강철 및 구리에 무전해 니켈 도금: 초보자 가이드

I. 이론적 개요

"자동 촉매 도금"이라고도 하는 화학 도금은 외부 전류에 의존하지 않는 공정입니다.

대신 도금 용액의 환원제를 사용하여 산화-환원 반응을 수행합니다.

이 과정에서 표면의 촉매 효과에 의해 금속 표면에 금속 이온이 지속적으로 증착됩니다.

화학 도금은 자동 촉매 특성을 가진 재료에서만 발생하므로 자동 촉매 환원 반응이 아닌 변위 반응이나 기타 화학 반응에서 금속 코팅을 유도하는 방법은 화학 도금으로 정의되지 않습니다.

화학도금은 산화-환원 반응의 원리에 따라 금속 이온이 포함된 용액에 강력한 환원제를 사용하여 이온을 금속으로 환원시킨 후 다양한 소재 표면에 증착하여 조밀한 도금층을 형성하는 기술입니다.

화학 도금에 사용되는 일반적인 용액에는 은, 니켈, 구리, 코발트, 니켈 인, 니켈 붕소 인 등이 있습니다.

화학 니켈 도금은 환원제를 사용하여 용액의 니켈 이온을 환원시켜 촉매 활성 표면에 증착하는 방식으로 이루어집니다.

화학 니켈 도금에는 다양한 환원제가 사용될 수 있지만, 가장 일반적으로 사용되는 산업 공정에서는 차아 인산나트륨을 환원제로 사용합니다.

널리 받아들여지는 반응 메커니즘은 "원자 수소 이론"과 "수소화물 이론"입니다.

화학 도금은 새로운 금속입니다. 표면 처리 기술. 단순성, 에너지 효율성 및 환경 친화성으로 인해 점점 더 주목을 받고 있습니다. 화학 도금을 광범위하게 적용하여 장식적인 특성이 좋은 균일한 금층을 제공합니다.

보호 성능 측면에서 제품의 내식성과 서비스 수명을 향상시키고 내마모성을 높입니다, 전기 전도성윤활 및 기타 가공 부품의 특수 기능을 향상시켜 전 세계 표면 처리 기술에서 성장하고 있는 추세입니다.

화학 도금 기술은 금속의 촉매 효과 아래에서 제어 가능한 산화-환원 반응을 통해 금속 증착을 촉진합니다.

전기 도금에 비해 화학 도금은 균일한 코팅, 핀홀 최소화, 직류 전원 공급 장치 필요 없음, 부도체에 증착 가능, 특정 특수 특성 등의 이점을 제공합니다.

또한 폐기물 배출 감소, 환경 오염 감소 및 비용 효율성으로 인해 화학 도금은 점차 많은 분야에서 전기 도금을 대체하여 친환경적인 표면 처리 기술.

현재 전자, 밸브 제조, 기계, 석유화학, 자동차, 항공우주 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

마이크로 일렉트로닉스 제조 산업에서 화학 니켈 도금 기술의 적용이 빠르게 증가하고 있습니다.

보고서에 따르면 제록스는 초대형 집적 회로 다층 칩의 상호 연결 및 비아 홀을 채우는 평탄화 공정에 선택적 니켈-인 합금 화학 도금 기술을 채택했다고 합니다. 이 제품은 전단 강도, 인장 강도, 고온 및 저온 사이클링, 다양한 전기 성능에 대한 테스트를 통과했습니다.

이러한 사례는 화학 니켈 도금 기술을 적용하면 마이크로 일렉트로닉스 제조의 기술적, 경제적 측면이 개선되고 제품 신뢰성이 향상된다는 것을 나타냅니다.

II. 프로젝트 실행 계획

 (1) 도금 용액 준비

(2) 도금 용액 안정성 테스트

화학 니켈 도금 용액의 안정성은 끓이는 방법을 통해 측정합니다. 용액 200밀리리터를 전기 스토브에서 끓입니다. 일정 시간 동안 끓인 후 용액의 분해 여부를 평가합니다.

30분간 끓인 후에도 분해가 일어나지 않으면 용액의 안정성이 양호한 것입니다.

그렇지 않으면 용액 안정성이 떨어집니다. 용액의 초기 도금 온도는 60℃입니다. 도금 표면의 밝기는 레벨 3 (반 밝음)입니다. 도금의 접착력은 30~180s의 내식성과 16cm²의 다공성으로 양호합니다.

화학적 침전법으로 처리한 후 여과된 물은 무색입니다. 낮은 지점부터 점차적으로 도금 용액 온도를 높입니다.

특정 온도로 가열하면 준비된 철 샘플을 도금 용액에 담급니다. 반응이 일어나면(기포가 넘치면) 초기 도금 온도인 해당 온도에서 화학적 도금 반응이 시작되었음을 나타냅니다.

이 프로젝트에서는 난방 온도를 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃의 5단계로 나눕니다.

