ABS塑料化学镀铜工艺

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【工艺开发】
ABS 塑料化学镀铜工艺
余晓皎1，张洵亚1，范薇2，余中1
（1.西安理工大学理学院，水利水电学院，陕西 西安 710048；2.开封大学化学化工学院，河南 开封 475004）
摘 要：介绍了ABS 塑料表面化学镀铜的工艺流程，讨论了粗化温度和时间、敏化和活化时间、硫酸铜质量浓度、甲醛体积浓度、酒石酸钾钠质量浓度、镀液温度和镀液pH 对镀层质量以及化学镀铜沉积速率的影响。

确定了最佳工艺条件为15 ~ 20 g/L 硫酸铜、15 mL/L 甲醛、14 g/L 酒石酸钾钠，镀液温度为323 K ，镀液的pH 为11 ~ 12。

扫描电镜表明，所得镀层均匀、光亮，结合力好。

关键词：ABS 塑料；化学镀铜；工艺条件 中图分类号：TG178
文献标示码：A
文章编号：1104 – 227X (2007) 05 – 0010 – 03
Technology of electroless copper plating on ABS plastics ∥ YU Xiao-jiao, ZHANG Xun-ya, FAN Wei, YU Zhong
Abstract: The process flow of electroless copper plating on ABS plastics was introduced, and the effects of roughening temperature and time, sensitizing and activating time, contents of copper sulfate, formaldehyde, potassium sodium tartrate, temperature and solution pH on electroless plating rate and qualities of electroless plating layer were discussed. The optimal technological conditions of electroless copper deposition are determined as follows: 15 ~ 20 g/L copper sulfate, 15 mL/L formaldehyde, 14 g/L potassium sodium tartrate, temperature 323 K and pH of plating solution 11 ~ 12. The SEM photo shows that the plating layer is even and bright and has good adhesion.
Keyword: ABS plastics; electroless copper plating; technological conditions
First-author’s address: Faculty of Sciences, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China
1 前言
ABS 塑料具有强度高、刚性好、耐高温、加工成
型性好、尺寸稳定、外观质量好等良好的综合性能，
ABS 塑料电镀制品既保持了塑料的特点，又具有金属
的装饰性、导电性、导磁性和可焊性，电镀后的塑料制品的表面机械强度提高，寿命延长，因此被广泛应用于汽车、摩托车、电子工业及日用品工业[1]。

随着社会经济的发展及塑料电镀制品越来越广泛的应用，对塑料电镀制品的生产和质量要求也越来越高，这就需要发展和应用可靠先进的塑料电镀技术，改进塑料电镀工艺，生产高品质塑料电镀制品[2]。

ABS 塑料表面金属化的关键是前处理中的活化工艺和化学沉积工艺，目前研究和应用较多的是钯盐活化[3-5]，但无论是采用钯盐活化还是硝酸银活化，都存在一定的缺点，如镀液稳定性差，镀层质量不稳定等，虽然钯盐活化要比硝酸银活化好一些，但成本也较高。

本实验对ABS 塑料化学镀铜工艺进行了研究，以期提高镀液的稳定性与镀层质量，结果较为理想。

2 实验部分
2. 1 主要试剂与仪器
硫酸铜、甲醛、三氧化铬、柠檬酸三钠、酒石酸钾钠、硝酸银（以上试剂均为西安化学试剂厂生产），二氯化锡（天津市丽区泰兰德化学试剂厂生产），实验所用试剂均为化学纯。

稳压直流电源（惠萍高教电子仪器厂），加热套（河北省黄骅市新兴电器厂），CJ-1磁力搅拌器（北京医用离心机厂），pHS-3C 型数字酸度离子计（上海康仪仪器有限公司）等。

2. 2 工艺流程
在ABS 塑料表面化学镀铜，其工艺流程为：ABS 塑料件─去除应力─化学除油─水洗─粗化─水洗─第一次还原─水洗─敏化─水洗─活化─第二次还原─水洗─化学镀铜。

2. 3 主要工艺条件 2. 3. 1
粗化
380 ~ 430 g/L 三氧化铬，400 ~ 440 g/L 硫酸，温度328 ~ 338 K ，时间20 ~ 30 min 。

