影响镍镀层内应力的因素及排除方法

　　摘要：对影响镍镀层内应力的因素做了介绍和分析，提出了对收缩应力的一种解释，提供了排除这些因素影响的方法，指出重视镀液的管理是减少各种影响内应力因素的主要办法。
　　1 前言
　　电镀镍无论是作为防护装饰性镀层还是功能性镀层都有着广泛的用途，可以说是电镀工业中最重要的镀种。它是多种复合镀层的载体，还可以与多种金属形成合金镀层，也是采用添加剂和光亮剂的种类和品种最多的镀种。作为贵金属电镀的抗扩散中间层，其在电子电镀中的应用也日渐增长。电镀镍工艺的这种广泛的应用，促进了电镀镍工艺的进步，研究和应用者都提出了不少有关镀镍的技术报告，但是有关镀故障排除方面的资料，则相对较少。本文拟就影响镀镍层内应力的因素及排除方法加以介绍，供从事镀镍工艺管理和操作的同仁参考。
　　2 镍镀层的性能及内应力
　　金属镍本身的塑性是较好的，易于压延，但电解镍有较高的硬度，并且在不同的电镀条件下所镀得的镀层的机械性能有很大的差异。镍的标准电位为 -0.25 伏，但镍的平衡电位和析出电位会由于电镀条件不同而有所不同，比如当PH值为6时，可通过电极电位方程计算得知其平衡电位为 - 0. 36伏，而当镀液的PH值是3时，其平衡电位是 - 0. 18伏，这种变化使氢的析出电位也随之有所变化，这对镀镍层的性能是有影响的，后面将会专门的一节谈PH值的影响。镀镍层极易钝化，这是它具有较好耐腐蚀性的原因，但也是镀层容易分层的原因。这种易钝化性与其内应力是否有关联尚有待进一步研究，但内应力高的镀层结合力不好已经是公认的。 电镀层的应力是其结晶过程与冶炼学结晶过程不同而产生的。对镀镍来说，这种不同是很明显的，尤其当使用有电镀添加剂时，这种应力效应就更加明显。根据添加剂所产生的应力的不同性质，人们将镀镍添加剂分为两类，即初级光亮剂或一类光亮剂，次级光亮剂或二类光亮剂。一般认为初级光亮剂产生的是压应力，压应力的方向是使镀层拉伸的，也可叫做张应力，可以认为这类添加剂在镀层结晶过程中是占据有一定晶位的，使金属结晶发生位移，这时从金属基体上生长出的镀层与基体原结晶相比有向外伸长的趋势，宏观上表现为张应力或者压应力。另一类添加剂的加入会使结晶格子有向内收缩的趋势，这种应力称为拉应力或收缩应力。至于为什么会从事使镀层产生收缩应力，则没有很权威的论定，笔者认为，从使用第二类光亮剂可以降低张应力的宏观效果来看，这类添加剂是在不改变甚至加强了结晶晶面取向（有利于获得光亮镀层）的同时，对第一类光亮剂在晶格位的行为有所控制，从而减少了金属结晶过程位移，使应力减小，据说调整得当时，这种应力可以趋向于零。另一个可能的原理，是这类添加剂是作用在键位上而不是结点上，也就是强化了键力而使晶格结点间距离变小，从而在宏观上产生收缩应力。