層是無定形、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，沒有晶界、位錯或成分偏析等現(xiàn)象，而P（磷）的引入又使其穩(wěn)定電位變正，而且鍍層本身易于鈍化并且鈍化膜能自動修復(fù)，這三方面原因決定了化學(xué)鍍鎳層優(yōu)異的抗腐蝕性能，在某些環(huán)境下其耐腐蝕性能甚至超過不銹鋼。一般地說，含磷量大于10%的高磷化學(xué)鍍鎳層耐腐蝕性能最好。

　　(3)電阻率：化學(xué)鍍鎳層的電阻率通常隨鍍層中磷含量增加而增高，熱處理后電阻率會明顯降低。

　　(4)電磁波屏蔽性能：化學(xué)鍍鎳層中磷含量越低，鍍層的導(dǎo)電性能越好，電磁波的屏蔽效果也越好。

　　(5)其它性能：化學(xué)鍍鎳層還具有良好的釬焊性，其耐磨性能相當(dāng)于硬鉻鍍層，而且與基體具有較強(qiáng)的結(jié)合強(qiáng)度。

　　3.化學(xué)鍍鎳工藝在連接器表面處理中的應(yīng)用

　　連接器中外殼的電磁屏蔽性能，針、孔的耐磨耐插拔性能，鍍層的抗腐蝕性能等很大程度上取決于表面處理的質(zhì)量。選擇合適的表面處理工藝，能夠較好地保證產(chǎn)品的外觀、屏蔽、防腐蝕等質(zhì)量要求。化學(xué)鍍鎳工藝由于其良好的鍍層均勻性和致密性，在連接器表面處理中應(yīng)用日益廣泛。

　　3.1鋁及鋁合金材料的化學(xué)鍍鎳

　　鋁及鋁合金由于其低密度和易壓力加工等性能，在連接器工業(yè)中廣泛用于外殼等零件的生產(chǎn)。但與鋼鐵相比，鋁對氧有較強(qiáng)的親和力，電極電位較負(fù)，這給其電鍍處理過程帶來困難。通常鋁外殼的表面處理多采用電化學(xué)氧化處理，輔以著色、封閉等工藝，使之滿足多種色彩的表面處理要求，但這種工藝一般滿足不了日益嚴(yán)格的電子設(shè)備的電磁波屏蔽要求�；瘜W(xué)鍍鎳由于其無電解、方便施鍍、抗蝕性好、導(dǎo)電性好、易釬焊，正越來越多地用于鋁外殼的表面處理。

　　由于鋁表面活性較高，直接電鍍?nèi)菀讓?dǎo)致結(jié)合力不強(qiáng)甚至脫皮。要采取特殊的預(yù)處理工藝，一般采用堿性鋅酸鹽處理或浸鎳、鋅鎳合金等重金屬鹽溶液處理，使鋁表面接觸沉積一層鋅、鎳等，防止鋁表面再次生成自然氧化膜。對含硅量較高的鑄鋁合金，在酸浸蝕和浸鋅處理時應(yīng)添加適量的HF，比如壓鑄鋁浸鋅工藝可采用ZnSO4·7H2O 700g/L,HF(48%)35mL/L,20～25℃,2min。當(dāng)采用酸性化學(xué)鍍鎳溶液時，浸鋅處理后應(yīng)先在堿性化學(xué)鍍鎳溶液中進(jìn)行預(yù)鍍鎳處理，防止浸鋅層在酸性溶液中被腐蝕掉。這樣既保證了鍍層的結(jié)合力要求，又避免了溶解下來的鋅層對鍍液的污染和毒害作用。

