如何电镀出坚固耐用的Ni-Fe合金？

Ni-Fe合金镀层结晶细致，其外观色泽比镍白，介于镍和铬镀层之间，呈青白色。

Ni-Fe合金镀层的硬度比光亮镍镀层稍高些，一般为550～650HV。硬度与镀层组分有一定关系，随着镀层铁含量增加，镀层硬度增大。但当铁含量达到一定值以后，其硬度反而有所降低，高铁合金镀层的硬度比镍镀层硬度还要低一些。

Ni-Fe合金镀层具有良好的韧性，当镀层为10～15μm时，弯曲180°也不断裂。这有利于工件镀后的变形加工。

Ni-Fe合金镀层的内应力不仅和镀层铁含量有关，而且还与镀液中光亮剂的种类、含量、pH值和温度等因素有关。一般镀层的内应力随着镀层铁含量的增加而增加。镀液pH值较高时，镀层中掺杂铁的氢氧化物含量增多，因而镀层的内应力也增大。

Ni-Fe合金镀层为阴极性镀层，在一般环境中，Ni-Fe合金镀层的耐蚀性基本与光亮镍镀层相当，但Ni-Fe合金镀层表面容易产生褐色斑点。一般认为，这种斑点不是基体金属的腐蚀产生，而是镀层中铁的腐蚀产生的。在Ni-Fe合金镀层上镀1～2μm的镍封，然后再镀铬，不仅可以消除褐斑，而且还能提高其耐蚀性。有时为了进一步提高耐蚀性，采用多层合金镀层，即第一层先镀总厚度2/3左右的高铁合金（铁的质量分数为30%～40%）镀层，然后再镀一层低铁合金（铁的质量分数为10%～15%）镀层。对耐蚀性要求较高的工件，甚至还可采用三层Ni-Fe合金镀层作为装饰铬的底层。

Ni-Fe合金镀层不宜用作表面镀层，一般用作代镍镀层，用于底层或中间镀层，现已广泛用于自行车、摩托车、家用电器、日用五金等产品上。

1.镀液组分及工艺条件

Ni-Fe合金的镀液类型很多，但多数为简单盐镀液或弱配合物型镀液，如硫酸盐型、氯化物型、硫酸盐-氯化物混合型、焦磷酸盐型、氨基磺酸盐型、柠檬酸盐型等。然而，目前应用较多的是镀液中含Fe²⁺稳定剂和光亮剂的简单盐镀液。电镀Ni-Fe合金的镀液组分及工艺条件见表5-27。

表5-27 电镀Ni-Fe合金的镀液组分及工艺条件

（续）

2.镀液配制方法

以表5-27中工艺2为例：

1）将硫酸镍、氯化钠溶于60℃左右的热水中，过滤加入镀槽。

2）将硫酸亚铁溶于50℃左右的热水中，然后加入柠檬酸钠，溶解后加入镀槽。

3）用沸水溶解十二烷基硫酸钠，煮沸10min左右，待溶液成透明状后入槽。

4）加水至规定体积，加活性炭处理，过滤后，调整pH值。

5）加入其他添加剂，即可试镀。

3.镀液中各成分的作用及工艺条件的影响

（1）主盐 硫酸镍、硫酸亚铁是主盐。在镀液中Fe²⁺与Ni²⁺的摩尔比主要影响镀层铁含量。在简单盐镀液中，Ni-Fe共沉积属于异常共沉积类型，电极电势比镍低200mV左右的铁优先析出。在电镀Ni-Fe合金时，控制好镀液中的铁离子含量是获得组分均匀的合金镀层的关键。实践证明：Fe²⁺与Ni²⁺的摩尔比为1∶12时可获得铁的质量分数为20%的Ni-Fe合金镀层。

（2）稳定剂 在简单盐镀液中，最重要的是Fe²⁺稳定剂的选择。在空气中或电镀过程中，镀液中的Fe²⁺易被氧化为Fe³⁺，而Fe³⁺的氢氧化物溶度积比Fe²⁺的氢氧化物溶度积小得多，因此镀液中很容易生成Fe（OH）₃沉淀。在镀液中必须加入适宜的稳定剂，才能保持镀液的稳定。

