I. Resumen teórico El metalizado químico, también conocido como "metalizado autocatalítico", es un proceso que no depende de una corriente eléctrica externa. En su lugar, utiliza los agentes reductores de la solución de metalizado para llevar a cabo una reacción de oxidación-reducción. Este proceso, a su vez, da lugar a la deposición continua de iones metálicos en la superficie del metal, facilitada [...]
El metalizado químico, también conocido como "metalizado autocatalítico", es un proceso que no depende de una corriente eléctrica externa.
En su lugar, utiliza los agentes reductores de la solución de revestimiento para llevar a cabo una reacción de oxidación-reducción.
Este proceso, a su vez, da lugar a la deposición continua de iones metálicos en la superficie del metal, facilitada por el efecto catalizador de la superficie.
Dado que el revestimiento químico sólo se produce en materiales con propiedades autocatalíticas, los métodos que obtienen revestimientos metálicos a partir de reacciones de desplazamiento u otras reacciones químicas, no reacciones de reducción autocatalítica, no se definen como revestimiento químico.
El chapado químico es una técnica que, basada en el principio de las reacciones de oxidación-reducción, utiliza fuertes agentes reductores en una solución que contiene iones metálicos para reducir los iones a metal y depositarlos sobre diversas superficies de materiales, formando una densa capa de chapado.
Las soluciones más habituales en el revestimiento químico son la plata, el níquel, el cobre, el cobalto, el níquel fósforo y el níquel boro fósforo.
El niquelado químico consiste en utilizar un agente reductor para reducir los iones de níquel de la solución y depositarlos en una superficie catalíticamente activa.
En el niquelado químico pueden utilizarse diversos agentes reductores, pero el proceso industrial más utilizado emplea hipofosfito sódico como agente reductor.
Los mecanismos de reacción ampliamente aceptados son la "teoría del hidrógeno atómico" y la "teoría de los hidruros".
El chapado químico es un nuevo metal tratamiento superficial tecnología. Su sencillez, eficiencia energética y respeto por el medio ambiente han llamado cada vez más la atención. La aplicación del chapado químico es muy amplia y proporciona capas de oro uniformes con buenos atributos decorativos.
Aumenta la resistencia a la corrosión y la vida útil de los productos en términos de rendimiento protector y eleva la resistencia al desgaste, conductividad eléctrica, lubricación y otras funcionalidades especializadas de las piezas procesadas, lo que la convierte en una tendencia creciente en las tecnologías mundiales de tratamiento de superficies.
La tecnología de revestimiento químico facilita la deposición de metales mediante reacciones de oxidación-reducción controlables bajo el efecto catalizador del metal.
En comparación con la galvanoplastia, la galvanoplastia química ofrece ventajas como el recubrimiento uniforme, la minimización de los agujeros de alfiler, la no necesidad de una fuente de alimentación de corriente continua, la capacidad de depositar sobre no conductores y ciertas propiedades especiales.
Además, debido a la reducción de los vertidos de residuos, la menor contaminación ambiental y la rentabilidad, la galvanización química está sustituyendo gradualmente a la galvanoplastia en muchos ámbitos, convirtiéndose en una técnica respetuosa con el medio ambiente. técnica de tratamiento de superficies.
En la actualidad, se emplea ampliamente en diversas industrias, como la electrónica, la fabricación de válvulas, la maquinaria, la petroquímica, la automoción y la aeroespacial.
La aplicación de la tecnología de niquelado químico en la industria de fabricación de microelectrónica está creciendo rápidamente.
Los informes sugieren que Xerox Corporation ha adoptado la tecnología de chapado químico selectivo con aleación de níquel y fósforo en el proceso de planarización de interconexiones de relleno y orificios de paso en chips multicapa de circuitos integrados a gran escala. Sus productos han superado pruebas de resistencia al cizallamiento, resistencia a la tracción, ciclos de alta y baja temperatura y diversos rendimientos eléctricos.
Estas prácticas indican que la aplicación de la tecnología de niquelado químico mejora los aspectos técnicos y económicos de la fabricación de microelectrónica y aumenta la fiabilidad del producto.
| Composición de la solución de revestimiento y condiciones del proceso | Contenido |
| Sulfato de níquel (NiSO4-7H2O) /g- L-1 | 26 |
| Hipofosfito de sodio (NaH2PO2-H2O) /g- L-1 | 28 |
| Acetato de sodio (CH3COONa) /g- L-1 | 10 |
| Ácido propiónico (CH3CH2COOH) /g- L-1 | 2 |
| Ácido láctico (C3H6O3) /g- L-1 | 33 |
| Sulfa /mg.L-1 | 4 |
| Valor pH | 4.5 |
| Temperatura /℃ | 85 |
| Tasa de deposición /μm-h-1 |
La estabilidad de la solución de niquelado químico se mide mediante un método de ebullición. Se hierven 200 mililitros de la solución en una estufa eléctrica. Después de hervir durante un cierto tiempo, se evalúa la descomposición de la solución.
Si no se produce descomposición tras hervir durante 30 minutos, indica una buena estabilidad de la solución.
