（一） 项目简介
化学镀是指当加入还原剂后导致金属离子在基体表面发生的自催化还原的金属沉积过程，通常情况下也叫做无电解镀或者自催化镀。其本质是反应过程中有电子转移但是没有外接电源的氧化还原沉积过程。
该项目研制一种新型节能环保的低温化学镀镍液，通过试验优化配方降低化学镀镍工艺生产时的温度，达到与高温化学镀镍时相同的质量与性能效果，简化工艺流程，达到生产所需的镍层厚度（≥5μm）。
（二） 研究目的
研制一种新型节能环保的低温化学镀镍液，并用于印刷线路板铜基板上沉积均匀致密的镍金属防护层，探索低温化学镀镍表面处理技术，降低镀液温度不仅可以提高镀液稳定性、降低生产成本，而且可以减少镀液挥发量，从而起到节约能源和保护环境的双重功效。
（三） 研究内容
1）通过多种配方实验比较，提出低温化学镀镍液溶液配比的最佳方法，并在此配方基础上研究添加剂的选择、组分浓度、反应温度、反应时间、溶液pH等条件对化学镀镍镀速、外观、镀液稳定性以及镀层的性能的影响，确定低温化学镀镍的最佳制备工艺条件。
2）研究添加剂种类、浓度对化学镀镍层沉积速度和镀液稳定性的影响，找到适合于低温化学镀镍的有效添加剂。
3）根据结合单因素实验以及探讨的最佳工艺条件设计6因素5水平的正交实验寻求在该工艺条件下最佳的实验配方。
4）运用仪器进行表征，对实验结果进行分析与总结。
（四） 国、内外研究现状和发展动态
近年来，由于计算机和通讯等高科技产业的迅猛发展，为印刷线路板化学镀镍提供了广阔的发展空间。印刷电路板(PCB)是实现电子元件整体功能的重要部件。随着电子工业的高速发展，PCB的需求量与日俱增。经过几十年的发展， PCB行业已成为全球性行业，但近几年总产能呈现低速发展趋势。中商产业研究院数据显示，2016年全球 PCB市场产值达到542亿美元，虽相比2015年的市场产值下降2%，但仍是电子元件细分产业中比重最大的产业。未来在全球电子信息产业持续发展的带动下，全球 PCB市场有望维持2%左右增速。
过去十年，全球PCB持续向亚洲尤其是中国大陆迁移，中国大陆迅速成为电子产品和PCB生产大国。在2000年以前，全球PCB产值70%分布在欧洲、美洲（主要是北美）、日本等三个地区。而随着产能转移的不断进行，现在亚洲地区PCB产值接近全球的90%，是全球PCB的主导，而中国大陆成为了全球PCB产能最高的地区。同时，亚洲地区内产能在近几年内呈现出由日韩及台湾地区向中国大陆地区转移的趋势，使得大陆地区PCB产能以高于全球水平5%~7%的速度增长。2017 年中国PCB产值将达到289.72 亿美元，占全球总产值的50%以上。具体情况见图：
图1全球PCB生产产值规模
图2 中国PCB生产产值规模
在上世纪70年代后化学镀镍出现了长足的发展，出现了次亚磷酸钠为还原剂得到Ni-P镀层的化学镀镍磷工艺[1]，硼氢化钠作为还原剂得到的Ni-B镀层的化学镀镍硼工艺[2]，以及肼作为还原剂的化学镀镍工艺[3]。目前在化学镀镍液中，次亚磷酸钠是最常见的还原剂，在Ni沉积过程中，通常伴有P的沉积，根据Ni-P层中的P含量又可以分为高磷层（9-12 wt%）、中磷层（5-8 wt%）和低磷层（1-4 wt%），P含量越高，镀层的晶粒越小。
在化学镀镍液中加入少量的化学试剂，以达到稳定镀液、加速镍沉积、改善镀层质量等效果。因而根据其用途可以分为加速剂、稳定剂、缓冲剂、光亮剂等，而根据添加剂的属性可以分为无机添加剂和有机添加剂。无机添加剂主要是铋、铊、铅等。这些金属离子在催化金属表面的吸附，并与同时吸附在金属表面上的 相互作用，在沉积过程中起加速作用。孙硕等[4]发明了一种低温酸性化学镀镍-磷合金的溶液。该工艺保留了酸性高温镀液镀层结晶细，光亮，耐蚀性优异，镀液稳定性好的优点，沉积速度达15 ~ 20μm/h。解决目前在化学镀镍-磷技术存在的酸性镀液施镀温度高，能耗大，和碱性低温镀液制备的镀层结晶粗大，耐蚀性差等问题。张冬梅等[5]研究丁二酸钠对 Ni-P 合金镀层沉积速率、组织和 P 含量的影响，发现当Ni-P合金镀液中加入丁二酸钠的质量浓度达到18 g /L 时，镀层连续致密，表面平整，胞状组织尺寸较小，镀层的质量最好。
