化学镀工艺流程详解.doc

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1、化学镀工艺流程化学镀是一种在无电流通过的状况下，金属离子在同一溶液中复原剂的作用下通过可控 制的氧化复原反响在具有催化外表(催化剂一般为钯、银等贵金属离子)的镀件上复原成金属， 从而在镀件外表上获得金属沉积层的过程，也称自催化镀或无电镀。化学镀最突出的优点是 无论镀件多么简洁,只要溶液能深入的地方即可获得厚度均匀的镀层,且很简洁把握镀层厚度。与电镀相比，化学镀具有镀层厚度均匀、针孔少、不需直流电源设备、能在非导体上沉积和 具有某些特别性能等特点；但化学镀镀层质量不很好，厚度上不去，且可镀的品种不多，故 主要用于不适于电镀的特别场合。近年来, 化学镀技术得到了越来越广泛的应用，在各种非金属纤维、

2、微球、微粉等粉体材料上施镀成为争辩的热点之一；用化学镀方法可以在非金属纤维、微球、微粉镀件外表获得完整的格外薄而均匀的金属或合金层，而且镀层厚度可依据需要确定。这种金属化了的非金属纤维、微球、微粉镀件具有良好的导电性，作为填料混入塑料时能获得较好的防静电性能及电磁屏蔽性能,有可能局部取代金属粉用于电磁波吸取或电磁屏蔽材料。美国国际斯坦 福争辩所承受在高聚物基体上化学镀铜来研制红外吸取材料。毛倩瑾等承受化学镀的方法对空心微珠进展外表金属化改性争辩,觉察改性后的空心微珠具有较好的吸波性能，可用于微 波吸取材料、轻质磁性材料等领域。化学镀所需仪器:电热恒温水浴锅； 8522 型恒温磁力搅拌器控温搅拌

3、；增力电动搅拌机。 化学镀工艺流程：机械粗化化学除油水洗化学粗化水洗敏化水洗活化水洗解胶水洗化学镀水洗枯燥镀层后处理。1 化学镀预处理需进展化学镀的镀件一般不溶于水或者难溶于水。化学镀工艺的关键在于预处理，预处理的目的是使镀件外表生成具有显著催化活性效果的金属粒子，这样才能最终在基体外表沉积金属镀层。由于镀件微观外表凸凹不平,必需进展严格的镀前预处理,否则易造成镀层不均匀、密着性差,甚至难于施镀的后果。1.1 化学除油镀件材料在存放、运输过程中难免沾有油污，为保证预处理效果，必需首先进展除油处理，去除其外表污物，增加基体外表的亲水性，以确保基体外表能均匀的进展金属外表活化。化学除油试剂分有机除

4、油剂和碱性除油剂两种；有机除油剂为丙酮(或乙醇)等有机溶剂，一般用于无机基体如鳞片状石墨、膨胀石墨、碳纤维等除油；碱性除油剂的配方为：NaOH： 80g/l，Na2CO3(无水)：15g/l，Na3PO4：30g/l，洗洁精：5ml/l，用于有机基体如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等除油；无论使用哪种除油试剂，作用时都需要进展充分搅拌。1.2 化学粗化化学粗化的目的是利用强氧化性试剂的氧化侵蚀作用转变基体外表微观外形，使基体表 面形成微孔或刻蚀沟槽,并除去外表其它杂质，提高基体外表的亲水性和形成适当的粗糙度， 以增加基体和镀层金属的结合力,以保证镀层有良好的附着力。粗化是影响镀层附着力大小 的很关

5、键的工序，假设粗化效果不好，就会直接影响后序的活化和化学镀效果。化学粗化试剂 的配方为：CrO3：40g/l，浓 H2SO4：35g/l，浓 H3PO4(85%)：5g/l。化学粗化的本质是对基体外表的轻度腐蚀作用；因此，有机基体承受此处理过程，无机基体因不能被粗化液腐蚀而 不需此处理。1.3 敏化敏化处理是使粗化后的有机基体 (或除油后的无机基体)外表吸附一层具有复原性的二价锡离子 Sn2+ ，以便在随后的活化处理时，将银或钯离子由金属离子复原为具有催化性能的银或钯原子。敏化液配方为：SnCl22H2O：20g/l，浓 HCl：40ml/l，少量锡粒；参与锡粒的目的是防止二价锡离子的氧化。1

