镍铁合金电镀工艺

    含镍79％，铁21％的镍铁合金镀层，作为一种磁性合金，早在电子工业中作记忆元件 镀层而得到应用。20世纪1971年装饰性镍铁合金工艺问世。由于该合金具有良好的物理化 学性质，在国际上迅速普及，广泛用作汽车、自行车、缝纫机、家用电器、金属家具、日用 五金和文化用品的防护、装饰性镀层。

    镍铁合金是以取代镍，它的镍层色泽、韧性、整平性、硬度、套铬性能等都比纯镍好。 镍铁合金的镀液性能也比较好，例如其抗杂质离子干扰较好，电镀过程，短时断电不致影响 镀层结合力，特别适用于管状件、深孔零件电镀加工，20世纪80年代，曾一度在国内推广 这一工艺。但控制不好，容易产生黄色斑点（即合金中铁腐蚀），因此必须严格操作，防止 发生这样的现象。

    镍铁合金通常含铁在40％以下，镀层比镍白，硬度、整平性和韧性比亮镍好，易于套 铬，有利于零件镀后变形加工，成本较低等。镍铁合金镀层是阴极性镀层，它与铬之间的腐 蚀电位比镍与铬之间小0.05V，防锈性能与亮镍相当。含铁量高于15％的合金镀层，具有 较好的韧性和经济效益，但镀层容易出现黄色斑点。含铁量10％～15％的低铁合金层作表 层与30％～40％的高铁合金作底层，含铁10％～15％的合金镀层没有出现斑点的现象，这 种形式便组成了双层镍铁。一般防腐性要求低的产品，可用单层镍铁合金，即中铁（镀层含 铁20％～25％）；防腐性要求高的产品，可用双层或三层镍铁合金，即高铁-低铁或低铁-高铁-低铁。含镍79％、铁21％的镍铁合金镀层，作为一种磁性合金，正如前文所述，早在电子工业中作记忆元件镀层时得到应用。

    镍铁合金的优点是：
    ①用廉价的铁代替部分镍，节约镍25％，正是这一优点，一直引起人们的青睐。此外，其镀液浓度也比亮镍低1／3～1／2，可减少镍带出的损失；
    ②镀层外观比镍白，特别容易套铬；
    ③镀层硬度比镍高550～650HV，且韧性、延展性好，可进行镀后加工，与基体结合牢固；
    ④对镀层有害的铁杂质可转化为有用的成分。

    对于装饰性镀层来说，如何防止镀层因铁的存在而产生黄色斑点，至今仍然是人们所担心的问题。不过，根据不同使用环境，可采用单层、双层或三层镍铁合金体系。如采用多层合金时，常将含铁25％～35％的高铁合金作为底层（约占总厚度70％～80％），含铁10％～15％的低铁合金作表层，这样合理搭配，是为了防止加速试验中高铁合金产生的黄色斑点（即合金中的铁腐蚀）。

    初期国内多用柠檬酸盐作稳定剂，并沿用镀镍光亮剂加入镀液中，近年来已开发出第三代、第四代稳定剂和镍铁合金专用光亮剂，浓度也在向低浓度转化。

（1）镍铁合金电镀溶液的组成及工艺条件（见表2-17）

注：1．高铁或低铁合金镀液中，镍、铁之比与镀层含量关系如下，可根据需要调整。

镀液Ni与Fe总铁量比值：30.14，镀层含铁量（％）：

            17.6            27.65
            9.79            18.40
            6.44            27.40

2．工艺4为美国乐思公司工艺，添加剂由深圳华美电镀技术有限公司销售。
3．NT系列由广州市第二轻工业研究所研制。

（2）镀液的配制

    ①将计量的硫酸镍、氯化镍、氯化钠和硼酸溶于60～70℃热水中。
    ②另一容器将稳定剂溶于温水中，加入硫酸亚铁，搅拌溶解。

    ③将②液在搅拌下倒入①液中搅匀，过滤置于生产槽中。

    ④其它光亮剂和辅助剂用水溶解后加入槽中，稀释至总体积，调整pH后搅匀，即可试镀。

（3）镀液成分和作用

    ①镀液中镍铁含量的比值是决定镀层中含铁量的主要因素，用试验测定：
溶液中镍铁含量比    镀层的含铁量／％    溶液中镍铁含量比    镀层的含铁量／％
        25:1                          12                             15:1                       23
        20:1                          17                             10:1                       30