有机添加剂主要包括表面活性剂，高分子聚合物。这些有机物能吸附在镀层表面，从而影响沉积过程。不同类型的有机分子具有不同的作用，如提升镀层的均匀性，致密性等。吴锋景等[6]研究非钯活化的化学镀镍工艺，发现高浓度的硫脲能有效降低铜表面电极电位，使得铜置换镀镍反应得以进行，开发出的非钯活化镀镍工艺制备的镍镀层主要由Ni和P元素组成，厚度约为5.95μm，表面均匀、平整、致密。镀层与基体结合优良，耐冲击性能良好。Xie[7]等研究了硫酸铵在镀液中对沉积速率，次磷酸盐效率，镀液稳定性和化学镀镍-磷层特性的影响。发现添加硫酸铵可以提高化学镀镍-磷的沉积速率，并且硫酸铵的最佳浓度可以减小晶粒尺寸，改善微观结构并改善耐腐蚀性。Park[8]等研究了硝酸铅稳定剂浓度对灰铸铁化学镀镍镀层性能的影响。发现特定的临界稳定剂浓度改变了化学镀镍涂层性质。在临界稳定剂浓度或更高浓度下，镀层速率和化学镀镍涂层的化学组成发生变化，因为过量的稳定剂浓度会抑制Ni和P的沉积。
在目前低温化学镀镍体系相对成熟的情况下，通过对添加剂的研究是提高镀液和镀镍层性能的趋势之一。国内有较多研究低温化学镀镍的工艺，并用于实际生产中，但该低温化学镀镍液组分复杂、实际生产工艺操作复杂，并未被广泛应用。在国外最新工艺中，也有很多机构在研究低温化学镀镍的具体配方和改进低温镀镍工艺，但大多都处于研究阶段，仍存在许多问题，并未成熟，如：有的低温化学镀镍液效果不好，不能满足工业需要；有的工艺过于复杂，成本太高，工业生产可行性不高。这些缺陷使得目前低温化学镀镍工艺的研究还处于实验室阶段。若要在工业生产中采用低温化学镀镍工艺，有很大的难度。
那么，是哪些因素影响着低温化学镀镍的工业化发展呢？其限制因素主要有两大类：一是低温化学镀镍液组分复杂，工业生产操作复杂；二是低温化学镀镍液本身不稳定造成的。低温化学镀镍过程中有着一系列潜在的化学反应，这是影响化学镀镍镀层各项性能的根源。
因此，研究性能稳定的低温化学镀镍液很有必要。其实质就是在降低化学镀镍温度的情况下，其镀层厚度和耐蚀性等也能达到PCB生产要求。
参考文献
[1] In Kwon Hong, Hyungjin Kim, Seung Bum Lee. Optimization of barrel plating process for electroless Ni-P plating[J]. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2014, 20(5): 3767-3774.
[2] Arkadeb Mukhopadhyaya, Tapan Kumar Barman, Prasanta Sahoo. Effect of Heat Treatment on the Characteristics of Electroless Ni-B, Ni-B-W and Ni-B-Mo Coatings[J]. Materials Today: Proceedings.2018, 5(2) : 3306–3315.
[3]王文昌, 刘启发, 佟卫莉, 陈智栋. 水合肼和次磷酸钠为还原剂的化学镀Ni-P合金研究[J]. 电镀与精饰, 2008(03): 5-8.
[4] 沈阳工业大学. 一种低温酸性化学镀镍-磷合金的溶液: 中国, 201810286363.4[P].
