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1.1 铝合金简介
铝属于轻金属类，铝及其合金具有导电性好，传热快，比重轻、比强度高，延展性和韧性好、易于压力加工的性能，广泛应用于工业各部。但是铝及其合金有易产生晶间腐蚀，表面硬度低,不耐磨损等弱点。通常都采用表面强化处理工艺，如氧化处理(包括装饰性氧化、硬质阳极氧化、特种阳极氧化等) 、电镀、塑料涂层和涂漆等。铝及其合金表面采用化学镀镍磷合金工艺，其镀层抗腐蚀性好，表面硬度高，耐磨损，并兼有装饰性，是一种较好的表面处理工艺，可延长使用寿命和扩大应用范围。[1] 
但是，铝及铝合金材料的化学性质比较活泼，与氧的亲合力很强，在大气中它的表面总有一层很薄但致密的氧化膜存在，甚至刚刚除去氧化膜的金属裸露表面又会迅速重新生成氧化膜，严重影响了镀层金属与基体铝的黏附力，再加上铝的电极电位很负(约为- 1. 67 V) ，在溶液中极易与其他金属离子形成置换镀层，这种镀层疏松粗糙，与铝基体黏附很差，严重影响后续镀层与基体金属之间的结合力；另外铝合金的线胀系数比一般金属镀层大(铝合金的线胀系数为24 ×10- 6/℃，而镍13. 7 ×10- 6/℃，铬为8. 1 ×10- 6/℃) ，当环境发生变化时，极易产生内应力而破坏镀层与基体的结合力，特别是当温度发生变化时会出现镀层裂纹，起皮，脱落等缺陷；再加上铝合金材料本身在酸碱液中的不稳定性，在电镀过程中使得可能发生的反应变得很复杂，给电镀加工造成困难。要提高铝及铝合金零件表面电镀层的结合力，获得性能良好的镀层，关键是特殊的镀前处理，主要在于除去零件表面天氧化膜，并防止其重新形成，这是铝合金化学镀镍的一个难点，铝合金也因此被视为"难镀"基材之一。目前，化学镀镍在难镀基材方面的工艺尚有待改进。[4]
1.2化学镀简介
化学镀也叫无电解电镀，也就是在镀的过程中无需通电。化学镀是在1944年由美国的A.Brenner和G.Riddell发现的。化学镀技术由于具有设备简单、操作方便、工艺灵活、镀层厚度均匀、表面质量好等优点而在工业中获得了广泛的应用，是表面处理行业中一种常用和重要的工艺方法。[2] 由于沉积过程中不需要通电，不存在电场屏蔽引起的边角效应，所以不管零件内外表面形状多么复杂，其镀层厚度均匀一致。  
1.2.1化学镀镍磷层的性能 
化学镀Ni - P 合金镀层是一种非晶态、类似于玻璃的组织结构，故亦称金属玻璃或无定型金属。化学镀镍磷镀层适用面广，该镀层对钢、铁、铜、合金等金属材料及塑料、纤维、陶瓷、粉末等非金属材料均可施镀，特别是对于铝合金材料，采用化学镀效果较好。化学镀镍磷合金层具有优良的综合性能，其主要表现在如下几个方面：
(1)镍磷镀层均匀性好。镀层是利用镀液在工件基体表面上的自催化氧化还原反应，没有电镀中的边角效应，不受工件几何形状的限制，可以处理窄槽、缝隙、螺纹、盲孔和较大的管内表层。这是电镀所无法实现的。镀层厚度可根据需要在10 ～90 μm 范围内进行调整。一般要求为25 ～35 μm；
