乐思化学多层镍产品及应用.ppt

乐思化学多层镍产品及应用,内容介绍,镍镀种介绍 多层镍体系 OEMs要求 乐思多层镍产品介绍,镍镀种介绍,镀镍工艺发展简史 镍镀种的应用 添加剂的功用 镀液中的杂质,镀镍工艺发展简史,1843:Buttger (德国) 开发了第一种硫酸镍电镀配方 1869:Adams (美国)使用硫酸铵镍，并把镀镍工业化 1878:Weston (美国) 首次在镍镀液中引入硼酸 1900:Brancrft(德国) 第一次意识到氯化物能促进镍阳极溶解 1913:Watts (美国) 开发了氯化镍、硫酸镍和硼酸的镀镍配方，可以加热到60C，使电镀效率提高了10倍 1940s: 开始使用有机添加剂，这是现代镀镍工业的开端,镍镀种的应用,装饰性以及打底 耐磨（印染辊等） 抗腐 修复等,各组分的作用,硫酸镍 提供镍离子 相对成本较低 稳定性和溶解性好,氯化镍 促进阳极溶解 增强溶液导电性 提高走位能力,硼酸 pH缓冲剂 降低烧焦风险 使镀层更白 与其它添加剂共同作用,镀镍化学反应,阴极反应 Ni2+ + 2e Ni (97-98%) 初级 2 H2O + 2e 2 OH + H2 H3BO3 H2B3O + H+ 次级 2 H+ + 2 OH 2 H2O 阳极反应 Ni Ni2+ + 2e100% 2 Cl Cl2 + 2e 2 H2O O2 + 4 H+ 一般不会发生 H2BO2 + H+ H3BO3 ,镍镀液中的添加剂,镍镀层类型 光亮镍 半光镍 微孔镍 沙丁镍等 添加剂 光亮剂 整平剂 去阳极极化剂 配位剂 润湿剂,镀镍中的添加剂,初级光亮剂 产生光亮、高整平同时应力也比较大的镀层 与次级光亮剂配合起作用 次级光亮剂 也称作Carrier载体 维持镀层延展性和应力 在镀层中产生硫 润湿剂 降低表面张力，防气孔 搅拌类型不同（空气，机械搅拌），润湿剂类型也不同,镀液中的杂质,无机不溶性杂质 灰尘，污垢，炭，镍粉等 会引起镀层粗糙 过滤去除 无机溶解性杂质 通常是金属杂质如铜，锌，铁等 会引起不良上镀以及抗腐性不良 络合剂络合以及小电流电解去除 有机杂质 油、脂、抛光剂等 会引起针孔以及镀层低质 炭粉过滤去除,2. 多层镍体系,多层镍特点： 不同的镍层之间可形成不同的电位差 电位差是影响镀层抗腐性的主要因素 电位差可以通过厚度及电位差仪(Simultaneous Thickness and Electrochemical Potential ) STEP 测量 是通过盐雾CASS 测试的必需配置,单半光镍镀层,腐蚀机理, 慢速腐蚀,单光镍镀层,腐蚀机理,优点 Ni-Cr之间无需抛光,缺点 Cr-Ni电位差高 阳极面较小, 快速腐蚀,双镍镀层,腐蚀机理,优点 - Ni-Cr之间无需抛光 - 底材被保护,缺点 -Cr-Ni电位差高 -阳极面较小, 光镍层快速腐蚀,三镍镀层,腐蚀机理,优点 - Ni-Cr之间无需抛光 - 底材被保护,缺点 Cr-Ni电位差高 阳极面较小, 光亮镍层缓慢腐蚀,四镍镀层,腐蚀机理,优点 - 半光镍和光亮镍镀层之间的电位差显著增加,光亮镍层缓慢腐蚀,光亮镍,铬,半光镍,底材,微孔镍,高硫镍,横截面,多层镍体系,半光镍 高硫镍 光亮镍 微孔镍,半光镍,无硫、高整平镍镀层 如同名称一样，是半光亮性的镍镀层 腐蚀攻击是首先作用在光亮镍层上 当腐蚀到基材时，光亮镍镀层大部分会被腐蚀掉 所以在使用时，多采用双层镍镀层，这样比单层镍防腐效果有明显提高,问题及解决,1. 结合力差 可能原因改正措施 半光镀层钝化 检查水洗 电流问题 检查接触点和电力供应 有机污染 活性碳处理 2. 盐雾结果差 可能原因改正措施 硫污染 检查硫来源进而去除 3. 镀层发黑 可能原因改正措施 铬污染 添加铬还原剂 铜污染 小电流电解,4. 延展性差 可能原因改正措施 添加剂过多 降低添加频率 有机污染 活性碳处理 5. 镀层粗糙 可能原因改正措施 阳极袋破裂 更换阳极袋 过滤不适当 改善过滤,问题及解决,半光镍 高硫镍 光亮镍 微孔镍,多层镍体系,置于半光镍（无硫）和光亮镍镀层之间 是一层很薄的镍冲镀层，它的活性远超过其它两层 高硫镍和光亮镍之间的电位差至少提高了20 mV 镀层硫含量直接决定镀层的活性 低pH可以提高硫含量 硫的含量可以用镍箔(nickel foils)的方法确定。 高硫镍镀层的活性可以通过STEP测量电位差来评价,高硫镍,1. STEP 结果差 可能原因改正措施 pH 太低 调整pH 硫含量太低增加添加频率 2. CASS结果差 可能原因改正措施 pH 太低 调整pH,问题及解决,半光镍 高硫镍 光亮镍 微孔镍,多层镍体系,为后续的镀铬产生一层高整平、光亮的镀层 光亮镍镀液包含有机添加剂： 有机添加剂与金属同沉积在镀层上 硫也将会共沉积，并使得镀层比半光镍镀层更具电化学活性 与半光镍镀层相比，光亮镍层硬度较大，延展性较低 一般来说，对于双镍镀层厚度，2/3为半光镍, 1/3为光亮镍,光亮镍,1. CASS 结果差 可能原因改正措施 STEP结果差检查电位差 2. 