(3) 시료 표면의 전처리

강철 및 구리 조각은 광택 사포로 표면 산화물과 기타 불순물을 제거합니다.

(4) 화학 니켈 도금

샘플 준비 - 기계식 연마 - 유기 용제 탈지 - 화학 탈지 - 온수 세척 - 냉수 세척 - 활성화 - 냉수 세척 - 탈이온수 세척 - 화학 니켈 도금 - 물 세척 - 공기 건조

(5) 도금 성능 테스트

도금 성능:

금속 부품의 전기 도금 층을 육안으로 검사하는 것이 가장 기본적이고 일반적으로 사용되는 방법입니다. 육안 검사에서 불합격된 도금 부품은 추가 검사를 받을 필요가 없습니다. 검사는 육안으로 수행되며 외관에 따라 도금 부품을 합격, 불량 또는 폐기물로 분류할 수 있습니다.

표면 결함에는 핀홀, 얼룩, 여드름, 물집, 벗겨짐, 벗겨짐, 그림자, 얼룩, 화상, 어두운 부분, 수지상 및 해면 침전물, 코팅해야 하지만 코팅되지 않은 부분 등이 있습니다.

도금 표면 결함 테스트

결함의 유형 및 특징: 도금 표면에 핀홀, 얼룩, 박리, 버, 물집, 반점, 여드름, 그림자, 안개가 낀 부분, 타는 듯한 느낌, 수지상 및 해면질 코팅과 같은 결함이 없어야 합니다. 테스트 중에는 이러한 현상을 엄격하게 구분해야 합니다. 다음은 육안으로 평가할 수 있는 기능에 대한 간략한 소개입니다.

도금의 다공성 테스트

도금의 내식성 테스트

(6) 폐액 처리(화학적 침전법)

폐액 수집 → 가열 → 폐액의 pH가 10~12가 될 때까지 수산화나트륨 15% 첨가 → 1시간 동안 교반 및 온도 유지 → 침전제 첨가 → 여과 → 섭씨 50도로 식힌 후 묽은 황산을 사용하여 용액 pH를 8.0으로 조정 → Ca(ClO)2 분말 첨가(총 P 대비 Ca(ClO)2의 비율은 3.5:1.0) → 2시간 동안 교반 → 적정량의 침전제 첨가 → 침전 및 여과합니다.

화학 침전은 중금속 폐수를 처리하는 일반적인 방법입니다. 가성소다, 석회 또는 소다회를 사용하여 노화 액체의 pH를 8 이상으로 조정하면 Ni(OH)₂ 을 형성할 수 있습니다. 침전 후 잔류물을 분리하여 노화 액체에서 니켈을 제거하는 목적을 달성할 수 있습니다.

또한 황화철, 불용성 황색 전분 크 산테이트 (ISX) 등도 니켈 폐수 처리를위한 침전제로 사용할 수 있습니다. 위의 연구는 일반적으로 니켈 농도가 500/mg L 미만인 니켈 폐수 처리를 위한 것입니다.^-1.

무전해 니켈 도금의 노화 액체의 인은 화학적 산화 침전법, 즉 과망간산 칼륨 및 과산화수소와 같은 산화제를 사용하여 도금 용액의 크롬 복합체를 파괴하고 차아 인산염 등을 인산염으로 산화시키는 방법으로 처리 할 수 있습니다.

그런 다음 인산염을 침전제로 침전시켜 폐수의 총 인 배출량을 줄입니다. 니켈과 인 폐수를 화학적 침전으로 처리하면 다량의 잔류물이 생성됩니다.

제대로 처리하지 않으면 2차 오염을 일으킬 수 있습니다. 현재로서는 매립하는 것 외에 잔여물을 처리할 수 있는 더 좋은 방법은 없습니다.

III. 무전해 니켈 도금의 장점:

1. 코팅의 밝기

밝은 노란색 전기 도금 니켈에 비해 대부분의 무전해 니켈 도금은 은백색으로 변색 저항성이 뛰어나며 밝기를 더 오래 유지할 수 있습니다.

니켈-인 무전해 도금의 경우, 인 함량이 증가함에 따라 코팅의 밝기가 증가합니다.

무전해 도금 용액에 일정량의 브라이트너를 첨가한 후 코팅의 반사율은 80% 이상에 도달할 수 있습니다. 최근 연구에 따르면 무전해 니켈-구리-인 합금의 밝기가 우수하고 변색 저항성이 더 강하다고 합니다.

2. 코팅의 경도

전기 도금된 하드 크롬의 경도는 960HV입니다. 열을 가하면 경도가 급격히 떨어집니다. 화학적으로 도금된 니켈 층의 경도는 400°C에서 1시간 동안 열처리한 후 1100HV에 달할 수 있습니다.

또한 실온에서 400°C까지 코팅의 경도는 거의 변하지 않습니다.

