第9章非金属材料电镀(1)

1、第一节 概述第二节 镀前处理第三节 化学镀 非金属表面金属化后，可以获得导电、导磁、耐磨、抗老化、耐热、可焊接等性能和不同色泽的金属外观，从而使非金属材料的装饰性和功能性增强、使用范围拓宽。近年来非金属材料电镀作为一种成熟的表面处理技术，已在从日用品、家用电器到高新技术产业和国防工业的众多领域中得到广泛应用。 第一节第一节 概述概述非金属表面金属化的方法有非金属表面金属化的方法有喷镀、电镀(包括化学镀)、直空蒸镀、阴极溅射或离子镀等多种工艺。可以有多种前处理方法使非金属表面形成金属化导电层，如喷涂、浸挂、气相沉积、银和烧渗等等。应用最广泛的是化学镀。它通常包括以下几个工序：消除应力、除油、粗化

2、、敏化、活化、化学镀。 由于非金属材料通常是不导电的，无法直接用电沉积方法沉积金属层，因而进行非金属电镀的前提是使工件表面获得一定的导电性，以及如何使镀层与金属基体有良好的结合力，所以，镀前预处理成为整个电镀工艺的关键。第二节第二节 镀前处理镀前处理2.1 消除应力消除应力 消除应力工序主要针对塑料制品而言。当设计不合理或加工成型不当时，塑料制品会产生内应力，从面使镀层结合力下降、开裂、以至脱落，因此塑料制品在电镀前应先消除内应力。 生产中多用极性溶剂浸泡法检查塑料制品是否存在内应力。即将塑料制品在极性溶剂中浸泡2min5min后取出，观察其麦面是否出现细微裂纹。以裂纹的出现表征内应力的存在，

3、裂纹越多越粗，内应力越大。表10-1列出了一些常用塑料的检验溶剂。 表表91 某些常用塑料的内应力检验溶剂某些常用塑料的内应力检验溶剂材材 料料检检 验验 溶溶 剂剂有机玻璃沸水苯乙烯及其共聚物冰醋酸、煤油聚酰胺(尼龙66、尼龙1016等)正庚烷聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等四氯化碳ABS塑料(1)冰醋酸(2)甲基乙基酮和丙酮的混合溶剂2.2 除油除油 除油的目的是清除制品表面在模压、存放和运输过程中残留的脱模剂和油污，以保证非金属制品能在下一个工序中均匀地进行表面粗化。 非金属材料的除油与金属一样，可用有机溶剂或碱性除油溶液除油。采用的有机溶剂应对非金属材料无破坏作用，不发生溶解、溶胀、银纹和龟裂

4、、氧化等现象。生产中常用的有乙醇、丙酮、甲醇、三氯乙烯等。采用的碱性除油液应含有起润湿、缓蚀等作用的表面活性剂、溶液温度不能超过塑料粘流化温度，即不能使塑料发生塑性变形。生产中为方便起见，对塑料制品常选用钢铁件除油液，在5070 的温度下使用。表9-2出了一些常用的除油工艺。 表表9-2 非金属材料除油工艺非金属材料除油工艺成成 分分 及及 操操 作作 条条 件件配配 方方123氢氧化钠 NaOH/gL-1碳酸钠 Na2CO3/gL-1磷酸钠 Na3PO4/gL-1焦磷酸钾 K4P2O7 /gL-1OP乳化剂 /gL-1海鸥洗涤剂 /mLL-1十二烷基磺酸钠 /gL-1温度 /时间 /min2

5、03030402030135555303030301505510303050516070352.3 表面粗化表面粗化 粗化的目的是提高零件表面的亲水性和形成适当的粗糙度，以保证镀层有良好的结合力。它是决定镀层结合力的关键工序。由于粗化是针对光滑而憎水的表面工序，故生产中主要应用于塑料制品。 粗化方法主要有机械粗化、化学粗化和有机溶剂粗化粗化方法主要有机械粗化、化学粗化和有机溶剂粗化。就提高镀层结合力而言，粗化效果为；化学粗化有机溶剂粗化机械粗化。在工业生产中，要根据材料特点和生产条件选择适当的粗化方法，有时也可采用几种方法的组合。近年来，用量最大的ABS塑料已不采用机械粗化和有机溶剂粗化。 非

6、金属材料种类繁多，其电镀工艺也有所区别，但主要区别在于前处理中的粗化工艺不同。因此，以目前应用最多的ABS塑料为例介绍粗化工艺，同时适当给出其他非金属的粗化工艺。 2.3 敏化敏化 敏化是继粗化之后又一重要工序。敏化处理是使非金属表面吸附一层容易氧化的物质，以便在活化处理时被氧化，在制品表面上形成“催化膜”。 常用的敏化剂为二价锡盐和三价钛盐。一般采用二氯化锡的酸性溶液或二价锡的络合碱性溶液。表93 敏化溶液组成及工艺条件组成及工艺条件12345氯化亚锡三氯化钛HClNaOH酒石酸钾钠金属锡条温度时间10100 1050 1根18253min10 40 1根18253min100 150170

7、1根18253min5050 607018253min10 100 6070 18253min2.5 活化活化 活化处理是用含有催化活性金属如银、钯，铂、金等的化合物溶液，对经过敏化处理的工件表面进行再次处理的过程。其目的是为了在非金属表面产生一层催化金属层，作为化学镀时氧化还原反应的催化剂。活化过程的实质：敏化后的工件表面与含有贵金属离子溶液相接触时，这些贯金属离子很快被二价锡离子还原成金属微粒，使其紧紧附着在工件表面上。 其反应为: 2Ag Sn2 Sn42Ag Pd2 Sn2 Sn4 Pd这些催化活性金属微粒，是化学镀的结晶中心，故活化又名“核化”。 3.1 概述概述 依赖电解液中的还原