6、.4 活化活化处理是化学镀预处理工艺中最关键的步骤, 活化程度的好坏，直接影响后序的施镀效果。化学镀镀前预处理的其它各个工序归根结底都是为了优化活化效果，以保证催化剂在镀件外表附着的均匀性和选择性,从而打算化学镀层与镀件基体的结合力以及镀层本身的连 续性。活化处理的目的是使活化液中的钯离子 Pd2+ 或银离子 Ag离子被镀件基体外表的Sn2+ 离子复原成金属钯或银微粒并紧附于基体外表，形成均匀催化结晶中心的贵金属层, 使化学镀能自发进展。目前,普遍承受的活化液有银氨活化液和胶体钯活化液两种；化学镀铜比较简洁，用银即能催化；化学镀钴、化学镀镍较困难，用银不能催化，必需使用催化性强的贵金属如钯、铂

7、等催化。银氨活化液配方为：AgNO3：20g/l，浓NH3H2O：适量。胶体钯活化液本质上是不易溶于水的氯化钯被过量的氯离子络合所形成的水溶 性 PdCl4 2 - 络离子溶液；胶体钯活化液配方为：SnCl22H2O：100g/l，浓 HCl：400ml/l， Na2SnO33H2O：14g/l，PdCl2：2g/l，浓Hcl：200ml/l；胶体钯活化液对化学镀铜、镍和钴等均有良好的催化作用，而且溶液比较稳定，可以反复使用。1.5 解胶镀件基体经过胶体钯活化后，外表吸附的是以钯原子为核心的胶团，为使金属钯能起催化作用，需要将吸附在钯原子四周的二价锡胶体层去除以显露出活性钯位置，即进展解胶处理

8、。解胶处理一般承受体积浓度 100mL/L 的盐酸在 4045处理 0.51min，或用 2025g/L的醋酸钠溶液常温下处理 10min。2 化学镀化学镀镀液一般由主盐、复原剂、络合剂、缓冲剂组成；对某些特别材料的镀件施镀时镀液中还需要添加稳定剂、外表活性剂等功能添加剂。主盐与复原剂是获得镀层的直接来 源, 主盐供给镀层金属离子，复原剂供给复原主盐离子所需要的电子。主盐。主盐即含镀层金属离子的盐。一般状况下，主盐含量低时沉积速度慢、生产效率较低；主盐含量高时沉积速度快，但含量过大时反响速度过快，易导致外表沉积的金属层粗糙，且镀液易发生自分解现象。复原剂。复原剂是供给电子以复原主盐离子的试剂。

9、在酸性镀镍液中承受的复原剂 主要为次磷酸盐,此时得到磷合金；用硼氢化钠、胺基硼烷等硼化物作复原剂时可得硼合金； 用肼作复原剂,可获得纯度较 高的金属镀层。正常状况下，次磷酸钠的加人量与主盐存在以下关系(Ni2+)/(H2PO2-)=0.31.0。复原剂 含量增大时，其复原力气增加，使得溶液的反响速度加快；但是含量过高则易使溶液发生自分解，难于把握,获得的镀层外观也不抱负。络合剂。络合剂的作用是通过与金属离子的络合反响来降低游离金属离子的浓度， 从而防止镀液因金属离子的水解而产生自然分解，提高镀液的稳定性。但需要留意的是，络 合剂含量增加将使金属沉积速率变慢, 因此需要调整较适宜的络合剂浓度。化

