Ni－P化學(xué)鍍層除了耐磨和抗蝕性之外，還因具有電阻特性、磁性、非磁性、可焊性、耐熱性等，因此在電子工業(yè)、磁性記錄材料制備、超大規模集成電路技術(shù)和微機電系統制造等方面具有廣泛的應用。隨著(zhù)納米技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)鍍在納米材料制備中已展示其特殊的應用價(jià)值，如在制備碳納米管催化劑和以“模板合成法”生產(chǎn)納米棒或納米線(xiàn)等方面顯示獨特的優(yōu)勢。
    通?；瘜W(xué)鍍施鍍溫度較高，降低鍍液溫度不僅可以提高鍍液穩定性、降低生產(chǎn)成本，而且可以減少鍍液揮發(fā)量，從而起到節約能源和保護環(huán)境的雙重功效。設計中溫或低溫化學(xué)鍍過(guò)程，***有前景的方案是選擇合適的絡(luò )合劑與添加劑。添加劑用量少，對沉積速度和鍍層性能影響顯著(zhù)，但是目前對添加劑作用機理的研究尚不夠深入。同時(shí)，由于活化步驟關(guān)系到化學(xué)鍍發(fā)生與否、沉積速度快慢、鍍層質(zhì)量好壞等問(wèn)題，探索活化過(guò)程的機理、發(fā)展新的活化方法等也成為化學(xué)鍍技術(shù)革新的關(guān)鍵。
    本文利用電化學(xué)實(shí)驗方法以及掃描電鏡、能譜、X射線(xiàn)衍射等現代物理技術(shù)探測了添加劑對化學(xué)沉積速度、鍍層組成、形貌和結構等方面的影響，并利用拉曼光譜、紅外漫反射等譜學(xué)方法進(jìn)一步了解添加劑的作用機理。與此同時(shí)，研究了金屬基體上化學(xué)鍍的初期過(guò)程、碳納米管和碳酸鋇陶瓷表面的無(wú)鈀活化化學(xué)鍍過(guò)程以及單晶硅表面的直接化學(xué)鍍過(guò)程，探討了相關(guān)過(guò)程的機理。此外，研究了鎳－高磷化學(xué)鍍層的耐腐蝕性能及其與微觀(guān)結構的關(guān)系。本論文的主要結果如下：
    1.添加劑對化學(xué)沉積速度和形貌的影響探索了化學(xué)鍍Ni-P和Ni-W-P等體系中鍍液組成和添加劑的作用。實(shí)驗發(fā)現，在無(wú)添加劑的化學(xué)鍍Ni-P液中，Ni2+、NaH2PO2濃度和pH值的提高，可使化學(xué)沉積速度加快，而且Ni2+濃度和pH值的提高有利于Ni沉積量的增加，而NaH2PO2則明顯促進(jìn)P沉積量的上升。鍍液中含有添加劑時(shí)，發(fā)現硫脲（TU）有助于Ni2+的還原，但抑制NaH2PO2的氧化；丙酸對Ni2+的還原和NaH2PO2的氧化均有促進(jìn)作用；而La2O3對NaH2PO2的氧化有利。 鍍液中含有TU與不含TU時(shí)鍍層形貌有較大差別，后者表面顆粒細小，截面中含有大量空隙，而前者顆粒尺寸大，截面空隙少，歸因于TU抑制成核過(guò)程及H+的還原。Ni-W-P化學(xué)鍍層中的大顆粒是由許多小顆粒組成的，小顆粒中又包含著(zhù)更細的顆粒。LaCl3通過(guò)降低鍍層W含量而細化鍍層顆粒尺寸。 化學(xué)鍍Ni-W-P和Ni-P體系中，對LaCl3、乳酸、Fe2(SO4)3、丙酸、硫脲、La2O3和2,2’-聯(lián)吡啶等七種添加劑對沉積速度的影響進(jìn)行細致的研究。發(fā)現它們對沉積速度的影響表現出較為一致的變化規律，即隨添加劑濃度的增加有個(gè)***大沉積速度，基于此實(shí)驗事實(shí)建立了一種吸附模型并導出添加劑加速化學(xué)沉積的理***式。用理***式對實(shí)驗結果進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，得到相當吻合的結果。根據擬合結果得到吸附平衡常數，結果表明添加劑在基體上的吸附平衡常數(K1)大于在吸附的還原劑上的吸附平衡常數(K2)，即添加劑在基體表面吸附能力更強。LaCl3、硫脲、La2O3和2,2’-聯(lián)吡啶的K1、K2值遠大于乳酸、丙酸和Fe2(SO4)3的K1、K2值，這表明LaCl3、硫脲、La2O3和2,2’-聯(lián)吡啶的吸附能力遠強于乳酸、丙酸和Fe2(SO4)3的，因此，LaCl3、硫脲、La2O3和2,2’-聯(lián)吡啶所引起的沉積速度峰值的濃度遠小于乳酸、丙酸和Fe2(SO4)3的。
    2.若干有機添加劑的作用機理研究化學(xué)鍍是一個(gè)共軛過(guò)程，分別通過(guò)添加劑對鎳離子還原和NaH2PO2氧化的影響來(lái)了解的添加劑的作用機理。結果表明，添加劑主要通過(guò)表面效應起作用，如丙酸通過(guò)與Ni2+和NaH2PO2形成表面絡(luò )合物來(lái)促進(jìn)化學(xué)沉積。丙酸與NaH2PO2形成分子間氫鍵，促進(jìn)了P-H鍵的斷裂，生成了?PHO2－中間物；丙酸則以“－OCO－”官能團與Ni2+形成橋式配合物，從而加速Ni的沉積。乳酸結構上和丙酸相似，因此以相似機理促進(jìn)NaH2PO2氧化，但是由于其α位上比丙酸多了一個(gè)羥基，乳酸與Ni2+可能形成螯合物，以致不利于Ni沉積。雖然TU對Ni2+沉積起促進(jìn)作用，但是TU對Ni2+陰極還原存在兩方面的影響。首先，它對鎳晶核的形成有阻礙作用，TU濃度越大，成核所需的過(guò)電位越高；其次，在存在鎳晶核的表面上，TU對鎳顆粒的生長(cháng)起促進(jìn)作用，藉此也可解釋TU對化學(xué)鍍層形貌的影響。TU對成核生長(cháng)的阻礙作用與形成表面絡(luò )合物有關(guān)，但表面絡(luò )合物形成卻可以加速鎳的沉積。光譜研究表明，TU以S原子在銅基體上吸附，而且在沒(méi)有Ni2+存在時(shí)進(jìn)行平臥式吸附，在Ni2+存在時(shí)吸附方式向垂直式吸附過(guò)渡。在形成的表面絡(luò )合物中，TU又以S原子和Ni2+發(fā)生配位作用。