结合力差 可能原因改正措施 电流问题 检查接触电以及电流供应 污染 活性碳处理或者小电流电解 载体carrier较少 添加载体carrier 光亮剂太多减少添加,问题及解决,3. 镀层粗糙 可能原因 改正措施 阳极袋破裂 更换阳极袋 过滤不适当 改进过滤 硼酸过多 降低硼酸至最佳水平 pH太高 降低pH 4. 针孔 可能原因 改正措施 污染 活性炭处理以及小电流电解 硼酸过多或过少 调整硼酸至最佳水平 润湿剂太低 调整润湿剂含量,问题及解决,pH 对光亮镍镀层的影响,pH太高 延展性降低 应力增加 整平性提高 覆盖能力增强 走位能力增强 镀层粗糙,pH太低 延展性提高 应力降低 对金属杂质的容纳范围更大 烧焦可能性降低 光剂消耗降低,对提高 STEP结果的建议,保持光亮镍镀液中有较多的carrier载体和较低的光剂 降低光镍槽的温度 降低光镍槽的pH 提高半光镍镀槽的温度,半光镍 高硫镍 光亮镍 微孔镍,多层镍体系,用于在铬镀层中产生微孔 可以大幅度地提高镍层的抗腐效果 当有水或者其它电解质存在时，形成腐蚀原电池，镍为阳极，铬为阴极 很多这样的腐蚀原电池会迅速扩展开 不连续的微孔颗粒可以充分减小腐蚀点的面积 从而减慢镍层的被腐蚀 微孔镍层和光亮镍层之间的电位差至少应为20mV,微孔镍 (镍封),空气搅拌是微孔镍工艺成功与否的关键因素 微孔镍工艺上的问题几乎都和空气搅拌不良有关系 不恰当的微孔数会导致CASS结果不合格 在光亮镍和微孔镍之间不推荐水洗 光亮镍槽液的带入会导致微孔镍槽中部分结晶 所以，槽液需要定期再生，去除掉所有固体并补加新的添加剂,微孔镍 (镍封),3. OEMs 对多层镍的性能要求,外观 结合力 镀层厚度 电位差(STEP 测试) 盐雾结果(CASS 测试) 微孔数,外观,光亮，且有光泽 无毛刺、结瘤、划痕等,结合力,磨锯测试（Grind-saw test*） 凿割测试（Chisel-knife test*） 变向割锯测试（Reverse saw cut test）,ASTM B571, “Standard Test Methods for Adhesion of Metallic Coatings”,变向割锯测试,镀层厚度,半光镍 30微米 光亮镍 10微米 镍层总厚度- 最少40微米 铬- 0.25微米,ASTM B487, “Standard for Measurement of Metal and Oxide Coating Thickness by Microscopical Examination of a Cross Section”,电位差 (STEP),光亮镍和半光镍 最小100 mv 最大 200 mv 高硫镍和光亮镍 最小15 mv 光亮镍和微孔镍 最小20 mv 最大40 mv,ASTM B764, “Standard Test Method for Simultaneous Thickness and Electrochemical Determination of Individual Layers in Multilayer Nickel Deposit”,盐雾CASS测试,盐雾测试 * 66 小时; 88 小时; 100 小时 热循环 无起泡、无裂痕、无铬损失 腐蚀点不大于1.5mm,ASTM B368, “Standard Method for Copper-Accelerated Acetic Acid-Salt Testing”,活性点,盐雾测试之后进行评价 首先剥离掉铬层 10,000 - 124,000 点/cm2. 平均直径小于31微米,ASTM B456, “Standard for Electrodeposited Coatings of Copper Plus Nickel Plus Chromium and Nickel Plus Chromium”,ASTM B651, “Standard for Measurement of Corrosion Sites in Nickel Plus Chromium or Copper Plus Nickel Plus Chromium Electroplated Surfaces with Double-Beam Interference Microscope”,通用汽车（GM） GM264M 奔驰汽车（Benz）DBL 8465 丰田（Toyota） TSH6504G,汽车 OEMs 标准,汽车OEM 多层镍规范说明书：,结合力变向割锯测试 镀层厚度 镍总厚: 40m STEP 半光镍与光亮镍：最小100 mV 光亮镍与微孔镍：最大20 mV 