(2)镍磷镀层硬度高、抗磨性能优良。镀层具有高硬度低韧性特点。镀态维氏硬度达500 ～600kg/ mm。镀层经过400 ℃热处理后维氏硬度可达800 ～1000kg/ mm，在温度300 ℃以上时开始发生晶形转变，改变了镀层的非晶态，生成的微晶结构使镀层硬度提高，耐磨性增强。镍磷镀层的晶体结构不仅与镀液中的磷含量有关，还与络合剂、添加剂有关，如镀层中磷含量小于8 %为晶态结构，大于8 %则为非晶态结构。经过400 ℃左右的加热和保温，即可实现晶化处理，完成从非晶态到晶态的结构转变，镀层中生成Ni3 P 化合物，从而使镀层硬度提高。含磷量高的镀层在加热后，其硬度增加，相应耐磨性也提高，由于化学镀镍磷层有很好的耐磨性，在铝制塑料模型上进行化学镀镍，就可解决铝制模具磨损和易腐蚀的问题，在铝合金上化学镀镍磷，会使汽车部件重量减轻的同时保持高硬度和耐磨性。近年来，我国日化行业中的铝制唇膏模表面，也采用化学镀镍磷来处理；
(3)镀层结合强度高。任何表面镀层都有对镀层结合强度的要求，化学镀也不例外。镀层与基体材料的结合将直接影响材料的使用寿命。为此，郭海洋等采用锉削试验，划痕试验，压扁试验，折断试验，耐蚀试验和金相分析等多种方法对镀层结合强度进行检测，结果表明Ni - P 合金化学镀镀层结合强度良好。作为一项关键的性能要求，取得良好的结合强度，为化学镀Ni -P技术的不断发展和应用奠定了重要的基础；
(4)镍磷镀层优良的耐蚀性。化学镀层的耐蚀性能是由它的晶体组织结构决定的。由于镍磷镀层属于非晶态，不存在晶界、位错等晶体缺陷，是单一均匀组织，不易形成电偶腐蚀；同时由于Ni - P 合金化学镀无需电极，是基体表面本身具有催化性的化学沉积过程，没有尖端效应，具有良好的"仿形性"，镀层厚度均匀、致密，作为一种屏障把基体与周围介质隔离开来，不会产生点蚀等局部效应，所以镍磷镀层耐蚀性能优良，已经被广泛用于各个领域。高含磷量的耐蚀性优于低含磷量，但在浓碱液凝成块体(成一帷幕) ，保证洞体不至于继续向上扩展。中，低含磷量有好的耐蚀性，但镍磷镀层不耐硝酸，亚硫酸、硝酸盐、氯化铁等强氧化性介质的腐蚀。镀层的耐蚀性与镀层上的孔隙率有关，而孔隙率与所选的络合剂有关，此外，镀层的耐蚀性还与基体材质、表面粗糙度有很大关系。高磷含量的镍磷层已经应用于半导体生产用的净室，制造高纯度气体的零部件、燃气轮机的部件、标准砝码等
(5)镍磷镀层优良的电特性。化学镀镍磷镀层的电特性因其合金组成不同，其导电性、焊接性、热传导性、绝缘性、接点磨损、电阻等特性也不同。镍磷镀层的电阻比纯镍大，并且随含磷量的增加而增大。计算机硬盘制作中在铝基底和磁性记录薄膜之间进行化学镀镍磷，以保证铝合金基底在工作时不产生变形，而且还能够满足无磁性的要求，而且具有耐腐蚀性和足够的硬度。目前，化学镀镍已经被成功地应用于计算机磁盘的大批量生产中。低磷的镍磷镀层有良好的可焊性，在航空工业和电子工业中有许多铝制零件上进行化学镀镍磷后，就可直接焊接；
(6)适用面广。镍磷镀层对钢、铁、铜、铝及其合金材料均可施镀，特别是对于铝合金材料，电镀镍比较困难，而采用化学镀则效果很好。
1.2.2 化学镀镍磷层的应用现状
