技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明概括而言涉及用于鎳磷合金的無(wú)電沉積的鎳-磷鍍?cè)　?/p>

背景技術(shù)

無(wú)電鎳涂層是用于提供耐腐蝕性、耐磨性、硬度、潤(rùn)滑性、可焊性和結(jié)合性、沉積均勻性和非磁性(在高磷鎳合金的情況下)而施加的功能涂層，從而提供非多孔阻擋層或增強(qiáng)特定部件的性能或使用壽命。無(wú)電鎳的硬度和耐腐蝕性是許多成功應(yīng)用的關(guān)鍵因素。無(wú)電鎳涂層用于各種應(yīng)用，包括電連接器、微波外殼、閥體和泵體、打印機(jī)軸、計(jì)算機(jī)部件等。無(wú)電鎳可用于涂覆由各種材料制成的部件，所述材料包括但不限于鋼、不銹鋼、鋁、銅、黃銅、鎂和許多種非導(dǎo)電材料中的任何材料。

無(wú)電鍍鎳將鎳合金沉積到能夠催化合金從處理溶液中沉積的基底上，該處理溶液含有鎳離子和能夠?qū)⑷芤褐械逆囯x子還原成金屬鎳的合適的化學(xué)還原劑。在無(wú)電鎳鍍?cè)≈幸彩褂酶鞣N添加劑以使浴穩(wěn)定化并進(jìn)一步控制在被鍍基底上的鎳沉積速率。還原劑包括例如硼氫化物(其產(chǎn)生鎳硼合金)和次磷酸根離子(其產(chǎn)生鎳磷合金)。與電鍍相反，無(wú)電鎳不需要整流器、電流或陽(yáng)極。沉積過程是自催化的，意味著一旦在基底上形成了鎳的初生層，該層和每個(gè)后續(xù)層變?yōu)橐疱兏卜磻?yīng)繼續(xù)的催化劑。

在使用次磷酸根離子作為還原劑的無(wú)電鎳鍍?cè)≈校嚦练e物包含鎳和磷的合金，磷含量為約2％至大于12％。這些合金在耐腐蝕性和(熱處理后)硬度和耐磨性方面具有獨(dú)特的性能。

來(lái)自鎳磷浴的沉積物的特征在于磷含量，其反過來(lái)決定沉積物性質(zhì)。沉積物中磷的百分比受許多因素影響，包括但不限于浴操作溫度、操作pH、浴的老化程度、次磷酸根離子濃度、鎳離子濃度、亞磷酸根離子和次磷酸鹽降解產(chǎn)物濃度以及包括其他添加劑的鍍?cè)〉目偦瘜W(xué)組成。

低磷沉積物通常包含約2～5重量％的磷。低磷沉積物提供改善的硬度和耐磨性特性、耐高溫性和在堿性環(huán)境中增加的耐腐蝕性。中磷沉積物通常包含約6～9重量％的磷。中磷沉積物是光亮的，并表現(xiàn)出良好的硬度和耐磨性以及適度的耐腐蝕性。高磷沉積物通常包含約10～12重量％的磷。高磷沉積物提供非常高的耐腐蝕性，并且沉積物可以是非磁性的(特別是如果磷含量大于約11重量％)。

無(wú)電鎳沉積物的熱處理(在至少約520℉的溫度下)將增加沉積物的磁性。另外，即使是通常在鍍覆時(shí)為非磁性的沉積物，當(dāng)在約高于約625℉熱處理時(shí)，將變成磁性。無(wú)電鎳涂層的硬度也可以通過熱處理而增強(qiáng)，并且取決于磷含量和熱處理時(shí)間和溫度。

盡管從工程角度來(lái)看無(wú)電鎳沉積物具有許多優(yōu)點(diǎn)，但無(wú)電鎳的沉積產(chǎn)生顯著的浪費(fèi)。用于還原鎳的大部分次磷酸鹽被氧化成亞磷酸鹽，其保留在處理溶液中并且濃度增加，直到必須更換浴液。在浴的操作期間，pH傾向于下降，并且通過加入氨或碳酸鉀溶液來(lái)校正。同樣，這些離子在浴操作期間濃度增加。最終，浴達(dá)到飽和(或者在此之前，金屬沉積的速率對(duì)于商業(yè)操作來(lái)說(shuō)變得太慢)，從而必須被替換。在處理時(shí)，廢溶液通常含有鎳離子、鈉離子(來(lái)自次磷酸鈉)、鉀和/或銨離子、次磷酸根離子、亞磷酸根離子、硫酸根離子和各種有機(jī)絡(luò)合物(例如乳酸或乙醇酸)。

此外，在鍍覆過程中，鎳和次磷酸根離子連續(xù)耗盡從而必須補(bǔ)充以便保持浴的化學(xué)平衡。鍍覆質(zhì)量和效率隨著亞磷酸鹽水平在溶液中的增加而降低，并且通常在通過補(bǔ)充而替換原始鎳含量四次之后，必須丟棄鍍?cè)　＿@在本領(lǐng)域中稱為金屬“更替循環(huán)(turnover)”(MTO)。

如本文所述，典型的無(wú)電鎳浴包含：

a)鎳離子源；

b)還原劑；和

c)一種或多種絡(luò)合劑。

加入穩(wěn)定劑以提供足夠的浴壽命、良好的沉積速率并控制沉積的鎳磷合金中的磷含量。常用的穩(wěn)定劑和光亮劑選自重金屬離子如鎘、鉈、鉍、鉛和銻離子，以及各種有機(jī)化合物如硫脲。然而，這些穩(wěn)定劑和光亮劑中的許多是有毒的，并且受到日益增強(qiáng)的管制。例如在Harbulak的美國(guó)專利No.4,483,711中，其主題通過引用整體并入本文，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)向無(wú)電鎳鍍?cè)≈屑尤肓螂逵行У亟档玩嚦练e物中的磷含量。然而，無(wú)電鎳浴中提供令人滿意的浴操作的硫脲的關(guān)鍵的窄濃度限制使得硫脲不適用于商業(yè)鍍覆設(shè)備，因?yàn)閷?duì)浴的分析和補(bǔ)充以保持適當(dāng)?shù)慕M成參數(shù)是困難、耗時(shí)且昂貴的。