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化學鍍鎳技術是采用金屬鹽和還原劑,在材料表面上發(fā)生自催化反應獲得鍍層的方法。到目前為止，化學鍍鎳是國外發(fā)展最快的表面處理工藝之一，且應用范圍也最廣。化學鍍鎳之所以得到迅速發(fā)展，是由于其優(yōu)越的工藝特點所決定。
一、化學鍍鎳層的工藝特點
1.厚度均勻性
厚度均勻和均鍍能力好是化學鍍鎳的一大特點，也是應用廣泛的原因之一，化學鍍鎳避免了電鍍層由于電流分布不均勻而帶來的厚度不均勻，電鍍層的厚度在整個零件，尤其是形狀復雜的零件上差異很大，在零件的邊角和離陽極近的部位，鍍層較厚，而在內表面或離陽極遠的地方鍍層很薄，甚至鍍不到，采用化學鍍可避免電鍍的這一不足。化學鍍時，只要零件表面和鍍液接觸，鍍液中消耗的成份能及時得到補充，任何部位的鍍層厚度都基本相同，即使凹槽、縫隙、盲孔也是如此。
2.不存在氫脆的問題
電鍍是利用電源能將鎳陽離子轉換成金屬鎳沉積到陽極上，用化學還原的方法是使鎳陽離子還原成金屬鎳并沉積在基體金屬表面上，試驗表明，鍍層中氫的夾入與化學還原反應無關，而與電鍍條件有很大關系，通常鍍層中的含氫量隨電流密度的增加而上升。
在電鍍鎳液中，除了一小部分氫是由NiSO4和H2PO3反應產(chǎn)生以外，大部分氫是由于兩極通電時發(fā)生電極反應引起的水解而產(chǎn)生，在陽極反應中，伴隨著大量氫的產(chǎn)生，陰極上的氫與金屬Ni-P合金同時析出，形成（Ni-P）H，附著在沉積層中，由于陰極表面形成超數(shù)量的原子氫，一部分脫附生成H2，而來不及脫附的就留在鍍層內，留在鍍層內的一部分氫擴散到基體金屬中，而另一部分氫在基體金屬和鍍層的缺陷處聚集形成氫氣團，該氣團有很高的壓力，在壓力作用下，缺陷處導致了裂紋，在應力作用下，形成斷裂源，從而導致氫脆斷裂。氫不僅滲透到基體金屬中，而且也滲透到鍍層中，據(jù)報道，電鍍鎳要在400℃×18h或230℃×48h的熱處理之后才能基本上除去鍍層中的氫，所以電鍍鎳除氫是很困難的，而化學鍍鎳不需要除氫。
3.很多材料和零部件的功能如耐蝕、抗高溫氧化性等均是由材料和零部件的表面層體現(xiàn)出來，在一般情況下可以采用某些具有特殊功能的化學鍍鎳層取代用其他方法制備的整體實心材料，也可以用廉價的基體材料化學鍍鎳代替有貴重原材料制造的零部件，因此，化學鍍鎳的經(jīng)濟效益是非常大的。
4.可沉積在各種材料的表面上，例如：鋼鎳基合金、鋅基合金、玻璃、陶瓷、塑料、半導體等材料的表面上，從而為提高這些材料的性能創(chuàng)造了條件。
5.不需要一般電鍍所需的直流電機或控制設備，熱處理溫度低，只要在400℃以下經(jīng)不同保溫時間后，可得到不同的耐蝕性和耐磨性，因此，它不存在熱處理變形的問題，特別適用于加工一些形狀復雜，表面要求耐磨和耐蝕的零部件等。
二、化學鍍鎳與電鍍鎳的區(qū)別
1.化學鍍與電鍍從原理上的區(qū)別就是電鍍需要外加的電流和陽極，而化學鍍是依靠在金屬表面所發(fā)生的自催化反應。
2.化學鍍鎳層是極為均勻的，只要鍍液能浸泡得到，溶質交換充分，鍍層就會非常均勻，幾乎可以達到仿形的效果。
3.電鍍無法對一些形狀復雜的工件進行全表面施鍍，但化學鍍過以對任何形狀工件施鍍。
4.高磷的化學鍍鎳層為非晶態(tài)，鍍層表面沒有任何晶體間隙，而電鍍層為典型的晶態(tài)鍍層。
5.電鍍因為有外加的電流，所以鍍速要比化學鍍快得我，同等厚度的鍍層電鍍要比化學鍍提前完成。
