收稿日期:2010 04 14; 修订日期:20010 05 18基金项目:广东省科技计划资助项目(2008B010600048),佛山市三水区科技计划资助项目(0903A)作者简介:徐 超(1985 ),江苏盐城人,硕士生.研究方向:电镀.铸造技术F OU N DRY T ECH NO LO GY V ol.31N o.9Sep.2010几种中间体对镀镍液和镀层性能的影响徐 超1,潘湛昌1,肖楚民1,胡光辉1,古晓雁1,2(1.广东工业大学轻工化工学院,广东广州510006;2.佛山市昭信金属制品有限公司,广东佛山528131)摘要:研究了中间体PP S(丙烷磺酸吡啶鎓盐)、P A P(丙氧基丙炔醇醚)、PDA (二乙基丙炔胺甲酸盐)对镀镍液分散能力和电流效率的影响;利用扫描电镜和电化学工作站对表面形貌和阴极极化曲线进行了研究。
结果表明,含有PPS 的镀液分散能力最好,含有PDA 的镀液电流效率较高,加入P PS 获得的镀层颗粒最小,含有P A P 的镀液极化作用最大。
关键词:镀镍液;中间体;分散能力;电流效率中图分类号:TG174 文献标识码:A 文章编号:1000 8365(2010)09 1226 03Effects of Several Intermediates on The Properties of NickelElectroplating Solution and DepositsXU Chao 1,PAN Zhan chang 1,XIAO Chu min 1,HU Guang hui 1,Gu Xiao yan1,2(1.Faculty of Light and Chemical,Guangdong University of Technology,Guangzhou,Guangdong 510006,C hina;2.Foshan Real Faith Metal Ware Co.,Ltd.,Foshan,Guangdong 528131,China)Abstract:The effects of the in termediates of PPS,PAP and PDA on the properties of nickel electroplating solu tion and deposits in the throwing power an d cu rrent efficiency were stu died.The cathodic polarization curves and surface morphology were investigated by means of scan ning electron microscope (SEM)and electrochemical work station.Th e resu lts sh ow that PPS h as the best throwin g power,PDA has th e best cu rren t efficiency,PAP h as the largest polarization ,the smallest grain can be obtained from the bath contain ing PPS.Key words:N ickel electroplating solution;In termediate;Th rowing power;Cu rrent efficien cy镀镍层不仅应用于防护装饰,还广泛用于耐腐蚀、耐磨、耐热镀层以及模具的制造等方面。
特别是近年来,在连续铸造结晶器、电子元件表面的压印模具、形状复杂的宇航发动机部件、微型电子元件制造等方面的应用,使电镀镍用途更加广泛[1]。
镀镍添加剂对镀层的质量起着至关重要的作用,而光亮剂的发展又代表了镀镍添加剂的发展[2]。
镀镍光亮剂已经发展到了第4代,次级光亮剂以吡啶衍生物、丙炔醇衍生物及炔胺类化合物等为典型代表[3]。
但是,人们对这些中间体的作用研究的不够充分。
本文以上面3类中间体为研究对象,探讨它们极化作用的大小,以及分散能力和电流效率的高低,为电镀镍添加剂的研究和应用提供参考依据。
1 实验方法1.1 实验材料本实验以镍板做阳极,65.0m m 50.0m m0.2mm 黄铜片做阴极(背面绝缘),自制有机玻璃容器做镀槽,加热仪器是DF 1型集热式磁力搅拌器,称重仪器是FA2104电子天平(精度为0.0001g)。
1.2 镀液组成及工艺条件镀液组成: Watts 液:250g/L NiSO 4!6H 2O,30g /L NiCl 6!6H 2O,35g/L H 3BO 3[1];∀Watts 液+/LPPS 290mg;#Watts 液+/LPAP 40m g;∃Watts 液+LPDA 29mg 。
工艺条件:水浴恒温60%,时间10m in,搅拌速度恒定。