(1)化学镀Ni - P 镀层在模具中的应用。随着塑料电镀、印刷电路板、电子仪器罩壳屏蔽及石油管道的防腐等方面的需求日益增多，化学镀Ni - P 合金及其合金得到了迅猛的发展。但是真正应用于模具方面的报导则廖廖无几，在铸模和热压铸模中的应用则几乎没有报道过。司徒海文等在某铸厂选择了水泵叶轮FM3 旧模三副，经镀化学镀Ni - P 合金并进行热处理后与未施镀的三副同样的模具装在同一型板上同时使用，同时存放进行生产应用对比。结果表明，经该工艺加工处理的三副旧模使用时间较长，镀层光亮，基本无磨损，而且模具表面无腐蚀现象，未发现起皮或脱落现象、而未进行表面处理的三副模具己经出现大面积锈迹和严重的磨损。这就表明，Ni - P 合金层具有优异的防腐性能和耐磨性能，覆层与基体结合力好，可大幅度提高模具的使用寿命；
(2)化学镀Ni - P 镀层在石化行业中的应用。近年来随着石油开采深度的加大，石油化工设备运转周期的延长，生产规模的扩大，新工艺的开发以及原油中成分的影响和原油的深度加工，这些因素对设备的要求越来越高，腐蚀问题已经成为影响石油化工生产的重大问题一。化学镀合金镀层具有良好的抗腐蚀性能和优异的耐磨性能。国内外大量实践已经证明该镀层在石油化工领域具有较好的应用前景。陈相振在深入调查研究石化生产中冷换设备运行情况的基础上，与大庆防腐厂合作、联合开发应用化学镀镍磷合金防腐技术，先后推广应用于胜利炼油厂、烯烃厂、第二化肥厂、青州磷肥厂等单位的冷换设备及其它设备的防腐中，取得了良好的效果。于晓鹏通过对换热器管束表面的腐蚀原因、腐蚀形态分析以及Ni - P 合金镀层的形成原理及性能分析，提出化学镀Ni - P 合金技术是换热器管束表面防腐的一种有效方法。在许多腐蚀介质中，镍-磷合金镀层表现出其优良的抗腐蚀性能，含磷高的镀层已在石油和天然气工业中广泛用于管道、泵壳、防喷置、阀门、封隔器、抽油杆等零部件的表面处理，既耐腐蚀，也耐磨损。上述零部件接触的介质为井下盐水、二氧化碳和硫化氢，温度高达170 ℃～200 ℃，并有泥砂和其他磨粒冲蚀。大庆采油四厂、七厂把化学镀镍应用到旧油管的修复，获得巨大效益；
(3)化学镀Ni - P 镀层在井下工具的应用。油田进入后期开发，原油含水量增加，注水系统和采油系统的介质组分复杂特殊，致使设备严重腐蚀，尤其是井下工具。除上述因素外，加之在高温、冲刷、磨损等严酷环境下腐蚀更快，从而降低生产效率，致使停止作业，影响原油产量，造成大量浪费，严重地干扰了油田正常的生产秩序。为了缓解油田的腐蚀问题，自20 世纪90 年代起许多科技人员作了大量的基础研究工作，分析腐蚀因素，探讨腐蚀机理，并提出多种防腐蚀措施，收到了较好的效果。王永红等通过查阅大量相关资料后，进行对比分析，提出了应用化学镀镍技术对井下工具进行表面防腐蚀处理的想法，并开展了化学镀镍技术研究。经过充分的试，结果表明，镀件表面生成一层致密的略呈暗灰色的钝化膜，表面无腐蚀，镀件防腐蚀性能，耐磨性能良好，可使更换周期延长2 倍以上。目前，化学镀镍已被许多油田列为井下工具，油管表面防腐蚀处理推广技术；
(4)化学镀Ni - P 镀层在非金属材料上的应用：化学镀是提高金属或非金属等材料表面特性的一种强化方法。随着新材料的不断产生，大量的非金属材料表面需要进行金属化处理，如汽车家电行业中应用广泛的塑料电镀件、计算机和印刷电路板行业中的素烧陶瓷表面的化学镀镍、电池行业中镀在聚氨酯泡沫上作为极板的发泡镍极、碳纤维与尼龙纤维在制备复合材料中的化学镀镍处理以及在超细陶瓷粉体上的化学镀工艺等。
