根据定义，化学镀是通过受控化学反应进行的金属沉积。与电镀溶液相比，镍电铸 (EN) 溶液不需要外部电流源进行电镀。EN 浴使用内置于浴中的化学还原剂。该过程提供了沉积物的连续积累，因为被电镀的金属本身就是电镀反应的催化剂。这就是 EN 也称为自催镍镍电铸的原因。
化学镀镍系列
EN 涂层种类繁多，通常由它们的合金定义。它们都具有多种特性，例如，无论零件几何形状如何，都具有高度的沉积均匀性。由于沉积物特性的独特组合，几乎每个行业都可以找到 EN 的应用，包括：优越的耐磨性;无论零件几何形状如何，都可以均匀沉积;镀硬沉积物，可进行热处理以增加硬度;电镀在催化的非导体上，例如塑料;可焊沉积物;能够改变零件的磁性并提供扩散屏障;并能够修复磨损或加工不当的零件。
镍磷。大多数 EN 电镀是使用镍磷 (Ni-P) 系统完成的。这些沉积物具有低摩擦系数并且具有抗磨损性。它们具有优异的镀层硬度，并可通过镀后热处理工艺进一步硬化。这些沉积物在许多类型的环境中都具有出色的腐蚀性能。
镍硼合金广泛用于电子和航空航天应用。沉积物具有高导电性、低接触电阻、优异的镀层硬度、高熔点范围、出色的耐磨性，并且易于焊接或钎焊。
复合 EN 涂层可包含共沉积的软颗粒，例如聚四氟乙烷 (PTFE)，或硬颗粒，例如碳化硅。EN/PTFE 沉积物提供摩擦系数非常低的涂层。共沉积的硬质颗粒提高了耐磨性。
三元合金。也称为多合金，这些沉积物包含两种以上的元素。一个例子是镍磷钨，它提供了非常坚硬的涂层。
沐浴化学
次磷酸盐沉积镍通常由以下反应表示：
1) NiSO 4 + H 2 O → Ni 2 + + SO 4 2 - + H 2 O
2) NaH 2 PO 2 + H 2 O → Na + + H 2 PO 2 - + H 2 O
3) Ni 2 + + H 2 PO 2 - + H 2 O → Ni + H 2 PO 3 - + 2H +
4) H 2 PO 2 - + H 2 O(催化剂)→ H 2 PO 3 - + H 2
典型的 EN 电镀液由可溶性镍离子源、还原剂、络合剂、中和剂/缓冲剂、稳定剂和(在某些情况下)光亮剂组成。
镍源。在 EN 电镀中，金属源是可溶性镍盐。选择使用哪种盐取决于溶解度、纯度、相容性和价格。硫酸镍是最广泛使用的镍盐，但使用氯化镍、氨基磺酸镍、醋酸镍和次磷酸镍的工艺也可在市场上买到。
还原剂代替了电镀中使用的整流器。广泛使用的还原剂是次磷酸钠、硼氢化钠和二甲胺硼烷。
络合剂，直到它需要电镀保持在镍稳定的络合物。络合剂的选择决定了沉积合金及其性能。例如，在减少次磷酸盐的系统中，在高磷系统中使用更强的络合剂，而在低磷矿床中使用较弱的镍络合剂。
中和剂/缓冲剂。电镀时，EN 镀液会以气体和离子氢的形式产生氢气。这将降低溶液的 pH 值。缓冲液可用于尽量减少镀液中的 pH 值波动，但必须中和过量的酸度以保持正确的 pH 值。典型的中和剂是氢氧化铵、碳酸盐或氢氧化钠或氢氧化钾。
在北美，氢氧化铵是目前最常用的中和剂。然而，由于其令人反感的气味及其对废物处理的负面影响，越来越多的 EN 施涂者正在转向替代品。现有的方法和添加剂允许 EN 电镀工利用氢氧化钠作为 pH 调节的可行替代方案。
稳定剂控制电镀反应。如果没有这些催化毒物，反应可能无法控制。稳定剂分为两大类：金属的和有机的。历史上，铅化合物已被用作金属稳定剂。
增白剂。许多 EN 系统使用光亮剂来增强沉积物外观。增白剂可以是金属或有机化合物。镉化合物是常用的。
环境驱动因素
最近，主要由于欧洲环境立法，EN 技术发生了重大转变。最具影响力的立法包括 RoHS、WEEE 和 ELV 指令。有害物质限制 (RoHS) 和废弃电气和电子设备 (WEEE) 指令旨在促进电气元件的再利用、回收和回收。欧洲报废车辆指令 (ELV) 旨在通过回收来最大限度地减少废物，从而消除垃圾填埋场中的危险废物。