De lo contrario, la estabilidad de la solución es pobre. La temperatura inicial de la solución es de 60℃. La superficie chapada tiene un brillo de nivel tres (semibrillante). La adherencia del chapado es buena, con una resistencia a la corrosión de 30~180s y una porosidad de 16cm².
Después del tratamiento con el método de precipitación química, el agua filtrada es incolora. Aumente gradualmente la temperatura de la solución de revestimiento desde un punto inferior.
Cuando se calienta a una temperatura determinada, una muestra de hierro preparada se sumerge en la solución de revestimiento. Si se produce una reacción (desbordamiento de burbujas), indica que la reacción química de chapado ha comenzado a esa temperatura, que es la temperatura inicial de chapado.
En este proyecto, la temperatura de calentamiento se divide en cinco niveles: 50℃, 60℃, 70℃, 80℃ y 90℃.
Las piezas de acero y cobre son pulido con papel de lija para eliminar los óxidos superficiales y otras impurezas.
Preparación de muestras - Pulido mecánico - Desengrase con disolventes orgánicos - Desengrase químico - Lavado con agua caliente - Lavado con agua fría - Activación - Lavado con agua fría - Lavado con agua desionizada - Niquelado químico - Lavado con agua - Secado al aire
Rendimiento del revestimiento:
La inspección visual de la capa galvánica de las piezas metálicas es el método más básico y comúnmente utilizado. Las piezas chapadas que no superan la inspección visual no necesitan someterse a más pruebas. Las inspecciones se realizan visualmente y, basándose en el aspecto, las piezas chapadas pueden clasificarse como aceptables, defectuosas o de desecho.
Los defectos superficiales incluyen agujeros de alfiler, moteado, granos, ampollas, descamación, desprendimiento, sombras, manchas, quemaduras, zonas oscuras, depósitos dendríticos y esponjosos, y zonas que deberían estar recubiertas pero no lo están.
Pruebas de defectos superficiales del revestimiento
Tipos y características de los defectos: La superficie del revestimiento no debe presentar defectos como agujeros de alfiler, moteado, descascarillado, rebabas, ampollas, manchas, granos, sombras, zonas empañadas, quemaduras, dendritas y revestimientos esponjosos. Durante las pruebas, deben diferenciarse estrictamente. A continuación presentamos brevemente sus características para la evaluación visual.
Pruebas de porosidad del revestimiento
Pruebas de resistencia a la corrosión del revestimiento
Recoger el líquido residual → Calentar → Añadir hidróxido de sodio 15% hasta que el pH del líquido residual esté entre 10 y 12 → Remover y mantener la temperatura durante 1 hora → Añadir precipitante → Filtrar → Enfriar a 50 grados Celsius y, a continuación, utilizar ácido sulfúrico diluido para ajustar el pH de la solución a 8,0 → Añadir Ca(ClO)2 en polvo (la proporción entre Ca(ClO)2 y P total es de 3,5:1,0) → Remover durante 2 horas → Añadir la cantidad adecuada de precipitante → Precipitar y filtrar.
La precipitación química es un método habitual para tratar las aguas residuales de metales pesados. Cuando el pH del líquido de envejecimiento se ajusta a más de 8 utilizando sosa cáustica, cal o ceniza de sosa, el Ni(OH)2 puede formarse. Después de la sedimentación, el residuo puede separarse, logrando el propósito de eliminar el níquel del líquido de envejecimiento.
Además, el sulfuro de hierro, el xantato de almidón amarillo insoluble (ISX) y otros también pueden utilizarse como precipitantes para el tratamiento de las aguas residuales de níquel. Las investigaciones anteriores se refieren normalmente al tratamiento de aguas residuales de níquel con una concentración de níquel inferior a 500/mg L-1.
El fósforo en el líquido de envejecimiento del niquelado químico puede tratarse mediante el método de precipitación por oxidación química, es decir, se utilizan oxidantes como el permanganato potásico y el peróxido de hidrógeno para destruir el complejo de cromo en la solución de revestimiento y oxidar el hipofosfito y otros en fosfato.
A continuación, la sal de fosfato se precipita con un precipitante para reducir el vertido total de fósforo en las aguas residuales. El tratamiento de las aguas residuales de níquel y fósforo mediante precipitación química producirá una gran cantidad de residuos.
Si no se manipula adecuadamente, provocará una contaminación secundaria. Actualmente, no existe ningún método mejor para tratar los residuos que enterrarlos.
1. Brillo del revestimiento
En comparación con el níquel galvánico amarillo claro, la mayoría de los chapados de níquel químico son de color blanco plateado, con una excelente resistencia a la decoloración, y el brillo puede mantenerse durante más tiempo.
En el caso del niquelado químico con fósforo, el brillo del revestimiento aumenta con el incremento del contenido de fósforo.
Tras añadir una cierta cantidad de abrillantador a la solución de revestimiento químico electrolítico, la reflectividad del revestimiento puede alcanzar más de 80%. Estudios recientes demuestran que el brillo de la aleación de níquel-cobre-fósforo químico es bueno y presenta una mayor resistencia a la decoloración.