6.化學鍍層的結合力要普遍高于電鍍層。
7.化學鍍由于大部分使用食品級的添加劑，不使用諸如氰化物等有害物質，所以化學鍍比電鍍要環(huán)保一些。
8.化學鍍目前市場上只有純鎳磷合金的一種顏色，而電鍍可以實現(xiàn)很多色彩。
三、化學鍍鎳的機理
化學鍍鎳是用還原劑把溶液中的鎳離子還原沉積在具有催化活性的表面上。化學鍍鎳可以選用多種還原劑，目前工業(yè)上應用最普遍的是以次磷酸鈉為還原劑的化學鍍鎳工藝，其反應機理，普遍被接受的是“原子氫理論”和“氫化物理論”。
1.原子氫理論
原子氫理論認為，溶液中的Ni2+靠還原劑次磷酸鈉(NaH2P02)放出的原子態(tài)活性氫還原為金屬鎳，而不是H2PO2-與Ni2+直接作用。首先是在加熱條件下，次磷酸鈉在催化表面上水解釋放出原子氫，或由H2PO2-催化脫氫產(chǎn)生原子氫，然后，吸附在活性金屬表面上的H原子還原Ni2+為余屬Ni沉積于工件表面．同時次磷酸根被原子氫還原出磷，或發(fā)生自身氧化還原反應沉積出磷，即H2的析出既可以是由H2PO2-水解產(chǎn)生，也可以是由原子態(tài)的氫結合而成。
2.氫化物理論
氫化物理論認為，次磷酸鈉分解不是放出原子態(tài)氫，而是放出還原能力更強的氫化物離子(氫的負離子H-)，鎳離子被氫的負離子所還原。在酸性鍍液中，H2PO2-在催化表面上與水反應，在堿性鍍液中，則為鎳離子被氫負離子所還原，即氫負離子H-同時可與H20或H+反應放出氫氣，酸性鍍液和堿性鍍液中同時有磷還原析出。
四、化學鍍鎳層的特性
用化學鍍鎳沉積的鍍層，有一些不同于電沉積層的特性。
1.以次磷酸鈉為還原劑時，由于有磷析出，發(fā)生磷與鎳的共沉積，所以化學鍍鎳層是磷呈彌散態(tài)的鎳磷合金鍍層，鍍層中磷的質量分數(shù)為1％～l5％，控制磷含量得到的鎳磷鍍層致密、無孔，耐蝕性遠優(yōu)于電鍍鎳。
2.以硼氫化物或氨基硼烷為還原劑時，化學鍍鎳層是鎳硼合金鍍層，硼的含量為1％～7％。
3.只有以肼作還原劑得到的鍍層才是純鎳層，含鎳量可達到99．5％以上。
4.硬度高、耐磨性良好。電鍍鎳層的硬度僅為l60～180HV，而化學鍍鎳層的硬度一般為400～700HV，經(jīng)適當熱處理后還可進一步提高到接近甚至超過鉻鍍層的硬度，故耐磨性良好，更難得的是化學鍍鎳層兼?zhèn)淞肆己玫哪臀g與耐磨性能。不銹鋼ENP后，經(jīng)400℃/1.5h熱處理，可顯著提高其硬度、降低脆性。
5.化學穩(wěn)定性高、鍍層結合力好。在大氣中以及在其他介質中，化學鍍鎳層的化學穩(wěn)定性高于電鍍鎳層的化學穩(wěn)定性。與通常的鋼鐵、銅等基體的結合良好，結合力不低于電鍍鎳層和基體的結合力。
6.由于化學鍍鎳層含磷(硼)量的不同及鍍后熱處理工藝的不同，鍍鎳層的物理化學特性，如硬度、抗蝕性能、耐磨性能、電磁性能等具有豐富多彩的變化，是其他鍍種少有的。所以，化學鍍鎳的工業(yè)應用及工藝設計具有多樣性和專用性的特點。
五、化學鍍鎳鍍液配方
優(yōu)異的鍍液配方對于產(chǎn)生最優(yōu)質的化學鍍鎳層是必不可少的。化學鍍鎳溶液應包括：鎳鹽、還原劑、絡合劑、緩沖劑、促進劑、穩(wěn)定劑、光亮劑、潤濕劑等。
1.主鹽