RoHS 指令将均质材料中铅、汞、六价铬、多溴联苯或多溴联苯醚的最大浓度值限制为 0.1 wt.% (1,000 ppm)，将镉的最大浓度值限制为 0.01 wt.%。2002 年 6 月的 ELV 附件 II 规定“……不得在材料或组件的配方中有意引入或故意使用铅、镉、六价铬和汞……” 2005 年 9 月，附件 II 的措辞被修改以省略短语“有意引入”，现在读作“铅、六价铬和汞的最大浓度值按重量计每个均质材料最高为 0.1%，镉的每个均质材料的最高浓度值最高为 0.01%。” 在这两种情况下，镀层都被认为是均质材料。
大多数现有的铅稳定、次磷酸盐减少的 EN 系统应提供铅含量低于 0.1 wt.% 的沉积物。来自传统镉光亮系统的沉积物几乎肯定会含有超过 0.01 wt.% 的镉。现有不含镉的含铅稳定、减少次磷酸盐的 EN 系统很可能符合 RoHS 和 ELV 标准，而镉光亮工艺可能不符合要求。虽然许多现有的不含镉的铅稳定浴可能符合要求，但未来的立法和/或规范可能会要求从 EN 沉积物中消除铅和镉。几乎所有主要的 EN 供应商都提供符合 RoHS 和 ELV 标准的不含铅或镉的化学品。
存款属性
由于化学镀镍包括广泛的镀层，镀层特性会因工艺而异。由于决定涂层性能的主要因素是沉积合金，因此 RoHS/ELV 兼容系统和传统系统的沉积物具有某些特性，例如光滑度、高硬度和高度均匀性。这些镀层特性赋予了几个关键属性，包括出色的防腐蚀保护、卓越的耐磨性和一致的镀层厚度，无论零件几何形状如何。
腐蚀保护是指涂层对镀件的保护程度。当金属发生电化学反应时会发生腐蚀，从而导致导致腐蚀的电子转移。
有两种基本方法可以描述提供给基材的腐蚀保护机制。阳极或牺牲涂层(例如锌)通过优先溶解代替基材来保护零件。阻挡层或阴极涂层通过在部件和环境之间形成保护层来保护基材。EN 通常通过充当屏障涂层来保护基材免受腐蚀。
如果基材完全封装，化学镀镍可提供出色的腐蚀保护。与任何阻隔涂层一样，EN 提供的保护值取决于初始表面质量。光滑、无孔的表面往往表现最好，而更粗糙、更多孔的基材往往会产生相对较差的结果。
为 EN 沉积物的腐蚀保护分配绝对数字可能会产生误导，因为大多数腐蚀失效可追溯到基材孔隙率或导致沉积物孔隙率的不当预处理。在大多数应用中，高磷沉积物通常提供最高的腐蚀保护。化学镀镍沉积物特别适用于部件将暴露于腐蚀和磨损的应用中。
电镀后操作会影响涂层的腐蚀性能。硬度的高温热处理 (>400°C) 会使涂层破裂，损害阻隔涂层并降低其有效性。相反，添加补充涂层，如油、蜡和漆，会有所帮助。在某些基材(例如铝)上，可以通过使用后板钝化来增强腐蚀性能，这将通过任何潜在的表面孔隙钝化基材。
耐腐蚀性可以描述为沉积物抵抗侵蚀的能力。化学镀镍涂层在许多恶劣环境中具有良好的耐腐蚀性。在大多数环境中，高磷沉积物对化学侵蚀的抵抗力最好，但低磷沉积物在碱性环境中通常表现出优势。
耐磨性。化学镀镍涂层对大多数类型的磨损具有出色的抵抗力，无论是在电镀状态还是热处理后。有许多不同类型的磨损：
微动——由两个接触面之间的振动引起
侵蚀——由撞击颗粒、液体或气体引起
表面疲劳——由表面断裂或退化引起
磨料磨损——来自摩擦表面的颗粒或突起
粘着磨损——由两个表面之间的接触粘合引起。
显微硬度。EN 的硬度值应使用努氏或维氏显微硬度方法测量，因为洛氏等表面硬度读数不准确。通常，EN 沉积物太薄，无法进行可靠的表面测试，从而导致读数受到基材的影响。在电镀状态下，低磷沉积物通常比电镀时高磷沉积物更硬。可以对沉积物进行热处理以提高硬度，方法是产生结晶度更高的镍沉积物和在沉积物中形成磷化镍。
磷含量与矿床特性。Ni-P EN 沉积物的特性因磷的百分比而异。以下是有关矿床中磷含量对物理性质影响的一些一般准则：
硬度——随着磷含量的降低，沉积物变得更硬
磨损——随着磷的减少，沉积物通常更耐磨
电——电导率随着磷含量的减少而增加
可焊性——随着磷的减少，沉积物变得更可焊
熔程——熔程随着磷含量的降低而增加