    为了使镀液中镍／铁比控制在一定范围内，可通过镍和铁阳极的相对面积比来控制。如阳极用合金材料，便可以自动调节溶液中镍、铁含量，采用分离的阳极也同样可达到此目的。

    ②镀液中Fe^3＋含量应低于1g／L，虽然配方中加入二价铁盐，三价铁因操作产生，应尽量减少其含量。因此，注意经常对镀液取样化验，超过1g／L时，按超过1g／L的计量加入抗坏血酸，用水溶解后加入，搅拌镀液均匀。抗坏血酸是稳定剂又是还原剂，稳定Fe^2＋不氧化Fe^3＋，一旦氧化能将Fe^3＋还原为Fe^2＋。此外还要加强生产管理，在操作中应注意以下几点。

    a．-pH值高于3.8时，连续操作时间不可过长，或用硫酸稀溶液将pH值调整至工艺范围。

    b.宜用含硫的镍阳极并保持适当的阳极面积，需注意镍、铁阳极面积比值，应符合工艺规定要求。而且若溶液中总铁含量高，则铁阳极可适当减少，反之，则铁阳极面积可适当增大。

    c.下班停产时，应立即关闭空气搅拌，降低槽温。

    d．当三价铁含量增加时，应加入抗坏血酸还原为Fe^2＋。

    ③严格控制pH值。pH太高，会加速三价铁产生，也会使镍生成氢氧化镍，致使镀层恶化；pH太低，会加速阳极溶解，阴极出现大量气泡而使电流效率降低。经验证明，光亮镍铁合金溶液的pH，宜控制在3～3.8范围内。每小时应以精密试纸测定一次pH值，高于3.8，及时用15％～20％硫酸稀溶液调整至工艺范围。

    ④温度在63℃，整平能力与电流效率最佳。一般控温在55～70℃间，都能得到较满意镀层。温度过低光亮度降低，整平性、沉积速度同时下降；温度过高，稳定剂易分解，会促使二价铁氧化，导致镀层脆性增加，机械性能下降。

    ⑤镀液一般不宜使用压缩空气搅拌，以防止空气中的氧气将Fe^2＋氧化成Fe^3＋。

    ⑥镀液宜经过活性炭循环过滤，或定期用活性炭处理，注意切勿用双氧水或高锰酸钾等氧化性强的化合物，以免Fe^2＋被氧化成Fe^3＋。

    ⑦稳定剂的影响。铁在镀液中以亚铁离子存在，易氧化成Fe^3＋。稳定剂需经常适量补加，保持对Fe^2＋的稳定，一旦被氧化成Fe^3＋，影响电镀质量时，则需加入还原剂抗坏血酸，使之还原为Fe^2＋。

    还应注意，生产停镀时间较长，Fe^2＋在空气中氧的渗透进入镀液后，仍会氧化Fe^3＋。因此观察溶液如呈现轻微或显浑浊时，则需适量加入抗坏血酸，使之还原为Fe^2＋后方能恢复生产。

    ⑧光亮剂与整平剂。原则上是对光亮镀镍的有效光亮剂，也适用于镀镍铁合金。有研究表明，用糖精作其一类光亮剂是可行的，但作为第二类光亮剂的791，有资料认为不太理想。它用量多，比亮镍要多3～5倍，且消耗速度0.05～0.1mL／A·h；另一方面791的整平性尚不理想，近年国内新研究的光亮剂、整平剂都有新的突破，用量少、效能高，消耗量也明显下降。

    糖精用量宜取中上限，糖精不足，镀层脆性明显，有的辅助剂便是用苯亚磺酸钠等，可防止低电流发暗，镀件几何形状复杂者宜取上限。

    ⑨缓冲剂硼酸，用以控制pH，这比镀镍中重要，一定要控制在工艺范围内，及时调整pH值，并注意酸的用量。

    ⑩电流密度可比光亮镍高一倍。电流密度高，则光亮度与整平性也高，沉积速度快，可提高生产效率，对合金的组成影响不大。

（4）镍铁合金的退镀处理①化学法（表2-18）

②电化学法

电化学法退镀液的组成及工艺条件见表2-19。

本文转载自《合金电镀工艺》编著    曾祥德
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