8、剂将被镀金属离子在自催化表面还原为金属原子并形成镀层的过程叫化学镀。 (1)化学镀不使用电源，以还原剂与被镀金属离子的电位差为动力，为了得到致密的镀层，使用络合剂阻滞还原过程，并形成一定程度的极化，同时也为了控制反应速度。 (2)化学不存在分散能力的问题，也不存在边角效应等电镀中常出现的问题，只要能与溶液接触，就可获得质量一致的镀层。 (3) 化学镀溶液中的还原剂与被镀金属离子需不断补充。3.2 化学镀镍化学镀镍 化学镀镍可使用各种还原剂，如硼氢化钾、次磷酸钠等。目前工业应用常选用次磷酸钠。3.2.1化学镀镍液的配方组成化学镀镍液的配方组成 目前应用广泛的化学镀镍溶液，大致可分为酸性镀液及碱性

9、镀液两种。化学镀镍液的主要成分是可溶性镍盐、络合物、还原剂、缓冲剂、促进剂、稳定剂、润湿剂及光亮剂等。(1)主盐主盐 化学镀镍液的主盐是提供金属镍离子的可溶性镍盐，在化学还原反应中是氧化剂的角色，可供采用的有硫酸镍、氯化镍、醋酸镍、氨基磺酸镍、次磷酸镍等。由于成本的原因，大多数选用硫酸镍作为主盐。 有足够的主盐，可以维持比较高的沉积速度保证镍离子的 充 分 补 给 ， 但 也 不 能 太 多 ， 大 约 在 镍 含 量 6 g / L -10g/L(NiSO46H2O 在25g/L-45g/L)范围比较合理。而且主盐与络合剂、主盐与还厚剂的比例都有一个合理范围。Ni2与H2PO2的摩尔比应在0

10、.30.45之间(相当于NiSO46H2O与NaH2PO2H2O的质量比为1:1左右)。图9-1 镍离子浓度对沉积速度及磷含量的影响1-沉积速度，2-磷含量(2)还原剂还原剂 化学镀镍中，多数使用次磷酸钠做为还原剂。它提供化学还原反应中还原镍离子所需要的电子。一般次磷酸钠的含量为20g/L40g/L图9-2次磷酸钠浓度对沉积速度的影响（3） 络合剂络合剂 为了使镀液稳定及获得性能良好的化学镀镍层，必须选择适当的络合剂及确定合理的用量范围。络合剂的用量不仅与镀液中镍离子的浓度有关，也与该络合物能够与镍形成的配位健的数目有关。 一般的配方组成中除了有一个主络合剂之外，还配以其他的辅助络合剂。不同种

11、类的络合剂及络合剂的使用量不同，对化学镀镍的沉积速度影响很大(见图93)。图图93 不同络合剂对沉积速度的影响不同络合剂对沉积速度的影响乳酸羟基乙酸甘氨酸琥珀酸水杨酸邻苯二酸NiCl26H2O 30g/LNaH2PO2H2O 10g/L 合理地选择络合剂及络合剂用量可以在同样条件下，下得到更高的镀层沉积速度。另外恰当的选择络合体系，也是镀液稳定及镀液延长寿命的先决条件。 随着化学镀镍液工作时间的延长，还原剂的分解产物亚磷酸根不断累积，很容易产生亚磷酸镍的白色沉淀(NiHPO37H2O)。络合剂可以抑制亚磷酸镍的沉淀，提高镀液对亚磷酸根的容忍量。（4 4）缓冲剂）缓冲剂 化学镀镍的过程中除了有镍

12、和磷的析出之外，还有氢离子的产生，镀液的pH值会不断降低，这不但使沉积速度放慢，也会对镀层含磷量产生影响，因此，在化学镀镍溶液中必须加入缓冲剂。一般弱酸及弱酸盐或多元弱酸都可能形成一个理冲体系。（5）稳定剂）稳定剂 尽管一个良好的络合剂体系，已经保证了化学镀镍液的稳定性，但是往往由于在镀液工作过程中，其他不规范的操作因素，如局部过热(加热方式不当)，局部pH值过高(调整补充不当)，其他活化物的进入或形成(镀液被污染或缺乏足够的连续过滤)等都会触发自催化的还原反应在这个局部地区激烈进行，进而迅速蔓延，致使整个镀液自发分解。因而必须加入稳定剂。 稳定剂可以是某些重金属离子(如Pb2、Sn2、Cd2等)，也可以是某些含氧酸根(如AsO2、IO3、BrO3、MoO42等)，也可以是含疏的化学物(如硫脲、硫代硫酸盐、硫氰酸盐等)，或某些不饱和有机酸(如马来酸，甲叉丁二酸等)。 稳定剂可以在一定程度上阻止镀液自发分解的发生。但如果稳定剂过量，则会成为镀液的毒化剂，使镀液不能起镀。表94 稳定剂对化学镀镍液的作用稳定剂含量/mgL沉积速度m /hPbCl2试验时间/s空白Pb2+KIO3顺丁烯二酸反丁烯二酸012010010016816131563288无限160143（6）促进剂）促进剂 在化学镀镍液中能提高镍沉积速度的成分称为促进剂。它的作用机理是