化學鍍鎳溶液中的主鹽就是鎳鹽，如硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳等，由它們提供化學鍍反應過程中所需要的鎳離子。早期曾用過氯化鎳做主鹽，但由于氯離子的存在不僅會降低鍍層的耐蝕性，還產(chǎn)生拉應力，所以目前已很少有人使用。同硫酸鎳相比用醋酸鎳做主鹽對鍍層性能是有益的。但因其價格昂貴而無人使用。其實最理想的鎳離子來源應該是次磷酸鎳，使用它不至于在鍍浴中積存大量的硫酸根，也不至于在使用中隨著補加次磷酸鈉而帶入大量鈉離子，同樣因其價格因素而不能被工業(yè)化應用。目前應用最多的就是硫酸鎳，由于制造工藝稍有不同而有兩種結晶水的硫酸鎳。因為硫酸鎳是主鹽，用量大，在鍍中還要進行不斷的補加，所含雜質元素會在鍍液的積累，造成鍍液鍍速下降、壽命縮短，還會影響到鍍層性能，尤其是耐蝕性。所以在采購硫酸鎳時應該力求供貨方提供可靠的成分化驗單，做到每個批量的質量穩(wěn)定，尤其要注意對鍍液有害的雜質尤其是重金屬元素的控制。
2.還原劑
用得最多的還原劑是次磷酸鈉，原因在于它的價格低、鍍液容易控制，而且合金鍍層性能良好。次磷酸鈉在水中易于溶解，水溶液的pH值為6。是白磷溶于NaOH中，加熱而得到的產(chǎn)物。目前國內的次磷酸鈉制造水平很高，除了國內需求外還大量出口。
3.絡合劑
化學鍍鎳溶液中除了主鹽與還原劑以外，最重要的組成部分就是絡合劑。鍍液性能的差異、壽命長短主要取決于絡合劑的選用及其搭配關系。
絡合劑的第一個作用就是防止鍍液析出沉淀，增加鍍液穩(wěn)定性并延長使用壽命。如果鍍液中沒有絡合劑存在，由于鎳的氫氧化物溶解度較小，在酸性鍍液中便可析出淺綠色絮狀含水氫氧化鎳沉淀。硫酸鎳溶于水后形成六水合鎳離子，它有水解傾向，水解后呈酸性，這時即析出了氫氧化物沉淀。如果六水合鎳離子中有部分絡合劑存在則可以明顯提高其抗水解能力，甚至有可能在堿性環(huán)境中以鎳離子形式存在。
不過，pH值增加，六水合鎳離子中的水分子會被OH根取代，促使水解加劇，要完全抑制水解反應，鎳離子必須全部螯合以得到抑制水解的最大穩(wěn)定性。鍍液中還有較多次磷酸根離子存大，但由于次磷酸鎳溶液度較大，一般不致析出沉淀。鍍液使用后期，溶液中亞磷酸根聚集，濃度增大，容易析出白色的NiHPO3·6H2O沉淀。加入絡合劑以后溶液中游離鎳離子濃度大幅度降低，可以抑制鍍液后期亞磷酸鎳沉淀的析出。
絡合劑的第二個作用就是提高沉積速度，加絡合劑后沉積速度增加的數(shù)據(jù)很多。加入絡合劑使鍍液中游離鎳離子濃度大幅度下降，從質量作用定律看降低反應物濃度反而提高了反應速度是不可能的，所以這個問題只能從動力學角度來解釋。簡單的說法是有機添加劑吸附在工件表面后，提高了它的活性，為次磷酸根釋放活性原子氫提供更多的激活能，從而增加了沉積反應速度。絡合劑在此也起了加速劑的作用。
能應用于化學鍍鎳中的絡合劑很多，但在化學鍍鎳溶液中所用的絡合劑則要求它們具有較大的溶解度，存在一定的反應活性，價格因素也不容忽視。目前，常用的絡合劑主要是一些脂肪族羧酸及其取代衍生物，如丁二酸、檸檬酸、乳酸、蘋果酸及甘氨酸等，或用它們的鹽類。在堿浴中則用焦磷酸鹽、檸檬酸鹽及銨鹽。不飽和脂肪酸很少使用，因不飽和烴在飽和時要吸收氫原子，降低還原劑的利用率。而常見的一元羧酸如甲酸、乙酸等則很少使用，乙酸常用作緩沖劑，丙酸則用作加速劑。
4.穩(wěn)定劑
化學鍍鎳溶液是一個熱力學不穩(wěn)定體系，由于種種原因，如局部過熱、pH值提高，或某些雜質影響，不可避免的會在鍍液中出現(xiàn)一些活性微粒—催化核心，使鍍液發(fā)生激烈的均向自催化反應，產(chǎn)生大量Ni-P黑色粉末，導致鍍液短期內發(fā)生分解，逸出大量氣泡，造成不可挽救的經(jīng)濟損失。這些黑色粉末是高效催化劑，它們具有極大的比表面積與活性，加速了鍍液的自發(fā)分解，幾分鐘內鍍液將報廢生效。穩(wěn)定劑的作用就在于抑制鍍液的自發(fā)分解，使施鍍過程在控制下有序進行。穩(wěn)定劑是一種毒化劑，即毒性催化劑，只需加入痕量就可以抑制鍍液自發(fā)分解。穩(wěn)定劑不能使用過量，過量后輕則減低鍍速，重則不再起鍍。
