1.1 镀液成分
目前使用最广泛的镀镍溶液是以次亚磷酸盐为还原剂的化学镀液,其中又有酸性和碱性之分。酸性镀液所获镀层结合力强、孔隙率低、耐蚀性好,因而被广泛使用〔3,4〕。本文着重讨论酸性镀液,其主要成分如下:
(1)镍盐 镍盐是镀液中的主要成分,一般使用硫酸镍和氯化镍。考虑到PTC
陶瓷的后续被覆表层银工艺,本研究选用硫酸镍。实验发现,镍离子浓度提高时,沉积速度加快,但高到一定程度时,易产生亚磷酸镍沉淀,导致镀液稳定性下降。实验结果表明,镀液中的镍离子浓度以0.05~0.10
mol/L为佳(见表1)。
表1 硫酸镍和次亚磷酸钠浓度对化学沉积镍的影响
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镀层外观 |
镀液稳定性 |
0.03 |
0.05 |
4.3 |
光亮 |
稳定 |
0.05 |
0.10 |
7.5 |
光亮 |
稳定 |
0.05 |
0.15 |
10.1 |
稍暗 |
稳定 |
0.05 |
0.17 |
12.8 |
稍暗 |
稳定 |
0.05 |
0.20 |
13.0 |
灰白 |
有自分解 |
0.08 |
0.30 |
13.5 |
灰暗 |
稳定 |
0.10 |
0.25 |
13.5 |
灰暗 |
稳定 |
0.10 |
0.30 |
14.2 |
灰暗 |
稳定 |
0.10 |
0.40 |
14.9 |
灰暗 |
稳定 |
0.10 |
0.50 |
15.4 |
灰白 |
有自分解 |
0.15 |
0.60 |
17.5 |
灰白 |
有自分解 |
0.20 |
1.00 |
19.0 |
灰白 |
有自分解 |
注: 测试条件:敏化45℃,活化5 min,络合剂浓度0.1 mol/L,施镀温度80℃。
(2)
还原剂 化学沉积镍实际上是一个氧化还原过程,还原剂起着相当重要的作用。 通常使用的还原剂有很多种,本研究选用次亚磷酸钠,其用量取决于镍盐的浓度。镍盐的浓度增大时,沉积速度加快,但镀液的稳定性也随之下降,出现自分解现象。综合考虑最后所获镀件的电性能等因素,化学镀液中[Ni2+]与[H2PO2-]之比应维持在0.3~0.5之间,即次亚磷酸盐的浓度为0.10~0.35
mol/L,可获得较为合适的镀速、稳定的镀液和电极与瓷体接触良好的元件(见表1)。
(3)络合剂 随着化学镀镍过程的进行,镀镍液中的镍离子不断被还原,同时次亚磷酸根也不断被氧化成H2PO3-,当生成的H2PO3-
的浓度足够大时,就容易与镀液中的镍离子相互作用,形成亚磷酸镍沉淀,引起镀液自分解。为了控制镀层质量和避免镀液分解,通常采用加入络合剂的方法。络合剂可以和Ni2+形成稳定的络合物,降低镀液中的游离Ni2+的含量,抑制亚磷酸镍沉淀的生成,使镀液的稳定性得到提高,常用的络合剂有丁二酸、乙酸、羟基乙酸、苹果酸及其盐类。
实验结果表明,单一络合剂的效果不如混合络合剂的好。本研究采用自行配制的混合络合剂,其浓度与稳定电位及镀速的关系如表2所示。
表2 络合剂浓度与稳定电位的关系及其对镀速的影响
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0 |
-290 |
0.50 |
0.025 |
-295 |
5.78 |
0.050 |
-300 |
8.25 |
0.100 |
-320 |
10.30 |
0.150 |
-320 |
12.80 |
0.200 |
-320 |
14.70 |
注:测试条件:敏化 45℃,活化 5
min,[Ni2+]与[H2PO2-] 0.1
mol/L, 施镀温度 80℃
(4)稳定剂 为控制镍离子的还原和使还原反应只在PTC 瓷体表面上进行,抑制镀液的自发分解,镀液中加入了微量的稳定剂。
(5)pH值的控制 在化学沉积Ni电极过程中, 随着镍的不断被还原, 氢离子浓度越来越大, 镀液的pH值逐渐降低。pH值的降低又阻碍了沉积的进行。当沉积液的pH值小于4时,沉积速度明显降低以致几乎观察不到沉积反应的进行。事实上在酸性较大的体系中,沉积的镍也有可能被溶解,因此有必要在镀液中加入适量的缓冲剂来控制pH值的变化,使其维持在5~6。
(6)沉积温度 温度是影响化学镀镍沉积速度的重要因素之一。化学沉积镍合金是一个吸热过程,当温度较低(<50℃)时,化学沉积几乎停止。随温度升高,反应速度加快。实验表明,温度在75~90℃范围可获得最佳沉积效果。
1.2 PTC 陶瓷化学沉积镍工艺
本研究使用6.8 mm× 1.65 mm和19.8 mm ×1.85 mm的PTC 陶瓷为基体,沉积工序为:去油→超声清洗→SnCl2敏化→PdCl2活化→次亚磷酸钠溶液中预镀→施镀→热处理。