收稿日期：2006–11–22
作者简介：余晓皎（1966–），女，河南平舆人，副教授，在读博士，主要研究方向为物质分离及表面处理。

作者联系方式：(Email) yxjw@ 。

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2. 3. 2
敏化
20 ~ 30 g/L 二氯化锡，40 ~ 50 mL/L 盐酸（w = 37%），温度288 ~ 308 K ，时间10 ~ 20 min 。

2. 3. 3
活化
3 ~ 8 g/L 硝酸银，5 ~ 10 mL/L 氨水（w = 25%），温度288 ~ 308 K ，时间5 ~ 10 min 。

2. 3. 4
化学镀铜
10 ~ 15 g/L 硫酸铜，13 ~ 14 g/L 酒石酸钾钠，10 ~ 20 mL/L 甲醛（w = 36% ~ 38%），pH 11 ~ 12，温度318 ~ 323 K ，时间10 ~ 20 min 。

3 结果与讨论
3. 1 粗化温度与时间的选择
粗化工艺条件选择三氧化铬质量浓度为380 g/L ，硫酸质量浓度为400 g/L ，改变粗化温度。

结果表明，粗化温度越高粗化时间越短。

这是因为升高温度可以加快反应速度，使塑料表面从憎水体变为亲水体，从而缩短粗化时间，但温度过高会增加粗化液的挥发，且不利于操作。

因此，选择粗化温度为328 K ，粗化时间为25 min 。

在此条件下粗化后的工件无光亮、润湿、无白色霜状，且粗化液较稳定。

3. 2 敏化时间的选择
敏化工艺条件选择二氯化锡质量浓度为20 g/L ，盐酸（w = 37%）体积浓度为45 mL/L ，改变敏化液温度与敏化时间。

结果表明，在288 ~ 308 K 范围内，敏化温度对敏化时间及镀层性能影响不大，而敏化时间对镀层质量影响较大。

本实验选择敏化时间为15 min 。

在此条件下所得金属镀层均匀、光亮，表面金属层结合力好，达到镀层质量标准。

3. 3 活化时间的选择
活化工艺条件选择硝酸银质量浓度为6 g/L ，氨水（w = 25%）体积浓度为8 mL/L ，活化温度为288 ~ 308 K ，改变活化时间。

结果表明，随着活化时间的增加，镀层的性能及外观质量逐渐转好，但时间超过10 min 后，镀层没太大的改变。

这是因为活化是在塑料表面上吸附一定量的活化中心银，以催化后续的化学镀。

本实验选择活化时间为10 min ，在此条件下，镀层的外观质量及性能较好。

3. 4 硫酸铜质量浓度对铜沉积速率的影响
在最佳前处理工艺条件下，选择甲醛体积浓度为15 mL/L ，酒石酸钾钠质量浓度为14 g/L ，温度为323 K ，时间为20 min ，镀液的pH 为11，改变硫酸铜质量浓度，结果如图1所示。

由图1可以看出，随着硫酸铜质量浓度的升高，沉积速度加快，但当其增加到18 g/L
后，沉积速率增加缓慢。

实验发现，当溶液中硫酸铜质量浓度超过25 g/L 时，镀液稳定性明显变差。

因此，本实验选择硫酸铜质量浓度为15 ~ 20 g/L 。

图1 硫酸铜质量浓度对铜沉积速率的影响
Figure 1 Effect of copper sulfate content on electroless copper
deposition rate
3. 5 甲醛体积浓度对铜沉积速率的影响
在3.4工艺条件下，选择硫酸铜质量浓度为15 g/L ，改变甲醛体积浓度，结果如图2所示。

从图2可以看出，随着甲醛体积浓度的增加，铜的沉积速率增大，当其超过15 mL/L 时，铜的沉积速率增加较小，因此，本实验选择甲醛体积浓度为15 mL/L 。

图2 甲醛体积浓度对铜沉积速率的影响
Figure 2 Effect of formaldehyde content on electroless copper
deposition rate
3. 6 酒石酸钾钠质量浓度对铜沉积速率的影响
在3.5工艺条件下，选择甲醛体积浓度为15 mL/L ，改变酒石酸钾钠的质量浓度，结果如图3所示。

