工业镍磷电镀制造技术

用于镍和／或钴磷非晶合金电镀的电镀液几乎可持续使用无限长。提供全氯电镀液，０．７—１．３ｍｏ１的Ｎｉ，１—２ｍｏ１的Ｃ１，和１—３ｍｏ１的ＨＰＯ－［３］＋［２］，并含０．２—０．６ｍｎ１的ＰＯ－［４］＋［３］，和尽可能少的硫酸盐。控制阳极电流密度使镀液磷酸含量保持在约０．５ｍｏ１。阳极电流密度为每平方＿＿２００Ａ。阳极包括许多远远分开的铂或铑部分。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
已知具有非晶结构的电镀镍磷，钴磷和镍钴磷镀层可用在各种各样的环境中。例如通过在喷口盖板的基底金属上电镀非晶镍磷合金，可制出具有更加有用的流体喷口盖板。应用这种电镀方法的电器触点和其它产品已得到承认。虽然这样制做的电镀物品比起电镀的类似物品来具有一些明显的优点，但是至今还没有真正的大量的商品化的种类繁多的镍和/或钴磷电镀产品。这部分地是因为用于该电镀过程中的电镀液损坏较大。根据一个通常的方法，为获得非晶镍和/或钴磷镀层，电镀液中主要成分磷由亚磷酸提供，镍由NiCl2和硫酸镍提供。电镀可在没有任何磷酸的情况下实现，但是为了促使提供的镀层平滑、明亮，通常在开始的电镀液中加入少量磷酸（与亚磷酸的量相比较）。上述电镀液的阳极电流密度一般为尽可能地低，典型值大约为每平方呎50安培或更低。在使用上述电镀液的持续镀层上，随着时间的推移发现在电镀液中出现了一些有害的影响。特别地，从电镀液中得到的镀层其质量随时间而降低，它们抵抗氯化铁或浓硝酸锈蚀的能力降低。电镀液在需要更换以避免上述的质量降低之前的典型寿命为每升30-50安培小时。在此寿命中，阴极效率逐渐由约40%增至约70%。根据本专利技术，发现了对电镀液的有害影响的主要因素是电镀液中游离酸的持续增长。这种游离酸的很大一部分为磷酸（H3PO4），它被认为由阳极处的亚磷酸（H3PO3）加氧化引起。根据本专利技术还发现-->在阳极电流密度低时氧化反应明显，而在阳极电流密度高时大大降低实际上几乎不存在。这样，根据本专利技术，发现可以提供用于电镀非晶状态的镍和/或钴磷的电镀液，当控制阳极电流密度使电镀液的磷酸浓度基本保持不变的致其浓度永不达到足以造成有害影响的值时，在每升工作250安培小时后电镀液没有明显的有害影响。磷酸的浓度最好保持在0.5克分子浓度之下。然而，发现只要适当控制酸的滴定度，即使磷酸浓度高到4.6克分子浓度也可获得好的镀层。根据本专利技术，在电镀液的整个寿命中，它的阴极效率保持在约40-50%。虽然对电镀液的有害影响的表现形式是磷酸浓度的持续提高，但是可以认为本质上不是磷酸浓度高而是整个电镀液的过度酸性条件造成的有害影响。根据本专利技术，所需的游离酸在用PH计测不可靠的范围内，所以，游离酸的浓度由酸滴定度测定是方便的。酸滴定度是当滴定一毫升电镀液到达甲基橙边界点（其PH值约为4.2）时所需的分当量氢氧化钠的体积（以毫升为单位）建议为酸滴定度范围为9至14，代表每升0.9至1.4克分子浓度的游离酸。电镀液一般保持在大约10mcls（毫升）酸滴定度。在酸滴定度低于9时，阴极效率会降到所不希望的30%以下。在约9至13的范围内，阴极效率大约为40-60%。酸滴定度高于14时，阴极效率提高到70-80%的范围内，但是会因为使镀层中的磷含量降低而损害镀层的抗蚀力。酸滴定度可通过加入碳酸镍而降低和通过加入亚磷酸而增高。