活性点最少10,000 个/cm2 盐雾测试66 小时无腐蚀,通用汽车（GM） GM264M,汽车 OEMs 标准,结合力镀层耐石头划测试(Stone chip resistance test) 镀层厚度 镍总厚: 外部工件 15 m 内部工件 10 m STEP 半光镍与光亮镍：最小120 mV 活性点外部工件 最小 10,000 个/cm2 内部工件 没指定 盐雾测试外部工件 48 小时 内部工件 24 小时,奔驰汽车（Mercedes-Benz） DBL 8465,汽车 OEMs 标准,结合力 镀层耐石头划测试(Stone chip resistance test) 镀层厚度 镍总厚: 外部工件 25 m 内部工件 15 m 含硫量 半光镍 0-0.005% 光亮镍 0.05-0.07% 活性点 外部工件 最小 10,000 点/cm2 内部工件 没指定 盐雾测试 外部工件 60 小时 内部工件 30 小时,丰田汽车（Toyota） TSH6504G C,汽车 OEMs 标准,4. 乐思多层镍系列产品,ELPELYT E 10 X,半光亮镍 柱状结构(Columnar structure) 镀层不含硫 整平性佳 延展性好 预防在抛光黄铜上产生白雾,半光镍产品,高硫镍工艺 在无硫半光镍和含硫光亮镍镀层之间 高活性的镍冲镀层 大大提高抗腐蚀性，且运行成本低 镀层含硫量可以通过控制TRI-NI TN的浓度从而得到有效控制,TRI NI TN,高硫镍产品,ELPELYT GS-6,光亮镍工艺 主要应用在黄铜, 锌压铸合金 快速整平效果 无需太厚镀层即可得到高整平性和光亮性 消耗率低 走位能力佳,光亮镍产品,ELPELYT GS-6,光亮镍工艺 尤其适合挂镀 镀层具备活性 这对后续镀铬非常重要 空气搅拌和阴极摇摆都适宜 不同的润湿剂均可 适用于文氏管(Venturi)喷淋系统 -在无空气搅拌时，亦可得到上佳镀层,光亮镍产品,ELPELYT LS-1,光亮镍工艺 主要应用在POP塑料镀上 延展性好 可上铬性佳 消耗率非常低 走位能力好,光亮镍产品,ELPELYT SF/PP,光亮镍工艺 超级高的整平性、光亮性和延展性 非常适宜于后续的铬电镀 阴极摇摆和空气搅拌俱佳,光亮镍产品,瓦特镍,测试条件 电流密度5 A/dm pH4,0 - 4,2 温度55 C 时间20 min,添加剂 ELPELYT SALT X NEW (Carrier)4,0 g/l ELPELYT BRIGHTENER CARRIER H4,0 ml/l WETTING AGENT G0,5 g/l ELPELYT BRIGHTENER SF/PP0,6 ml/l,ELPELYT SF/PP,ELPELYT SF/PP的整平性,微孔镍产品,更耐腐蚀 更低成本 更易于操作和控制 更高镀层品质,DUR NI 4000,DUR-NI 4000 微孔镍镀层： - 含有足够多的颗粒(活性点). 从而获得较大的阳极面 微孔颗粒分布均匀 - 比光亮镍镀层要惰性得多 从而避免在微孔镍层产生腐蚀,微孔数,只有经过特殊处理之后，微孔数方可完成呈现可数 Dubpernell 测试 Fuhrmann 测试,DUBPERNELL 测试,工作条件 - 30 sec. - 1 min. 阴极电流密度. 0,3 A/dm2,优点 - 易于操作,缺点 - 微孔没有固定的几何形状, 微孔数 活性点,DUBPERNELL,CASS,霍尔曼FUHRMANN测试,工作条件 1st: 30 sec. anod. pol. (1,0 V) 2nd: 30 sec. cath. pol. (0,4 V),优点 - 微孔有固定的几何形状,4 mm,1 mm,6 mm,缺点 - 测量的只是工件上的一小点,FUHRMANN,CASS, 微孔数 活性点,霍尔曼(Fuhrmann)测试 Vs 盐雾(CASS)测试,霍尔曼测试到的微孔数在 48 h盐雾测试之后亦被发现 (活性点).,cracks big pores visible pores micro pores,Active sites counted after CASS test pores/cm, 观察到的微孔数 = 活性点,霍尔曼测试(Fuhrmann),微孔的分布,理想状况,100.000,100.000,100.000,100.000,DUR-NI 4000,100.000,30.000,20.000,4.000,最差状况,100.000,1.000,1.000,0,微孔的分布,微孔的分布,添加剂兼容性,前一个镍工艺的添加剂不会影响后续的镍工艺 半光镍E 10 X 和光亮镍 LS-1 或 GS-6之间无需水洗 光亮镍LS-1 或 GS-6 和微孔镍DUR-NI 4000之间亦无需水洗,Questions?,Thank You!,表现卓越的专业化学品公司,