2. Dureza del revestimiento
La dureza del cromo duro galvanizado es de 960HV. Su dureza desciende bruscamente cuando se calienta. La dureza de una capa de níquel chapada químicamente, tras ser tratada térmicamente a 400°C durante 1 hora, puede alcanzar los 1100HV.
Además, la dureza del revestimiento apenas varía desde la temperatura ambiente hasta los 400°C.
Por lo tanto, el níquel chapado químicamente es un revestimiento resistente al calor, adecuado para su uso en condiciones en las que la fricción genera calor, mientras que el cromo duro electrodepositado sólo puede utilizarse a temperatura ambiente.
3. Resistencia al desgaste
Para los revestimientos de fósforo medio-alto, después de una adecuada tratamiento térmicoLos revestimientos de aleación de níquel-fósforo tienen buenas propiedades autolubricantes. Los revestimientos con bajo contenido en fósforo tienen mayor dureza.
Sin embargo, las pruebas de resistencia al desgaste muestran que la resistencia al desgaste de los revestimientos con alto contenido en fósforo es superior a la de los revestimientos de aleación con bajo contenido en fósforo.
Con el fin de mejorar la resistencia al desgaste de los recubrimientos de níquel-fósforo, se han utilizado recubrimientos de níquel-fósforo de alta dureza. tungsteno (W) se añade al recubrimiento de níquel-fósforo para formar un recubrimiento de aleación ternaria, que mejora significativamente su resistencia al desgaste.
4. Resistencia a la corrosión
El níquel chapado químicamente tiene una estructura amorfa uniforme. No presenta defectos como límites de grano, dislocaciones y defectos de apilamiento. Cada sustrato está densamente unido, lo que dificulta el paso de los medios corrosivos a través de la interfaz de unión para corroer el metal del sustrato, dando como resultado una mejor resistencia a la corrosión que el cromado.
Además, el níquel chapado químicamente casi no se ve afectado por la corrosión del agua de mar, el agua salada y el agua dulce. Su resistencia a la corrosión en HCL y ácido sulfúrico es mejor que la del acero inoxidable, y puede soportar la corrosión de diversos medios, como la sosa cáustica de alta concentración, el sulfuro de hidrógeno y el ácido láctico, entre otros.
5. Soldabilidad
La principal aplicación del níquel químicamente chapado en la industria electrónica es en dispositivos discretos. Esto no solo requiere que el recubrimiento tenga una buena resistencia al desgaste, a la corrosión y al contacto eléctrico, sino también una buena soldabilidad.
Por ejemplo, el soldabilidad del aluminio disipadores de calor en generadores es deficiente. Sin embargo, chapando una capa de 7-8 μm de níquel químicamente chapado en la superficie del sustrato de aluminio, se puede mejorar su soldabilidad, resolviendo el problema de conexión entre el disipador de calor de aluminio y el transistor.
Además, el níquel químicamente chapado puede utilizarse en dispositivos de microondas de alta energía, conectores y componentes de comunicaciones submarinas. Generalmente, la soldabilidad del níquel químicamente revestido se mide por el método del área expandida. Se coloca un hilo de soldadura de φ1,5 mm en la superficie del revestimiento.
Tras calentar a 400°C en una mezcla de hidrógeno y nitrógeno durante 30 minutos, se mide el área expandida para determinar la relación entre la soldabilidad y el contenido de fósforo en el revestimiento. Cuanto mayor sea el área de difusión, mejor será la soldabilidad del revestimiento.
2 gramos, un micrómetro, un pH-metro, un horno eléctrico de 1000 vatios, dos termómetros, un frasco lavador, un juego de pinzas, papel de filtro, anillos de hierro para el soporte y el soporte de retorta, un embudo de vidrio, una varilla de vidrio, una cuchara medicinal, una bureta semiautomática, una pipeta, una pera de oídos, un cepillo para tubos de ensayo, guantes resistentes a los ácidos, un hoja de sierramedia hoja de papel de lija (n.º 100~800), cuatro pilas secas n.º 1.
Productos químicos: Purpurato de amonio, cloruro sódico, hidróxido sódico, EDTA, carbonato sódico, fosfato sódico, OP-10, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, sulfato de níquel, fosfato monosódico, ácido propiónico, acetato sódico, ácido láctico, dodecilbencenosulfonato de sodio, tiourea, ferricianuro de potasio, hidróxido de calcio, peróxido de hidrógeno, tungstato de sodio, coagulantes como el cloruro de polialuminio, varias muestras de acero y cobre.
Se resumieron los principios básicos y el proceso de niquelado químico. Se comprobaron la estabilidad de la solución de niquelado químico y la temperatura inicial de niquelado.
Se realizaron ensayos de niquelado químico en las superficies de muestras de acero y cobre; se comprobaron el aspecto, la porosidad, la resistencia a la corrosión, el espesor, la adherencia, la fragilidad, la dureza y otras propiedades de la capa de niquelado químico.
La solución residual de niquelado químico se trató mediante el método de precipitación química. El proceso y los resultados del experimento indican que la solución de niquelado químico utilizada en este experimento tiene una excelente estabilidad y no se descompone ni siquiera en estado de ebullición durante 30 minutos.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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