따라서 화학 도금된 니켈은 내열 코팅으로 마찰로 인해 열이 발생하는 환경에서 사용하기에 적합한 반면, 전기 도금된 경질 크롬은 상온에서만 사용할 수 있습니다.

3. 내마모성

중간 고인산 코팅의 경우, 적절한 후 열처리니켈-인 합금 코팅은 자체 윤활 특성이 우수합니다. 저인 코팅은 경도가 더 높습니다.

그러나 내마모성 테스트 결과 고인 코팅의 내마모성이 저인 합금 코팅의 내마모성보다 높은 것으로 나타났습니다.

니켈-인 코팅의 내마모성을 향상시키기 위해 매우 단단한 텅스텐 (W)를 니켈-인 코팅에 첨가하여 3원 합금 코팅을 형성하여 내마모성을 크게 향상시킵니다.

4. 내식성

화학적으로 도금된 니켈은 균일한 비정질 구조입니다. 입자 경계, 전위, 적층 결함과 같은 결함이 없습니다. 각 기판은 조밀하게 결합되어 있어 부식성 매체가 결합 계면을 통과하여 기판 금속을 부식시키기가 어렵기 때문에 크롬 도금보다 내식성이 우수합니다.

또한 화학 도금된 니켈은 해수, 바닷물, 담수에 의한 부식의 영향을 거의 받지 않습니다. HCL 및 황산에 대한 내식성이 스테인리스 스틸보다 우수하며 고농도 가성소다, 황화수소, 젖산 등 다양한 매체의 부식을 견딜 수 있습니다.

5. 용접성

전자 산업에서 화학 도금 니켈의 주요 적용 분야는 개별 장치입니다. 이를 위해서는 코팅이 우수한 내마모성, 내식성 및 전기 접촉 성능을 가져야 할 뿐만 아니라 용접성 또한 우수해야 합니다.

예를 들어 알루미늄의 용접성 발전기의 방열판은 열악합니다. 그러나 알루미늄 기판 표면에 7~8μm의 화학 도금 니켈 층을 도금하면 용접성이 향상되어 알루미늄 방열판과 트랜지스터 사이의 연결 문제를 해결할 수 있습니다.

또한 화학 도금된 니켈은 고에너지 마이크로파 장치, 커넥터 및 해저 통신 부품에 사용할 수 있습니다. 일반적으로 화학 도금 니켈의 납땜성은 팽창 면적법으로 측정합니다. φ1.5mm 납땜 와이어가 코팅 표면에 배치됩니다.

수소-질소 혼합 가스에서 400°C로 30분간 가열한 후, 코팅의 납땜성과 인 함량 간의 관계를 파악하기 위해 팽창 면적을 측정합니다. 확산 면적이 클수록 코팅의 납땜성이 우수합니다.

IV. 장비 및 재료

2구 항온 수조 1개, 100mL 비커 4개, 200mL 비커 3개, 500mL 비커 1개, 10mL 및 50mL 눈금 실린더 각 1개, 0.001g(또는 0.0001g) 전자 저울 1개, 0.2g 저울, 마이크로미터 1개, pH 미터 1개, 1000와트 전기로 1개, 온도계 2개, 세척병 1개, 핀셋 1개 세트, 여과지, 스탠드 및 레토르트 스탠드용 철링, 유리 깔때기, 유리 막대, 약 스푼, 반자동 뷰렛, 피펫, 이어 벌브, 시험관 브러시, 내산성 장갑, 1. 톱날사포(100~800번) 반 장, 건전지(1번) 4개가 필요합니다.

화학 물질: 과망간산암모늄, 염화나트륨, 수산화나트륨, EDTA, 탄산나트륨, 인산나트륨, OP-10, 염산, 황산, 질산, 황산니켈, 인산나트륨, 프로피온산, 아세트산나트륨, 젖산, 도데실벤젠설포네이트 나트륨, 티오우레아, 페리시아나이드 칼륨, 수산화칼륨, 과산화수소, 텅스텐산나트륨, 폴리알루미늄 염화물과 같은 응고제, 여러 강철 및 구리 샘플.

V. 결론

무전해 니켈 도금의 기본 원리와 공정을 요약했습니다. 무전해 니켈 도금 용액의 안정성과 초기 도금 온도를 테스트했습니다.

강철 및 구리 샘플의 표면에서 무전해 니켈 도금 테스트를 수행하여 무전해 니켈 도금 층의 외관, 다공성, 내식성, 두께, 접착력, 취성, 경도 및 기타 특성을 테스트했습니다.

무전해 니켈 도금 폐액은 화학적 침전법을 사용하여 처리했습니다. 실험 과정과 결과를 통해 이 실험에 사용된 무전해 니켈 도금 용액은 안정성이 뛰어나 30분 동안 끓는 상태에서도 분해되지 않는다는 것을 알 수 있습니다.