10、学镀常用的络合剂有柠檬酸、乳酸、苹果酸、丙酸、甘氨酸、琥珀酸、焦磷酸盐、柠檬酸盐、氨基乙酸等。 一般碱性化学镀镍溶液使用的络合剂有焦磷酸盐、柠檬酸盐和铵盐等；承受柠檬酸钠和氯化铵作为络合剂，其添加量为镍盐总量的 1.5 倍左右。碱性化学镀铜溶 液一般承受酒石酸钾钠作为络合剂, 生成Cu (C4H4O6) 3 4- 络合离子, 阻挡了铜离子在介质中生成 Cu (OH) 2 沉淀及 Cu (OH) 2 在镀层中的夹杂, 从而保持镀液稳定，提高镀层质量。缓冲剂。缓冲剂的作用是维持镀液的pH 值，防止化学镀过程中由于大量析氢所引起的 pH 值下降。稳定剂。稳定剂的作用是提高镀液的稳定性，防止镀液在受到

11、污染、存在有催化活性 的固体颗粒、装载量过大或过小、pH 值过高等特别状况下发生自发分解反响而失效。稳定剂参与量不能过大，否则镀液将产生中毒现象失去活性，导致反响无法进展，因此需要把握 镀液中稳定剂的含量在最正确添加量范围。 常用的稳定剂有重金属离子，如 Pb2 + ，Bi2+， Pd2+，Cd2+ 等；含氧酸盐和有机酸衍生物，如钼酸盐，六内亚甲基四邻苯，二甲酸酐，马来酸等；硫脲；KIO3。一般对酸性化学镀镍溶液Pd2+ 作为稳定剂时，其添加量为每升只有几毫克，而碱性化学镀镍中它的添加量较大。外表活性剂。粉末、颗粒、纤维状的镀件材料单体质量差异较大，加人到化学镀溶液中后，轻质的漂移于镀液外表，

12、较重的沉降于底层，即使充分搅拌也难以充分分散于镀液中， 影响施镀效果；需要在镀液中添加适量的阴离子或非离子外表活性剂。加人外表活性剂可提 高镀液对基体的浸润效果，使粉末、颗粒、纤维状镀件很好地分散于镀液中，形成比较稳定 的悬浮液。外表活性剂的浓度在确定程度上直接影响粉末、颗粒、纤维状镀件外表上金属镀 层的性能。外表活性剂含量过高时生产本钱较高，且会产生较大的泡沫，较大的泡沫会吸附 粉末、颗粒、纤维状的镀件材料导致化学镀难以进展，尚需再适当加人消泡剂。外表活性剂含量过低则会影响其在粉体外表的吸附,达不到充分浸润的效果，导致镀件外表活化程度降 低，使金属难以沉积在镀件外表；一般状况下，外表活性剂添

13、加量为镀液总质量的0.10.15% 为宜。常用的外表活性剂有 6501 净洗剂、烷基苯磺酸盐，烷基磺酸盐，十二烷基脂肪酸盐， 十二烷基脂肪酸盐+ 醋酸钠，AES, TX-9 和 TX-10 等。外表活性剂的类型和混合比例对粉末、颗粒、纤维状的镀件材料外表化学镀的效果也有很大的影响。2.1 化学镀铜化学镀铜液承受硫酸铜作主盐, 以甲醛为复原剂, EDTA 二钠盐和酒石酸钾钠组成的双络合剂体系, 稳 定剂主要由亚铁氢化钾和, -联吡啶组成；该体系具有稳定性好、使用寿命长、操作温度宽、本钱低等特点。化学镀铜优化后的工艺参数为：镀液配方为 KNaC4H4O6 4H20：40g/l，NaOH：9g/l，

14、Na2CO3 ：42g/l，CuSO45H20：14g/l，NiCl2：4g/l，HCHO(37%)： 53ml/l；pH=1213NaOH 溶液调整)；温度为(602) ； 装载量为 6.710dm2 / L；搅拌方式为电磁搅拌。镀覆完毕抽虑，用去离子水清洗，在真空枯燥箱中烘干。试验结果说明， 该配方镀覆速度快，镀层性能好；配方的作用原理是铜离子与甲醛的氧化复原反响:Cu2+ + 2HCHO + 4OHCu2HCOO 2H2O+H2除主反响外，还发生副反响:2HCHOOHCH3OH + HCOO2Cu2+ + HCHO + 5OHCu2O+ HCOO + 3H2O Cu2O + H2OCu