　　3.2柯伐合金材料的化學(xué)鍍鎳

　　由于柯伐合金具有與玻璃相似的熱膨脹特性曲線，能與相應(yīng)硬度的玻璃牢固封接，在某些高壓連接器、密封連接器等對密封性能要求嚴(yán)格的場合下被廣泛采用。一般情況下引出端(連接器中一般為插針或插孔)與外殼被玻璃絕緣而不能連接導(dǎo)電，用掛鍍(電鍍)的方法使用專用的掛具很不方便，而且不容易保證質(zhì)量，而使用滾鍍方式又容易導(dǎo)致接觸件的變形。與之相比較，化學(xué)鍍工藝就顯得優(yōu)點(diǎn)很多，它能保證任何金屬構(gòu)件(不管連續(xù)導(dǎo)電與否)的鍍層均勻一致，不管孔內(nèi)孔外都能鍍上合格鍍層。由于柯伐合金材料與玻璃(或陶瓷)一起成為表面處理對象，這就要求整個處理過程中不能使用對玻璃有腐蝕傾向的強(qiáng)腐蝕性酸(如HF等)，以確保產(chǎn)品的密封和絕緣等性能。對有孔零件而言，在化學(xué)鍍鎳中要采用攪拌溶液、翻動零件等方式及時排除孔內(nèi)產(chǎn)生的氣泡，保證孔內(nèi)外鍍層均勻一致。（柯伐合金：該合金在20~450℃范圍內(nèi)具有與硬玻璃相近的線膨脹系數(shù)和相應(yīng)的硬玻璃能進(jìn)行有效封接匹配，和較高的居里點(diǎn)以及良好的低溫組織穩(wěn)定性，合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工，廣泛用于制作電真空元件，發(fā)射管，顯像管，開關(guān)管，晶體管以及密封插頭和繼電器外殼等。）

　　3.3鋼鐵基體的化學(xué)鍍鎳

　　由于化學(xué)鍍鎳層特別是高磷Ni-P層具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，對鋼鐵基體而言，采用化學(xué)鍍鎳工藝可以起到較好的防護(hù)作用。碳素薄鋼板由于其價廉、強(qiáng)度高、工藝性好，多用于沒有電磁性能要求的直插式連接器外殼；而不銹鋼具有優(yōu)良的防腐蝕性能和較高的機(jī)械強(qiáng)度，常用于防腐要求較高的場合。不銹鋼由于含有鎳、鉻等合金元素，化學(xué)鍍鎳前需要進(jìn)行預(yù)鍍鎳活化處理，預(yù)鍍鎳溶液可采用NiCl2:200～400g/L，HCl:80～200mL/L，室溫，陰極電流密度DK：2～3Adm^2，2～6min。

　　3.4銅及銅合金的化學(xué)鍍鎳

　　由于銅及銅合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電性及較高的強(qiáng)度，用于各類連接器中殼體、接觸件等的生產(chǎn)。但銅及銅合金對化學(xué)鍍鎳的還原過程沒有催化作用，所以銅合金化學(xué)鍍鎳必須進(jìn)行化學(xué)或電化學(xué)活化：用已經(jīng)預(yù)處理過的鐵絲(或鋁絲，電極電位比Ni負(fù))與待鍍銅合金表面接觸形成短路電池，作為陰極的銅合金零件表面首先沉積鎳層，然后鎳就能連續(xù)沉積，或在溶液中加一鎳陽極，在待鍍銅合金零件(作陰極)與鎳陽極間施加1V左右的電壓，保持幾秒鐘，待銅合金表面沉積上一層鎳后，將鎳陽極從溶液中取出，后續(xù)過程就能自發(fā)地連續(xù)沉積。其中鈹青銅銅零件前處理要求首先除去氧化膜，推薦使用工藝：HCl：H2SO4∶H2O=1∶1∶3(體積比),100～120℃。

　　3.5非金屬材料的化學(xué)鍍鎳

　　主要是塑料、陶瓷等。用作連接器外殼的塑料主要是ABS塑料、尼龍和少量的聚碳酸酯。非金屬材料化學(xué)鍍鎳前必須進(jìn)行活化處理，阻燃塑料中一般含有三氧化二銻，為阻止其污染鈀活化液，可在活化前加一預(yù)活化工序。為防止塑料在較高溫度溶液里變形，塑料件化學(xué)鍍鎳一般選用溫度較低的溶液。此外，對鍍件的清洗要求很嚴(yán)格，應(yīng)防止活化金屬離子帶入化學(xué)鍍鎳溶液，引起鍍液的自發(fā)分解;還應(yīng)選擇穩(wěn)定性較好的溶液來進(jìn)行化學(xué)鍍。

　　4化學(xué)鍍鎳發(fā)展趨勢及其在連接器表面處理中的應(yīng)用前景

　　4.1發(fā)展趨勢

　　化學(xué)鍍鎳層具有良好的綜合物理化學(xué)性能，因此它是一種極有發(fā)展前途的表面強(qiáng)化技術(shù)。自從上世紀(jì)50年代后期用于工業(yè)生產(chǎn)以來，其發(fā)展速度很快，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、電子等各項(xiàng)工業(yè)生產(chǎn)中。其發(fā)展趨勢有以下特點(diǎn)：