还有其它一些测定游离酸水平的方法，为通过测量PO-34、HPO-23、Cl和Ni+2的水平从而得出酸度。然而，酸滴定度法是-->较易实行的。最好将阳极电流密度总保持在每平方呎200安培以上。在明显低于每平方呎约200安培的水平上，不发生所需的对形成磷酸和/或游离酸浓度的控制。实际上，对于镍磷镀层电镀液，阳极电流密度最好不少于每平方呎500安培。高达每平方呎1250安培的阳极电流密度是有用的，并且阳极电流密度的上限明显地由非电化学限制确定，比如I2R生热，在高压下附助的电学元件（如汇流条）的腐蚀所决定。根据本专利技术，阳极电流密度最好由与阴极结构相对的特殊阳极结构控制。典型的是，电镀液的阳极由电镀的工件，如流体喷口盖板，炊具、刀具等提供。阴极工件浸在电镀液中。阳极与阴极相邻但分开放置并浸入电镀液中。选择阳极结构使得阳极的有效表面积足够小，从而使电流密度在所需范围内。根据本专利技术的一个实施方案，阳极包括许多分开的阳极材料条，并且一部分阳极可放置在邻近阳极的每个主要表面处。例如：阳极可由125个单独悬挂的铂线部分构成，每根铂线的直径约为0.010吋，长度约3.23吋。已发现比起通常的阳极材料，如铱、金、钯铼和钌来铂和铑条（即线）随着时间更有效。镀铂的钛可防止亚磷酸的氧化，但是除非适当地成形，否则会碎裂而变得不能使用。将铂线的顶端连接（例如焊接）到钛汇流条上，将线螺旋形地包在汇流条的两个端点之间，然后用绝缘材料如塑料，玻璃或陶瓷覆盖焊点，通过上述方法钛和销制成的阳极不会开裂。绝缘材料必须能够经受电镀液的环境而不会明显损坏并对电镀液产生污染。绝缘覆盖可以是收缩地套在焊点上的塑料管。在使用中，暴露的钛很快形成保护-->覆层，同时铂线有效地起着阳极的作用。因为阳极面积很小，而汇流条可以载相当大的电流，所以阳极的电流密度每平方呎至少为200（最好大于500）安培。根据本专利技术的另一方面，铂和钛的不裂的阳极是通过制造细线或棒状的钛汇流条，并将铂管收缩套在汇流条上构成的。加热铂管使之膨胀，套在汇流条上，然后冷却，收缩，使得管子与汇流条金属接合。在现有技术的镍磷电镀生产中，通常的方法是使用称为“Brenner电镀液”的电镀液，它一般添加硫酸盐形式的镍，以提供电镀液的该组成部分。然而发现这种“硫酸盐”电镀液具有相当低的阴极效率，相当低的电镀液电导率（从而为了适当的有效的电镀需要更高的电压），而且因为硫酸盐低于所需的可溶性，所以它在电镀液中会产生不希望的沉淀。根据Brenner的电镀液还会产生具有高于所希望的拉应力，低于所需明程度和多颗粒的镍磷镀层。已发现所有上述缺点都可通过提供正确的电镀液组分并使电镀液以适当的方法工作从而在合组分间保持所需平衡而加以克服。根据本专利技术，提供了“全氯化物”电镀液。根据本专利技术的电镀液几乎没有硫酸盐。任何存在的硫酸盐存在于不会导致前述有害性质的小量水平上。较好的电镀液包括0.7-1.3充分于浓度Ni+，1-2克分子浓度Cl-，和1-3克分子浓度HPO+23电镀液也可含有0.2-0.6克分子浓度PO-34。还可以镍的普通杂质的形式或以规定量的形式存在钴。一般电镀液中镍比钴有更高的比例。电镀液最典型地是由Nill2。6H2O和H2PO3，或由Ni（H2PO3）2和HCl制-->备。与Brenner“硫酸盐”电镀液相比，较好的电镀液具有更大的阴极效率和电导率，并且因为组分更加可溶，所以电镀液中没有不希望的沉淀。