15、+ Cu2+ + 2OH 2.2 化学镀镍化学镀镍溶液分为酸性和碱性两种，在酸性镀液中生成的是高磷非磁性镀层酸性条件 下的化学镀镍温度一般为 8595，而在碱性镀液中生成的是低磷磁性镀层，适合用于吸波材料。碱性化学镀镍溶液具有格外好的均镀力气，镀层结合力高。优化后的碱性化学镀镍 镀液的配方为: NiSO47H2O：20g/l，NaH2PO2H2O：30g/l，Na3C6H5O72H2O：10g/l，NH4Cl： 30g/l；pH 值：8.59.5浓氨水调整。配方的作用原理主要是镍离子与次亚磷酸根离子发生的氧化复原反响:Ni2+ + H2PO2 + H2OHPO32 + 3H+ Ni H2PO2

16、 H2OH+ + HPO32 + H2局部次亚磷酸根离子被氢原子复原成磷夹杂在镀层中：H2PO2 + HP + H2O + OH 2.3 化学镀钴碱性化学镀钴镀液配方为：CoCl26H2O：7g/l，NaH2PO2H2O：9g/l，Na3C6H5O72H20： 90g/l，NH4Cl：45g/l；pH 值:7.78.4浓氨水调整,温度 75。碱性化学镀钴的作用原理与碱性化学镀镍类似。墨结合良好。外表形貌的观看:日立 S-450 型电子扫描显微镜;X 射线能谱仪成分成分图 6 是 X 射线能谱分析图, 外表金属层分析:D/MAX-3C 型，X- Ray 衍射仪; 为了确定化学镀银层是否完整，利用

17、X 射线衍射仪分析空心微珠金属化表层，结果见图 1.比照标准图谱，可以确定各衍射峰值正好为纯金属单质银的特征峰值.测试结果说明， 微珠外表包覆了完整的金属银层，铜被完全包覆。X 射线衍射仪晶体构造晶体构造进展了表征镀层 Ni 的晶体构造为面心立方构造,与单质镍相像。图 7 是 X 射线衍射分析图。从图 7 可以看出,产物的衍射图与单质镍的标准谱图(04 - 0850) 格外相像,在 2为 44140、51112、76118消灭 3 个衍射峰,它们分别是Ni (111) 面、Ni (200) 面、Ni (220) 面的峰,说明镀层 Ni 的晶体构造为面心立方。表 4 为相应的元素分析结果(扣除金

18、) ;表 4 的元素分析结果显示,镀层中 Ni 的摩尔分数到达 9812174 % ,说明包覆比较完整;但还消灭了 Si 、K、Ca 的小峰,这是由于电子束射入的深度为镀层外表 1m 以下,有些地方镀层较薄,所以能谱图上消灭了载体- 空心玻璃微球所含有的元素。用扫描电镜和电子探针的方法观看粉末试样的截面(图 4) ,可知镀层与基体的界面存在锯齿状的铜碳过渡层,结合良好,铜碳界面相溶性得到改善。表征量：微珠涂层电磁屏蔽效能测试 :测试标准 SJ 20524-1995;涂层吸波效能测试 :测试标准SJ2023 5-92.3 化学镀工艺参数对镀层的影响影响镀液性能和镀层质量的主要因素有镀液组成及镀液

19、pH 值、镀覆温度等，当转变主盐、复原剂的浓度以及温度、装载量时,化学镀镀层外观、镀速和镀液稳定性将发生较大变 化。4.1 镀液 pH 值镀液 pH 值是最重要的反响把握条件；pH 值过低复原剂复原力气不强, 金属沉积速度慢；但过分提高 pH 值会加速复原剂的自然分解,副反响增多, 产生金属的氢氧化物沉淀变浑浊， 缩镀液使用寿命，也会减缓金属沉积速度。镀液 pH 值可用氢氧化钠、盐酸或者浓氨水调整。4.2 镀覆温度温度是影响镀速的重要工艺参数。化学镀 Cu 的适宜温度为 15 35, 过低反响变慢, 过高会使镀液的稳定性下降.试验说明，因此应严格把握温度范围。在其他条件不变的状况下，温度对沉积