①化学镀Ni - P 镀层在工程塑料上的应用：工程塑料具有质量轻、强度高、耐腐蚀以及生产成本低等优点。在工业、农业、国防和日常生活中的各个领域得到了广泛的应用，其发展速度己超过了金属材料。但随着现代工业的不断发展，塑料本身的性能己不能完全满足某些特殊环境下的使用要求。因此，对塑料表面进行处理，使其兼有塑料和金属的性能。这对进一步提高塑料性能，扩大塑料的应用范围有着重要的实际意义。梁平以PVC工程塑料为基体材料，研究了在低温、碱性条件下化学镀Ni - P合金工艺。结果表明可以在PVC 塑料上获得表面良好、结合强度较好的Ni - P 合金镀层；
②化学镀在陶瓷材料中的应用：陶瓷具有很高的机械强度、耐腐蚀、耐高温、耐压，但它不导电、色泽单调、抗冲击强度差。为了克服这些缺点，可对陶瓷进行金属化处理。目前，陶瓷表面金属化技术很多，化学镀以其适应基体广、均镀和深镀能力好、生产方便，而得到广泛的应用。目前，陶瓷化学镀的研究已经取得了较大进步，开发了超声波化学镀、脉冲化学镀、激光诱导化学镀和光化学镀等新技术，但还缺乏工业化生产的实践。同时，研究代替贵金属的复合镀层，提高镀液的稳定性、沉积速率和减少前处理工序，以降低成本，都是今后研究的重点；
③玻璃纤维上的化学镀。近年来，采用导电纤维填料与树脂基材复合制备具有屏蔽性能的导电材料正在成为一个研究热点。常用的纤维种类有金属纤维、碳纤维、有机纤维等。这些纤维填料要广泛应用还受价格、力学性能、电性能等方面的限制。镀金属玻璃纤维由于强度高、导电性好、易成型、成本低等优点，因而是一种优异的导电填料。时刻等利用化学镀的方法在玻璃纤维的表面镀Ni - Cu - P 合金，获得了镀层均匀、力学性能优良和有良好导电性的合金镀层。
1.2.3化学镀镍磷镀层的前景展望
化学镀的合金镀层以其优异的耐蚀性、耐磨性、镀层致密度高、均匀等特点，已经广泛地应用于机械制造、航空航天、石油化工等各个领域。化学镀Ni - P 镀层作为一种优良的表面处理技术，其应用范围很广，还有很多应用领域有待于进一步开发。该技术在生产和应用上与其他发达国家相比还存在一定的差距，如国内镀液稳定性已从早期的1 ～2 个金属循环数达到目前的6 ～7 个金属循环数，而日本的镀液可达16 ～20 个金属的循环数。如果镀液稳定性差，容易自发分解。一旦镀液发生自发分解现象，如不及时处理，整槽镀液就会很快作废，生产中就会产生废品。因此，保持镀液的稳定、避免自发分解对化学镀至关重要。因此，提高镀液的稳定性和沉积速度是化学镀的发展方向。如何进一步提高镀层质量，关键因素是镀前的活化处理和镀层的热处理，这两点决定着镀层性能的优劣，应该加以深入地研究，另外，工艺过程中还存在着化学镀液的配制、保存、废液的回收、再生以及环境污染等问题。随着对化学镀技术研究和应用的不断深入，这些问题必将得到进一步的完善和解决。总之，化学镀作为一门多学科的交叉应用技术，无论是在热处理领域还是在表面处理领域，都将有着极其广阔的发展空间。作为功能性镀层，化学镀未来将主要向两个方向发展：①功能多样化和与其它先进的辅助技术相互融合，包括印刷电路板的计算机的辅助设计，激光、紫外光、红外线、超声波的诱导化学镀，纳米颗粒的掺杂和特殊功能元件的制造技术；②在现有的基础上进一步完善与提高。这包括化学镀镍钴合金的高容量存储、化学镀锡合金的速度提高及化学镀过程中恒定镀速的控制问题。作为一门多学科交叉的应用技术，化学镀在非金属材料的热处理领域和表面处理领域必将拥有广阔的发展空间和良好的应用。