耐腐蚀性——随着磷的减少，沉积物的耐腐蚀性通常较差
腐蚀保护——通常，随着磷含量的降低，腐蚀保护会略有下降
延伸率——在小于 2% P 和大于 10% P 时延展性最高
磁性倾向——随着磷含量的降低，沉积物变得更具磁性。
控制 EN 浴
由于化学镀镍依赖于化学还原反应，因此工艺控制对于获得最佳结果至关重要。典型的 EN 镀液比电镀镀液对操作条件更敏感，必须注意将工艺控制在相对严格的参数内，以实现最佳性能。
槽龄通常通过金属周转率 (MTO) 进行跟踪。在以 6 克/升镍金属运行的 1 升电镀槽中，每向系统中添加 6 克镍，就会发生一次 MTO。随着电镀反应的进行，会形成副产物并最终降低电镀溶液和沉积物的性能。在使用硫酸镍的次磷酸钠还原浴中，副产物包括硫酸盐、钠和正亚磷酸酯。每个 MTO 会形成大约 45–60 g/L 的反应副产物。根据标准，EN 镀液通常会持续 4-10 个 MTO，然后它们的性能会下降到超出可接受的限度，并且必须丢弃该镀液。
有一些方法可以延长浴槽的使用寿命。一种方法需要通过使用替代镍源(例如次磷酸镍或醋酸镍)来减少副产物的产生量，这两种方法都可以消除硫酸盐并显着减少钠的产生量。这些系统运行良好，但缺点是镍盐的成本较高。也有可用的纯化方法，例如“放气和进料”、沉淀和电渗析。
几年前，开发了一种延长浴槽寿命的新方法。根据镀液配方，以 6 g/L 镍运行的典型次磷酸盐减少 EN 镀液在补充时将包含约 120 g/L 的溶解固体。每个 MTO 操作会增加约 45 至 60 g/L 的溶解固体。减少新溶液中存在的溶解固体的量将导致系统能够容纳更多的反应副产物。多年来，在较低金属浓度下操作一直被用作减少新镀液中总溶解固体的一种方法。在设计为以 3 克/升镍运行的电镀浴中，溶解的固体溶解物约为 75 克/升，比以 6 克/升运行的电镀浴少约 45 克/升。溶解固体的减少使溶液能够容纳更多的反应副产物，导致浴槽寿命延长二分之一到一个 MTO。还有更少的带出、更少的镍雾化和潜在的更低的废物处理成本。
可以通过保持准确的补充记录、分析正亚磷酸酯浓度或通过测量浴的比重来确定浴龄。
镀液浓度通常通过镍的分析来控制，因为镍的滴定是一种相对快速、简单的测试。分析频率取决于镀液负载和电镀速率。如果常规添加超过 10% 的活性，则应增加分析频率。理想的操作是稳态条件，以与电镀消耗的相同速率添加补充化学品。EN 过程控制得越好，该过程就会执行得越好。
应检查还原剂浓度，一般每 MTO 一次。还原剂的消耗率应与镍成正比，但不同的操作变量，例如镀液浓度、罐装量、搅拌方法和操作温度下的闲置时间量，都会影响罐中消耗的还原剂量。
操作温度是决定电镀速度的主要因素。低温为化学沉积反应提供较少的能量并导致较低的电镀速率。非常高的温度会使镀液过于活跃，可能导致析出和镀液普遍不稳定。强烈推荐经常校准的自动温度控制器。
操作pH值。除了镀液配方外，操作 pH 值是对沉积物磷含量影响最大的因素。通常，较高的 pH 值范围会导致沉积物中的磷含量较低，而较低的 pH 值会导致较高的磷沉积物。每次进行镍滴定时都应检查 EN 镀液的 pH 值。
浴体积。保持电镀槽的操作水平是一个关键且经常被忽视的控制因素。考虑一个 50 英寸深的电镀槽。在 50 英寸水平，溶液处于 100% 的活性并且浴液化学平衡。
一个负载被电镀并消耗 10% 的化学镀液。在电镀过程中，槽的溶液液位下降 5 英寸，或 10%。当分析蒸发的镀液时，它会显示 6 g/L 的镍金属。然而，浴将不平衡。具体而言，稳定剂含量低，浴中螯合物的比例将高于正常值。现在镀液不平衡，低稳定剂可能导致镀液不稳定。
持续变化
总之，镍电铸的环境和健康立法正在塑造 EN 电镀的未来，这正在推动变革。这些变化可以为新的创新打开大门。任何变革的总体目标不应仅限于确保环境合规，还应解决诸如降低运营成本和废物产生、创造更好的工作场所环境以及利用“更绿色”的流程等问题。
