未经热处理的化学镀镍层处于热力学上的亚稳态，有从非晶态或微晶态向晶态转变的趋势。当对镀层进行热处理时，由于发生原子的互扩散，导致非晶与微晶发生重结晶，生成金属镍的晶胞和金属间化合物如Ni 2 P、Ni 3 P、Ni 5 P 2 。X射线衍射分析能观察到热处理后镀层晶态的变化。如图3-27所示，在经过热处理的镀层中能够很明显地观察到晶态镍和金属间化合物的衍射峰。
图3-27 三种镀镍层的X射线衍射图
a）电镀镍层 b）镀态化学镀镍层 c）热处理后化学镀镍层
随着热处理的持续，由于镍磷晶体的形成和长大，磷向表面扩散，同时与基体间相互扩散形成金属间化合物层。明显的层状结构消失，形成边界模糊的由许多凝结物颗粒构成的过渡层。
热处理过程中生成的金属间化合物会引起镀层的硬化。当足够的原子扩散到一个特定的位置后，而且当镍与磷具有合适的组成配比满足生成金属间化合物的条件时，就形成了金属间化合物的晶核。在晶核的体积未到临界尺寸之前，其原子排布及周围的排列保持不变。这种具有不同原子间距的区域之间的连接导致了紧密拉紧，使合金硬化。
热处理后镀层会出现裂纹，但随着镀层中磷含量的提高，热处理时体积变化减小，裂纹数目会随之减少。