由图3可以看出，随着酒石酸钾钠质量浓度的增加，铜的沉积速率增大，但当其超过14 g/L 时，镀液稳定性下降，沉积速率也下降，因此，本实验选择酒石酸钾钠质量浓度为13 ~ 14 g/L 。

图3 酒石酸钾钠质量浓度对铜沉积速率的影响 Figure 3 Effect of potassium sodium tartrate content on
electroless copper deposition rate
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3. 7 化学镀液pH对铜沉积速率及镀层质量的影响
在3.6工艺条件下，选择酒石酸钾钠质量浓度为
14 g/L，改变镀液的pH，结果如表1和图4所示。

结
果表明，随着镀液pH的升高，铜沉积速率增大。

实
验发现，当镀液pH超过12时，镀层粗糙疏松易溶解，
因此，本实验选择化学镀液的pH为11 ~ 12。

表1 化学镀液pH对镀层性能的影响
Table 1 Effect of pH on the performance of electroless layer
pH 结果
9 ~ 10 表面不能形成金属层
10 ~ 11 表面不能均匀形成金属层
11 ~ 12 镀层均匀细致结合力强
12 ~ 13 镀层易溶解
图4 pH对铜沉积速率的影响
Figure 4 Effect of pH on electroless copper deposition rate
3. 8 温度对铜沉积速率的影响
在3.7工艺条件下，选择镀液的pH为11，改变镀
液温度，结果如图5所示。

随着镀液温度的升高，铜
沉积速率大大提高。

实验发现，当温度高于328 K时，
镀液稳定性急剧下降，镀层粗糙疏松，因此，本实验
选择镀液温度为318 ~ 323 K。

图5 温度对铜沉积速率的影响
Figure 5 Effect of temperature on electroless copper
deposition rate
3. 9 化学沉积铜表面结构及元素分析
在上述最佳工艺条件下，对ABS塑料表面经过化
学沉积和电沉积后的式样进行扫描电镜分析，结果如
图6和图7所示。

由图6可以看出ABS塑料经过化学
沉积铜后，其表面扫描电镜显示有铜的沉积，由于是
化学沉积，塑料表面铜的沉积有较大颗粒存在；图7
显示出化学沉积表面主要元素为金属铜，其中含有少
量的非金属元素氧、硫和氯及金属元素镍，这主要是
由于在前处理后没有清洗彻底被带进溶液后随铜沉积
到塑料表面。

图6 化学沉积铜表面结构SEM图
Figure 6 SEM diagram of surface structure surface state of
electroless copper
图7 化学沉积铜表面元素分析
Figure 7 Surface elemental analysis of electroless copper
4 结论
由以上实验结果可以得出ABS塑料表面化学镀
铜的最佳工艺条件为：粗化温度为328 K，粗化时间
为25 min；敏化、活化时间分别为15 min、10 min；
化学镀液中硫酸铜质量浓度为15 ~ 20 g/L，甲醛体积
浓度为15 mL/L，酒石酸钾钠质量浓度为14 g/L，镀
液温度为323 K，镀液的pH为11 ~ 12。

扫描电镜图
表明，ABS塑料表面较均匀沉积金属铜，在此条件下
所得工件的金属镀层均匀、光亮，表面金属层结合力
好，经检测达到有关国家标准。

参考文献：
[1] MIDDEKE H J. Plating on Plastics Part I—History, application of metal
plated plastics, kinds of plastics [J]. 电镀与涂饰, 2005, 24 (1): 35-39.
[2] 何长林. 提高塑料电镀质量的认识[J]. 电镀与涂饰, 2003, 22 (3):
53-56.
[3] 郭伟荣, 曾鑫, 项昕. ABS塑料胶体钯–化学镍电镀前处理工艺[J]. 材
料保护, 2003, 36 (7): 48-49.
[4] 吴连波, 张伟. 塑料的金属化工艺[J]. 吉林工学院学报, 2002, 23 (1):
27-30.
[5] 王桂香, 李宁, 黎德育. 塑料电镀的活化工艺[J]. 电镀与环保, 2004,
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[ 编辑：吴杰 ]。