第9章非金属材料电镀(1)
一、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、可焊接等性能和金属不同颜色的外观。 ，从而增强非金属材料的装饰性和功能性，拓宽其使用范围。 近年来，非金属材料电镀作为一种成熟的表面处理技术，已广泛应用于从日用品、家用电器到高新技术产业、国防工业等众多领域。 第一节 第一节概述 概述 非金属表面金属化的方法有喷涂、电镀（包括化学镀）、直接空气蒸发、阴极溅射或离子镀等工艺。 在非金属表面形成金属化导电层的前处理方法有很多，如喷涂、浸镀、气相沉积、镀银和烧渗等。应用最广泛的是化学镀。它通常包括以下工艺过程：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不导电，因此不能通过电沉积直接沉积金属层。 因此，非金属镀覆的前提是工件表面获得一定的导电性以及如何保证镀层与金属基体良好的结合。 因此，镀前预处理成为整个电镀工艺的关键。 第二节 镀前处理 镀前处理 2.1 应力消除 应力消除过程主要针对塑料制品。 当设计不合理或加工成型不当时，塑料制品就会产生内应力，使涂层结合强度降低，出现裂纹，甚至脱落。 因此，塑料制品电镀前应消除内应力。 生产中常采用极性溶剂浸泡法来检查塑料制品是否存在内应力。 即将塑料制品浸泡在极性溶剂中，然后取出观察表面是否有细小的裂纹。 裂纹的存在表明内应力的存在，
3、裂纹越多、越粗，内应力越大。 表 10-1 列出了一些常用的塑料测试溶剂。 表 91 部分常用塑料的内应力测试溶剂 部分常用塑料的材料测试溶剂 内应力测试溶剂 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) 甲乙酮和丙酮的混合溶剂 2.2 除油除油的目的 去除残留在制品上的脱模剂和油污在成型、储存、运输过程中对产品表面进行粗化处理，保证下道工序中非金属制品表面能得到均匀粗化。 非金属材料的脱脂与金属相同。 脱脂可采用有机溶剂或碱性脱脂液。所用有机溶剂对非金属材料应无破坏作用，不应引起溶解、溶胀、龟裂或开裂。
4.、氧化等现象。 生产中常用的有乙醇、丙酮、甲醇、三氯乙烯等，所用的碱性脱脂液应含有表面活性剂，起到润湿、缓蚀作用。 溶液的温度不应超过塑料的粘性流态化温度，即不应引起塑料的塑性变形。 为了生产方便，塑料制品常采用钢件脱脂液，温度为5070℃。 表9-2列出了一些常用的除油工艺。 表 9-2 非金属材料脱脂工艺 非金属材料脱脂工艺 成分及操作条件 配方 123 氢氧化钠 NaOH/gL-1 碳酸钠/gL-1 磷酸钠/gL -1 焦磷酸钾/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、352.3表面粗化表面粗化的目的是提高零件表面的亲水性，形成适当的粗糙度，以保证涂层有良好的附着力。 它是决定涂层结合强度的关键工序。 由于粗化是一种获得光滑且疏水表面的工艺，因此主要用于生产中的塑料制品。 主要粗化方法有机械粗化、化学粗化和有机溶剂粗化。 主要粗化方法有机械粗化、化学粗化和有机溶剂粗化。 就提高涂层结合强度而言，粗化效果有：化学粗化、有机溶剂粗化、机械粗化。 工业生产中，应根据材料特性和生产条件，选择合适的粗化方法，有时也可以几种方法结合使用。 近年来，应用最广泛的ABS塑料不再采用机械粗化和有机溶剂粗化。
6、金属材料的种类很多，其电镀工艺也不同，但主要区别在于前处理中的粗化工艺。 因此，以目前使用最多的ABS塑料为例介绍粗化工艺，同时也适当给出其他非金属的粗化工艺。 2.3 敏化 敏化是继粗化之后的又一重要工序。 敏化处理是在非金属表面吸附一层易氧化物质，使其在活化处理过程中被氧化，在制品表面形成一层“催化膜”。 常用的敏化剂有二价锡盐和三价钛盐。 一般采用二氯化锡酸性溶液或二价锡络合碱性溶液。 表 93 敏化液组成及工艺条件 组成及工艺条件 12345 氯化亚锡 三氯化钛 酒石酸钾钠 金属锡带温度 时间 10100 1050 1 件 40 1件
7. 1棒3min2.5活化 活化处理是用含有银、钯、铂、金等催化活性金属的复合溶液对敏化工件表面进行再处理的过程，其目的是产生催化金属层在非金属表面作为化学镀过程中氧化还原反应的催化剂。 活化过程的实质是：当敏化的工件表面与含有贵金属离子的溶液接触时，这些金属离子很快被二价锡离子还原成金属颗粒，使其紧紧粘附在工件表面。 反应为： 2Ag Sn2 Pd2 Sn2 Sn4 Pd 这些具有催化活性的金属颗粒是化学镀的结晶中心，因此活化也称为“成核”。 3.1 概述 概述依赖于电解液的还原