一般选择羟基羧酸和多羧酸类物质作为稳定剂，如柠檬酸、葡萄酸、EDTA等。试验结果表明，将上述物质混合使用时，对Fe²⁺的稳定效果更为理想，而且还有利于提高镀液的整平能力。

（3）光亮剂 在装饰性Ni-Fe合金镀液中，光亮剂是不可缺少的。光亮剂除起光亮作用外，还能起到较好的整平作用。电镀Ni-Fe合金的光亮剂一般有两种类型：一种是糖精和苯骈萘磺酸类的混合物；另一种是磺酸盐类和吡啶盐的衍生物。(www.xing528.com)

（4）pH值 在简单盐镀液中，pH值对镀层的组分和阴极电流效率的影响比较大。镀液pH值升高，会使镀层铁含量增加，但当pH值过高时，Fe²⁺容易氧化为Fe³⁺，镀液中会形成Fe（OH）₃沉淀，使镀层中夹杂氢氧化铁的含量增加，破坏镀层的力学性能。因此，pH值一般控制在3.6以下。pH值增加，阴极电流效率增加。

（5）温度 随着镀液温度的升高，镀层铁含量增加。温度对电流效率影响较小，镀液温度每升高10℃时，电流效率约提高1%～2%。镀液温度高时，会加速Fe²⁺的氧化；温度低时，使用电流密度范围窄，高电流密度区容易烧焦，镀液整平能力也下降。因此，镀液温度一般控制在55～68℃。

（6）电流密度 随着电流密度的增加，镀层铁含量下降。镀液中铁离子含量较低，但在阴极上铁优先析出，Fe²⁺的还原反应就要受扩散步骤的控制，所以电流密度越大，镀层铁含量就越低。电镀时应采取消除浓差极化的措施，如采用脉冲电源或对镀液进行搅拌等，可以提高镀层铁含量。电流密度增加时，电流效率稍有提高。

（7）阳极 在简单盐镀液中使用的阳极，可以是合金阳极，也可以是Ni、Fe分控或混挂阳极。使用合金阳极时，操作方便，但不容易控制镀液中主盐离子含量比。为了准确地控制主盐含量比，往往采用Ni、Fe分控阳极，此时镍阳极和铁阳极的电流比视镀层组分而定。若使用Ni、Fe混挂阳极，需要控制镍和铁阳极的面积比，因为铁阳极比较容易溶解，所以铁阳极面积要小一些。当镀层中铁的质量分数为20%～30%时，镍阳极和铁阳极的面积比以（7～8）∶1为宜。铁阳极材料最好用高纯铁，挂具可用Ni-Cr丝，但不可与镍阳极挂在一起。镍阳极用电解镍或含硫镍。阳极应放入聚丙烯或纯涤纶制成的阳极袋中，防止阳极泥进入镀液。当采用合金阳极时，一般采用Ni的质量分数为75%、Fe的质量分数为25%的合金阳极，可使镀液中两种离子的含量相对稳定。

4.槽液维护和故障处理

Ni-Fe合金镀液的管理方法与光亮镍大致相同，但对合金镀液的要求比单金属镀液要高。首先应该严格控制镀液中的主盐离子含量比，应定期分析镀液主盐离子含量及镀层组分，从中找出各因素的影响规律。另外，应尽可能防止Fe²⁺的氧化。为防止Fe²⁺氧化，应注意以下几点：

1）对镀液的pH值要严加管理，应把pH值控制在3.6以下。

2）阳极面积要适当增大，以防止阳极发生钝化。

3）镀液停止使用时不要加温。

4）最好不采用空气搅拌方式。若采用，则搅拌强度要小一些。电镀结束后，立刻停止搅拌。

5）当镀液中Fe³⁺的质量浓度超过1g/L时，可用小电流进行电解处理，使之还原为Fe²⁺。

电镀Ni-Fe合金的常见故障及处理方法见表5-28。

表5-28 电镀Ni-Fe合金的常见故障及处理方法

（续）

5.不合格镀层的退除方法

挂具上镀层及不合格Ni-Fe合金镀层的退除液组分及工艺分别见表5-29和表5-30。

表5-29 挂具上镀层的退除液组分及工艺条件

表5-30 不合格Ni-Fe合金镀层的退除液组分及工艺