20、速度影响很大，温度愈高，沉积速度愈快。但温度大于 30时，镀液会发生自分解；温度过低时化学镀几乎不能进展。温度过高会大大降低镀液稳定性,尤其当加热 不均匀、温度变化大且 pH 值偏高时更为严峻,故施镀过程中要求强力搅拌。温度低于 80 时,随着温度的增加,镀层厚度和沉积速率均增加;但温度超过 80 时,镀液稳定性下降,开头自分解,有单质铜析出,按镀层厚度计算的镀速便减小。假设温度波动过大，将影响碳粉与镀层 的结合强度。温度的影响：碱性化学镀镍由于配方不同，温度凹凸也不一样，要依据被镀材 料类型选取工作温度。对石墨粉末而言，溶液温度上升确实能提高反响速度和沉积速度，但 是，由于石墨粉末和碳纤维粒

21、径小，质量轻，反响速度高会使其漂在溶液外表，造成单分子颗粒外表镍沉积不均匀现象，因此，本试验温度不能过高。经过屡次比照试验，确定温度应把握在不大于 40，使反响能较缓慢地进展。4.3 搅拌间歇时间、搅拌速度由于石墨粉末格外细，颗粒只有5 一 20 um，因此，搅拌速度过小时，它易在溶液外表聚拢成团，不易分散，影响单分子镀覆效果;搅拌速度过大，虽然可以使材料充分分散于溶 液中，但同样会影响镍的沉积，而且还会加速镀液的自然分解，因此，搅拌速度一般把握在350 一 400 r/min o试验说明，假设搅拌时间间歇太长，则碳粉易结块和粘在槽底；假设搅拌时间间歇太短，则碳粉与镀层结合不好，铜易从碳粉外表

22、脱落，同时导致镀层致密性下降。本试验搅拌时间间 歇以 5 分钟为宜。施镀时，承受电磁搅拌方式，搅拌速度把握在200 一 300 r/min o3设计了一套较为简洁的化学镀设备,该装置转变了传统化学镀的搅拌方式,使陶瓷颗粒的大局部时间处于悬浮状态. 改善了传统搅拌方式引起的氢气难以逸出、颗粒长时间与槽底部接触,简洁在槽底沉积镍层,降低镀液稳定性差等问题.4.4 镀件基体装载量粉末、颗粒、纤维状镀件基体进展化学镀时，镀件添加于镀液中的装载量必需严格把握。 装载量小生产效率低，过低的装载量还易导致镀液自分解。随着镀件装载量的上升，施镀面 积增大，镀液负担加重，反响趋缓；添加量过大时，不但易造成单分子

23、镀覆效果低，还会加速镀液的自然分解。因此，一般其添加 量把握在质量 1520g/L或体积 6.710dm2 /L 范围内为宜。4.5 镀件单体粒径 粉末、颗粒、纤维状镀件基体较大的比外表积使镀液不稳定，不同粒度镀件所导致的镀液不稳定性程度不同，因此针对不同粒度镀件的镀覆反响温度也相应变 化。一般而言，镀件粒度越细则其比外表积越大，导致镀液越不稳定，镀液分解温度越低， 则施镀温度也就相应越低。在同一温度下，镀件具有的巨大比外表能使镀液的自催化反响的 驱动力增大，化学反响更易发生，因而其镀速也因液固界面面积增大而加快；镀件粒度越细， 镀速越快，但镀层色泽差；镀件粒度下降，还会造成镀层掩盖率95%左右,无镀层为 2 % 5 %左右,镀层厚度为 2. 53m。下降；镀层磷含量随 pH 值增大而降低。