我們大致把我們從前用的穩(wěn)定劑分為四類：
1.第六主族元素S、Se、Te的化合物；
2.某些含氧化合物；
3.重金屬離子
4.水溶性有機物。
以上所說的是以次磷酸根作還原劑為例子，但其基本原理在胺基硼化物浴中同樣適用。但強堿性的硼氫化鈉浴及90℃溫度下，有些穩(wěn)定劑往往會分解、沉淀而失效。有報道說用鉈鹽效果不錯。另外，硝酸鉈還能增加較低溫度下鍍浴的沉積速度。鉈鹽能在Ni-B鍍層中共沉積，有時高達6%的含量。
5.加速劑
為了增加化學鍍的沉積速度，在化學鍍鎳溶液中還加入一些化學藥品，它們有提高鍍速的作用而被稱為加速劑。加速劑的作用機理被認為是還原劑次磷酸根中氧原子可以被一種外來的酸根取代形成配位化合物，或者說加速劑的陰離子的催化作用是由于形成了雜多酸所致。在空間位阻作用下使H-P鍵能減弱，有利于次磷酸根離子脫氫，或者說增加了次磷酸的活性。實驗表明，短鏈飽和脂肪酸的陰離子及至少一種無機陰離子，有取代氧促進次磷酸根脫氫而加速沉積速度的作用。化學鍍鎳中許多絡合劑即兼有加速劑的作用。
6.緩沖劑
化學鍍鎳過程中由于有氫離子產(chǎn)生，使溶液pH值隨施鍍進程而逐漸降低，為了穩(wěn)定鍍速及保證鍍層質量，化學鍍鎳體系必須具備PH值緩沖能力，也就是說使之在施鍍過程中pH值不至于變化太大，能維持在一定pH值范圍內的正常值。某些弱酸（或堿）與其鹽組成的混合物就能抵消外來少許酸或堿以及稀釋對溶液pH值變化的影響，使之在一個較小范圍內波動，這種物質稱為緩沖劑。緩沖劑緩沖性能好壞可用pH值與酸濃度變化圖來表示，酸濃度在一定范圍內波動而pH值卻基本不變的體系緩沖性能好。
化學鍍鎳溶液中常用的一元或二元有機酸及其鹽類不僅具備絡合鎳離子的能力，而且具有緩沖性能。在酸性鍍浴中常用的HAC-NaAC體系就有良好的緩沖性能，但醋酸根的絡合能力卻很小，它一般不做絡合劑用。
7.其它組份
與電鍍鎳一樣，在化學鍍鎳溶液中加入少許的表面活性劑，它有助于氣體的逸出、降低鍍層的孔隙率。另外，由于使用的表面活性劑兼有發(fā)泡劑作用，施鍍過程中在逸出大量氣體攪拌情況下，鍍液表面形成一層白色泡沫，它不僅可以保溫、降低鍍液的蒸發(fā)損失、減少酸味，還使許多縣浮的臟物夾在泡沫中而易于清除，以保持鍍件和鍍液的清潔。
表面活性劑是這樣一類物質，在加入很少量時就能大幅度地降低溶劑的表面張力、界面張力，從而改變體系狀態(tài)。在固—液界面上由于固體表面上原子或分子的價鍵力是未飽和的，與內部原子或分子比較能量相對較高，尤其金屬表面是屬于高能表面之列，它與液體接觸時表面能總是減小的。換句話說，金屬的固—氣界面很容易被固—液界面代替（潤濕定義就是固體表面吸附的氣體為液體取代）。
化學鍍鎳是一種功能性鍍層，一般不做裝飾用，故不要求光亮。但有人將電鍍鎳用的光亮劑如苯基二磺酸鈉用于酸性化學鍍浴中收到一定效果。蛋白質、萘磺酸、脂肪醇磺酸鹽以及糖精等據(jù)報道在醋酸緩沖鍍浴中也能起到光亮作用。
某些金屬離子的穩(wěn)定劑還兼有光亮劑的作用，如鉻離子、鉈離子、銅離子，認為是與Ni-P形成共沉積的原因。加入少量銅離子因改變鍍層結構而呈現(xiàn)鏡面光亮的外觀。但目前很多廠家在化學鍍的要求上都明確表示要無鉻鍍層，所以在光亮劑的選擇上必須慎重。