[5] 张东梅, 赵丹, 徐旭仲, 等. 丁二酸钠对化学镀Ni-P合金镀层的影响[J]. 电镀与精饰, 2017, 39(05): 43-46.
[6] 吴锋景, 翟文奎, 刘小娟, 肖鑫. PCB铜基表面非钯活化化学镀镍的研究[J]. 材料保护, 2017, 50(11): 78-81.
[7] Zhihui Xie, Gang Yu, Bonian Hu, et al. Effects of (NH4)2SO4 on the characteristics of the deposits and properties of an electroless Ni–P plating solution[J]. Applied Surface Science, 2011, 257(11): 5025-5031.
[8] Il-Cho Park, Seong-Jong Kim. Effect of lead nitrate concentration on electroless nickel plating
characteristics of gray cast iron[J]. Surface & Coatings Technology, 2018.
（五） 创新点与项目特色
1、新研制的低温化学镀镍液镀速能与高温镀镍液相当，镀液寿命更长，低温化学镀镍液不仅可以提高镀液稳定性、降低生产成本，而且可以减少镀液挥发量，从而起到节约能源和保护环境的双重功效；
2、研制的低温化学镀镍液能够解决生产工艺中高温能耗大，操作不便，以及降低槽体材料、过滤机、加热材料对耐高温和防镀覆的要求，还可以缓解由于局部过热，造成的镍的析出；
3、由于5G终端天线对周边金属很敏感，即对印刷电路板提出了新的要求，需要PCB板与有金属的物体之间保持1.5mm的净空，并且采用了的是柔性线路板，而本项目的研制也同时作用于柔性线路板上的化学镀镍。
（六） 技术路线、拟解决的问题及预期成果
a项目的技术路线:
 
  
b.拟解决的问题:
1、对于低温化学镀镍，主要是温度对镀速有很大的影响，温度每降低10℃，镀速降低一倍。所以找寻一种环保且能提高镀速的添加剂十分重要。
2、通过实验筛选，得到低温化学镀镍液的最佳制备方法，并对各组分质量浓度、温度、pH等影响因素进行条件实验，确定影响低温化学镀镍镀速和稳定性的关键因素，研制出一种新型节能环保的低温化学镀镍液。
c. 预期成果:
1、研发一种新型环保节能的低温化学镀镍液，为PCB化学镀镍工艺提供应用。
2、研究成果主要以论文的形式提交，将在国内外核心学术期刊上发表相关研究论文1-2篇，申请专利1项。
（七） 项目研究进度安排
1、2019.05—2019.07，低温化学镀镍的基础配方的构建。查找大量的文献专利，收集各种资料，找到合适的基础配方，并对配方做出调整进行优化。
2、2019.09-2020.07，开展实验并对实验结果进行表征。用表面分析技术包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）；电化学测试包括循环伏安（CV）、交流阻抗（EIS）、计时电流法等研究方法，分析表征镀镍液在修饰电极上的电化学行为，优化各组份的比例，获得最佳的低温镀镍液配方。
3、2020.09-2021.05，对实验数据及结果进行分析总结。
（八） 已有基础
1. 与本项目有关的研究积累和已取得的成绩
a 与本项目有关的研究积累
本项目申请人李昕，梁奥博，高瑞，朱家雨，万兴在老师的指导下，依托我们学校较为先进的技术设备和老师丰厚的专业经验，已经得到了低温化学镀镍的初步配方，并结合各类电化学分析技术，比如电化学测试包括循环伏安（CV）、计时电流法等研究方法，分析表征铜片在低温化学镀镍液中的电化学行为，得出影响镀速快慢的因素以及低温化学镀镍的作用机理。
b 已取得的成绩
本小组已在实验室做了许多前期试验，已经研制出了初步的低温化学镀镍液配方，通过正交实验方法，得出了目前的最优低温化学镀镍液配方。初步结果显示，化学镀镍镀速、镀层质量和镀液稳定性都比较好，很有希望研制出节能环保的低温化学镀镍液。
2. 已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法
a 已具备的条件
实验室具备制备，已有的仪器能够进行部分的分析和检测条件。
b 尚缺少的条件及解决方法
分析检测仪器如SEM，XRD等实验室不具备，可以向其他院校实验室借助或者去检测机构进行检测。
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