另外，与“硫酸盐”电镀液相比，由较好的电镀液生产的镍磷镀层具有更高的明亮程度，较低的抗拉应力和更少的“颗粒”。用于获得所需结果的一种将别有用的电镀液包括：约1.25克分子浓度H3PO3，约0.3克分子浓度H3PO4，约0.9克分子浓度Nicl2和约0.25克分子浓度NiCO3。虽然通常的过渡金属和磷的电镀合金，如镍和/或钴和磷合金具有相当好的沉积速率（每小时0.001吋-0.005吋），和具有其它优点，但是典型的电镀技术产生具有有限延展性（例如，延长大约百分之一）的合金。这种有限的延展性妨碍了电镀后的成形操作，并造成对于电镀工业中使用标准操作条件的沉积速率的限制。根据本专利技术的另一方面，在生产具有足够的延展性的合金的同时可以保持过渡金属一磷合金电镀的优点从而该合金可用在现在不能使用的许多产品上。上述应用的例子包括磁记录带，织物印花屏和制做喷口盖板（如根据美国本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过（ａ）将基底作为阴极浸入电镀液（２０）；（ｂ）将阳极（１０）浸入电镀液；和（ｃ）在阳极和阴极之间加电压（３２）将镍和／或钴磷合金电镀在基底（２６）上的方法；其特征在于：使用包括大量亚磷酸和少量磷酸的电镀液，并实行步骤（ｃ），使得将镍 和／或钴磷合金电镀在基底上，同时保持阳极电流密度是够高，使其基本避免电镀液中磷酸的积累，从而明显提高电镀液的寿命命。

【技术特征摘要】
US 1986-10-27 9232701、通过(a)将基底作为阴极浸入电镀液(20)；(b)将阳极(10)浸入电镀液；和(c)在阳极和阴极之间加电压(32)将镍和/或钴磷合金电镀在基底(26)上的方法；其特征在于：使用包括大量亚磷酸和少量磷酸的电镀液，并实行步骤(c)，使得将镍和/或钴磷合金电镀在基底上，同时保持阳极电流密度是够高，使其基本避免电镀液中磷酸的积累，从而明显提高电镀液的寿命命。2、如权利要求1所述的方法，其特征还在于电镀液的开始成分一般包括约1.25克分子浓度H3PO3，约0.30克分子浓度H3PO4，约0.75克分子浓度CoCl2和/或N1-Cl2，和约0.25克分子浓度NiCO3;并实行步骤（3）使H3PO4的浓度不升到约0.50克分子浓度以上。3、将镍和/或钴磷合金电镀在基底（26）上的方法，使用包括亚磷酸和/或磷酸的电镀液（20），包括以下步骤：（a）将作为阴极的基底浸入电镀液;（b）将阳极（10）浸入电镀液;和（c）在阳极和阴极之间加电压（32）使镍和/或钴合金电镀在基底上，其特征在于：通过保持足够高的阳极电流密度实行步骤（c），使电镀液中游离酸的浓度保持在酸滴定度为约9-14的范围内。4、如权利要求3所述的方法，其特征还在于通过将阳极电流密度保持为至少每平方呎约200安培的最小值来实行步骤（c）。5、如权利要求4所述的方法，其特征还在于实行步骤（a）-（c）以工业生产电器触点，刀具，铝制品，炊具，航海构件，塑料物品，流体喷口盖板（26，415），珍宝，计算机记忆盘或耐磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗格L干布林，约翰A列支登伯格，南希E美耶，戴维，萨格，
申请(专利权)人：伯林顿工业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]