　　(1)低濃度：降低配槽成本，減小清洗過程的損耗，并降低污水處理的負(fù)荷。

　　(2)低能耗：降低化學(xué)鍍鎳溶液的工作溫度，特別是50℃以下的化學(xué)鍍鎳工藝必將得到更快的發(fā)展。

　　(3)快速度：和電鍍鎳相比，化學(xué)鍍鎳的沉積速度較慢，在保證溶液穩(wěn)定性的前提下，選用合適的促進(jìn)劑、絡(luò)合劑，以提高其沉積速度。

　　(4)全光亮：選用合適的光亮劑，以獲得全光亮化學(xué)鍍鎳層。

　　(5)高穩(wěn)定性(長壽命)：在溶液中加入合適的穩(wěn)定劑(如催化抑制劑、表面活性劑等)，都能明顯提高化學(xué)鍍鎳溶液的穩(wěn)定性。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)已成功地用于化學(xué)鍍鎳溶液的管理和維護(hù)，并可利用聯(lián)機(jī)分析系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，以控制溶液性能和生產(chǎn)條件，使其達(dá)到最佳狀態(tài)，從而顯著提高化學(xué)鍍鎳溶液的穩(wěn)定性，延長溶液的使用壽命。

　　此外，化學(xué)鍍鎳溶液、工藝和設(shè)備的商品化和系列化，將會推動化學(xué)鍍鎳的應(yīng)用得以持續(xù)發(fā)展。

　　4.2應(yīng)用前景

　　4.2.1化學(xué)鍍鎳后處理

　　利用化學(xué)鍍鎳層的氧化膜或轉(zhuǎn)化膜在化學(xué)鍍鎳后再處理，可獲得特殊的外觀或性能。例如利用KMnO4 20g/L、H2SO4 5～20g/L，室溫處理3～5min后，能產(chǎn)生均勻的黑色膜層，既可保證其耐蝕、耐磨、導(dǎo)電性能，又可滿足某些產(chǎn)品的裝飾或光學(xué)性能要求。

　　4.2.2雙層化學(xué)鍍鎳

　　與電鍍半亮鎳和光亮鎳的雙層鎳工藝原理相似，利用鍍層的電位差，采用雙層化學(xué)鍍鎳可顯著提高鍍層耐電化學(xué)腐蝕的性能。底層為酸性鍍液中獲得的Ni-P層，其電位較正；面層為堿性鍍液中獲得的Ni-P層或化學(xué)鍍Co-Ni-P、Co-B等合金層，其電位較負(fù)。這種雙層化學(xué)鍍鎳層的總厚度比單層鎳層厚度可減少一半，而抗蝕性能相當(dāng)，甚至更高。雙層化學(xué)鍍鎳層除能改善抗蝕性能外，某些組合鎳層還能提高耐磨性能。

　　4.2.3 Ni-B合金的應(yīng)用

　　Ni-B合金在耐高溫、鍵合性、電接觸等性能方面十分優(yōu)越，可用作接觸件、印制板的代金鍍層，其中含硼1%～3%的Ni-B合金，外觀酷似銠，可用作代銠層。在雙列直插式插座中，Ni-B合金已成功用作代金鍍層，其在連接器表面處理中的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)�會越來越寬�?/p>

　　4.2.4復(fù)合化學(xué)鍍鎳的應(yīng)用

　　為滿足某些零件高耐磨、自潤滑等特殊性能要求，向鍍鎳溶液中加入人造金剛石、氟塑料等小顆粒，形成復(fù)合化學(xué)鍍鎳層。特別是海底、航空、航天等設(shè)備上，不便經(jīng)常進(jìn)行潤滑，使用這種耐腐蝕、耐磨性能好、自潤滑性能優(yōu)良的復(fù)合化學(xué)鍍鎳層就能充分發(fā)揮其優(yōu)越性。應(yīng)用于接觸件的表面處理，可以降低插拔或接觸過程的磨損，延長使用壽命。

　　4.2.5用作屏蔽鍍層

　　單就導(dǎo)電性和屏蔽效果而言，化學(xué)鍍銅層要優(yōu)于化學(xué)鍍鎳層，但單層銅易氧化，抗蝕性差，一般都以化學(xué)鍍銅后再化學(xué)鍍鎳作電磁屏蔽層。目前在國外已有專門用作電磁屏蔽的商品化化學(xué)鍍?nèi)芤撼鍪�。隨著電子設(shè)備屏蔽要求日趨嚴(yán)格，化學(xué)鍍鎳必將在這一領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。