1.3 性能测试采用H itachi S 3400N 型扫描电子显微镜(SEM)观察镀层的表面形貌。
采用CH I650C 型电化学工作站得到阴极极化曲线。
利用H ull 槽实验八点法测定镀液的分散能力[4],分散能力的计算采用公式:T.P.=h 5/h 1 100%式中h 1和h 5分别代表H ull 槽试片上第一方格和第五方格的厚度。
使用H itachi S 3400N 型扫描电子显微镜测出镀层的厚度。
使用称重法求出电流效率[5]。
!1226!&铸造技术∋09/2010徐 超等:几种中间体对镀镍液和镀层性能的影响2 结果与讨论2.1 镀层的表面形貌图1,a~e 分别是电流密度为4.98、6、6.98、8、8.98A/dm 2时的表面形貌,图1f ~h 是电流密度为6.98A/dm 2时分别加入PPS 、PAP 和PDA 的表面形貌。
从图1中可以看出,随着电流密度的增加,镀层结晶的粗细并无明显变化,这与文献[4]中的观点一致。
从图1f~b,颗粒逐渐变大,但是都比不加添加剂的细。
图1 镀层的表面形貌F ig.1 Sur face mo rpho lo gy of coating s!1227!F OU N DRY T ECH NO LO GYV ol.31N o.9Sep.2010根据Erdey Gruz 和Vo lmer [6]提出的成核速度和过电位的关系可以知道,随着过电位的增大,新晶核的形成速度会迅速增大,镀层会变细。
所以可以推测,从图1f~h 过电位逐渐减小,图1a~e 的过电位相差不大。
2.2 阴极极化曲线从图2中可以看出,加入中间体的极化曲线比Watts 镀镍液的明显负移,负移程度从小到大依次为PDA,PPS,PAP,说明极化作用也是依次增大。
图2 加入不同中间体的极化曲线Fig.2 Po lar izat ion cur ves w ith different intermediates增大阴极过电位有两种途径:加大阴极电流密度和加入添加剂。
但是通过提高电流密度产生的过电位有限,使晶粒细化的作用不明显[4]。
而在镀液里加入的有机添加剂,能够吸附在阴极表面,并且在该处还原,以阻化金属吸附原子的表面扩散,使阴极反应的过电位升高,从而获得晶粒细小而平滑的镀层[6]。
从图2中可以推测,镀层的晶粒由小到大应该为PAP,PPS,PDA,但是这与图1f~h 有些矛盾,可能是因为电镀时加入的中间体较多,电化学测试时加入的较少,两者不能很好的对应。
2.3 添加剂对镀液分散能力的影响表1中h 1和h 5分别代表H ull 槽试片上第1方格和第5方格的厚度。
从表1可以看出,分散能力由小到大依次是:Watts 液,PDA,PAP,PPS 。
因为极化作用越大,分散能力越好[4],镀层颗粒越小。
所以镀层颗粒的大小顺序,也应该和上面相同,图1f~h 证明了这一点。
表1 添加剂对分散能力的影响T ab.1 Effects o f additiv es o n t hr ow ing pow er h 1/ m h 5/ m 分散能力(%)W atts 液13.83 4.5733.04Wat ts 液+PP S 15.277.0746.30Wat ts 液+PA P 16.05 6.6441.37Watts 液+P DA14.025.1436.662.4 添加剂对镀液电流效率的影响从图3中可以知道,加入PPS 的镀液电流效率最小,加入PAP 和PDA 的在6A/dm 2和6.98A/dm 2的电流效率比Watts 液高,并且PDA 的高于PAP 。
因此,含有PDA 的镀液对电流效率的影响较好。
从图中还可以看出,相同电流密度时,加入PDA 后,镀液的电流效率高于PAP,而后者又高于PPS,这显然和他们极化作用的大小有关。
镀镍时,阴极还原反应由镍的析出、氢的产生和添加剂的阴极还原3个反应组成[3]。
极化作用越大,意味着镍的析出越困难,也就意味着电流效率的降低。
图3 添加剂对电流效率的影响Fig.3 Effects o f additiv es o n cur rent eff iciency3 结论(1)在镀液中加入PPS,可以获得细致的镀层。
(2)含有PAP 的镀液的极化作用最大。
(3)含有PPS 的镀液,分散能力最好。
(4)PDA 提高电流效率的效果最好。
参考文献[1] 周小琴.光亮电镀镍添加剂的研究[J].铸造技术,2008,29(7):955 985.[2] 胡承刚,陈桧华,曾振欧,等.中间体DEP 对镀镍层性能的影响[J].电镀与涂饰,2004,23(4):11 14.[3] 陈天玉.光亮镀镍[M ].北京:化学工业出版社,2006.[4] 王 玲,梅天庆.高级电镀工技术与实例[M ].南京:江苏科学技术出版社,2005.[5] 努丽燕娜,王保峰.实验电化学[M ].北京:化学工业出版社,2007.[6] 张立茗,方景礼,袁国伟,等.实用电镀添加剂[M ].北京:化学工业出版社,2006.!1228!。