8、用药剂将待镀金属离子还原成自催化表面的金属原子并形成镀层的过程称为化学镀。 (1)化学镀不使用电源，而是利用还原剂与被镀金属离子之间的电位差作为驱动力。 为了获得致密的涂层，使用络合剂来阻断还原过程并形成一定程度的极化。 同时，为了控制反应速度。 （2）化学不存在分散能力问题，也不存在电镀中经常出现的角效应等问题。 只要能与溶液接触，就可以获得质量一致的涂层。 (3)化学镀液中的还原剂和待镀金属离子需要不断补充。 3.2 化学镀镍化学镀镍可以使用多种还原剂，如硼氢化钾、次磷酸钠等。目前工业应用中常用的是次磷酸钠。 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广泛使用的化学镀镍液大致可分为酸性镀液和碱性镀液。
9、两种电镀液。 化学镀镍液的主要成分是可溶性镍盐、配合物、还原剂、缓冲剂、促进剂、稳定剂、润湿剂和光亮剂。 (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。 它在化学还原反应中起氧化剂的作用。 可用的选项包括硫酸镍、氯化镍、醋酸镍和氨基酸。 磺酸镍、次磷酸镍等。由于成本原因，大多采用硫酸镍作为主盐。 有足够的主盐以维持较高的沉积速率，以保证镍离子的充足供应，但也不宜过多。 镍含量大约在6g/L-10g/L范围内（在25g/L-45g/L范围内）。 合理的。 而且主盐与络合剂、主盐与增稠剂的比例都有一个合理的范围。 Ni2 与 H2PO2 的摩尔比应为 0
10至30.45之间（相当于约1:1的质量比）。 图9-1 镍离子浓度对沉积速率和磷含量的影响 1-沉积速率，2-磷含量 (2) 还原剂 还原剂 化学镀镍中，大多采用次磷酸钠作为还原剂。 它提供化学还原反应中还原镍离子所需的电子。 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率的影响 (3) 络合剂 为了稳定镀液，获得性能良好的化学镀镍层，必须使用络合剂。 选择合适的络合剂并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，还与络合物能与镍形成的配位键的数量有关。 通式中除主络合剂外，还配有其他辅助络合剂。不同品种
11、不同的络合剂以及络合剂的用量对化学镀镍的沉积速率影响很大（见图93）。 图 93：不同络合剂对沉积速率的影响。 不同络合剂对沉积速率的影响。 乳酸乙醇酸、甘氨酸、琥珀酸、水杨酸、邻苯二甲酸30g/10g/L。 合理选择络合剂和络合剂用量。 在相同条件下可以获得更高的涂层沉积速率。 此外，络合体系的适当选择也是镀液稳定性和镀液寿命延长的前提。 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盐不断积累，很容易产生亚磷酸镍（）的白色沉淀。 络合剂可以抑制亚磷酸镍的沉淀，提高镀液对亚磷酸盐的耐受性。 （4 4）缓冲液）化学镀镍过程中，缓冲液中含有镍
12、除了磷的沉淀外，还有氢离子的产生。 镀液的pH值会不断降低，不仅减慢沉积速度，而且影响镀层的磷含量。 因此，在化学镀镍溶液中，必须添加A缓冲剂。 通常，弱酸和弱酸盐或多元弱酸可以形成溶液体系。 （5）稳定剂）虽然良好的络合剂体系保证了化学镀镍液的稳定性，但往往由于镀液工作过程中其他不规范的操作因素，如局部过热（加热方法不当） ）、局部pH值过高（调整补充不当）、其他活化剂的进入或形成（镀液被污染或缺乏足够的连续过滤）等都会引发该局部区域自催化还原反应剧烈进行，然后迅速扩散，导致整个镀液自发分解。 因此，必须添加稳定剂。 稳定剂可以是某些重金属离子（如Pb2、Sn2、Cd2
13等），也可以是一些含氧酸根（如AsO2、IO3、BrO3、MoO42等），也可以是含磷化学物质（如硫脲、硫代硫酸盐、硫氰酸盐等）。 ），或者一些不饱和有机酸（如马来酸、亚甲基琥珀酸等）。 稳定剂可以在一定程度上防止镀液的自发分解。 但如果稳定剂过量，就会成为镀液的毒化剂，阻碍镀液的电镀。 表 94 稳定剂对化学镀镍液的影响 稳定剂含量/mgL 沉积速率 m/试验时间/s 空白 Pb2+KIO3 马来酸 富马酸 68 无限制 (6) 促进剂) 化学中的促进剂 镍镀液中能增加的成分镍沉积速率称为加速器。 其作用机制是激活次磷酸根离子并促进其释放原子氢。 一些有机酸是化学镀溶液良好的络合剂和促进剂。 其加速效果如表9-5所示。 9-5 (7)其他辅助成分)化学镀镍液中有时会添加其他辅助成分以减少针孔，并添加光亮剂以提高镀层的亮度。 润湿剂和电镀液的选择常用的气雾剂有十二烷基硫酸钠和十二烷基硫酸钠。 光亮剂有邻甲苯磺酰胺、苯二磺酸钠、萘磺酸钠、糖精、镉盐等。在不同络合体系的镀液中，光亮剂的用量必须通过实验确定。