实验四 塑料化学镀铜

实验四塑料化学镀铜

一、实验目的

1.了解塑料电镀铜的基本原理；

2.掌握塑料电镀铜的工艺过程；

3.掌握配方条件对镀层质量的影响

二、实验原理

我们知道，绝大部分塑料都是绝缘体，不能在塑料上进行电镀；若要电镀，必须对塑料制件的表面进行金属化处理——即在不通电的情况下给塑料制件表面涂上一层导电的金属薄膜，使其具有一定的导电能力，然后再进行电镀。

塑料制件金属化的方法很多，如真空镀膜、金属喷镀，阴极溅射、化学沉淀等。这些方法中比较行之有效的是化学沉淀法，因而它在化学工业生产中得到广泛应用。

利用化学沉积法进行塑料化学镀的现行工艺通常由下列各步组成：

塑料制件的准备—除油—粗化—敏化—活化—化学镀。

以下是各步骤的详细说明。

1、除油

塑料制件表面除油目的在于使表面能很快地被水浸润，为化学粗化做好准备。除油的方法又有有机溶剂除油、碱性化学除油和酸性化学除油等，我们采用常用的碱性化学除油法。

2、粗化

塑料作粗化处理目的在于在塑料表面造成凹坑、微孔等均匀的微观粗糙状况，以保证金属镀层与塑料表面具有较好的结合力。粗化的方法有两种：即机械粗化和化学粗化。由于机械粗化有一定的局限性而很少使用，通常都采用化学粗化。例如对ABS塑料，化学粗化处理一般用硫酸和铬酸的混合溶液来侵蚀，使塑料表面的丁二烯珠状体溶解，留下凹坑，形成微观粗糙，同时还增加了表面积，通过红外光谱检测，还发现化学粗化过的表面存在着活性基团如—COOH，—CHO，—OH等，这些基团的存在也会增加镀层与基体的结合力。

3、敏化

敏化就是在经粗化后的塑料表面上吸附上一层容易被还原的物质，以便在下一道活化处理时通过还原反应，使塑料表面附着一层金属薄层。最常用的敏化剂是氯化亚锡，现在认为敏化过程的机理是当塑料制品经敏化处理后，表面吸附了一层敏化液，再放入水洗槽中时，由于清洗水的PH值高于敏化液而使2价锡发生水解作用。

SnCl2+H2O Sn(OH)Cl+HCl

SnCl2+2H2O Sn(OH)2+2HCl

Sn(OH)Cl+Sn(OH)2Sn(OH)3Cl

Sn(OH)3Cl是一种微溶于水的凝胶状物质，会沉积在塑料表面，形成一层几十埃到几千

埃的凝胶物质。

4、活化

活化处理就是在塑料工件上产生一层具有催化活性的贵金属，如金、银、钯等，以便加速后面要进行的化学沉积速度。活化好坏决定化学镀的成败。活化的原理是让敏化处理时塑料表面吸附的还原剂从活化液中还原出一层贵金属来。最常用的活化液是硝酸银型的。当敏化过的工件浸入硝酸银溶液中时，发生反应如下：

Sn2+ + 2Ag+→Sn4+ + 2Ag↓

5、化学镀铜

化学镀是利用化学还原的方法在工件表面催化膜上沉积一层金属，使原来不导电的塑料表面沉积薄薄的一层导电的铜或镍层，便于随后进行电镀各种金属。化学镀是塑料电镀前处理的一道关键工序，切不可疏忽大意。常用的化学镀的原理是：在硫酸铜溶解中加入碱，生成氢氧化铜：

C uSO4+2N aOH C u(OH)2+N a2SO4

当溶液中同时存在酒石酸钾钠时，则会生成酒石酸铜络合物：

Cu(OH)2+NaKC4H4O6NaKCuC4H2O6+2H2O

在溶液中加入甲醛后，铜的络合物被还原分解生成氧化亚铜：

2NaKCuC4H2O6+HCHO+NaOH+H2O CuO2+2NaKC4H4O6+HCOONa

然后工件上的催化银膜进一步使氧化亚铜或络离子中的2价铜离子直接还原为铜。逐步形成覆盖工件表面的铜层：

NaKCuC4H2O6+HCHO+NaOH Cu+HCO2Na+NaKC4H4O6

当塑料表面形成一层有一定厚度的紧密的化学镀金属层后，就可以像金属电镀一样，在它们上面进行常规的电镀处理了。

由上述讨论可见，塑料化学镀的工艺过程是比较复杂的，而且每一步处理的好坏都影响镀层的质量，在实验中每一步都必须严格按规定的工艺条件操作。最后还要说明的是，不是所有的塑料都能进行化学镀，目前可镀的有ABS、聚丙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚苯乙烯、聚乙烯等。最常用的的是ABS。

三、仪器与试剂

1、仪器: 烧杯、玻璃棒、镊子、电热套等；

2、试剂：有机除油液（实验室没有充足的药品可配制化学除油液）；

化学粗化液：重铬酸钾12g；硫酸28ml；Al3+10mg。——暗红色溶液

敏化液：氯化亚锡1.0g；盐酸5ml；锡粒几颗。——白色固体悬浮液

活化液：硝酸银1.5g；氨水0.7ml(1滴)——灰色固体悬浮液

化学镀铜液：酒石酸钾钠4.3g；氢氧化钠1.0g；硫酸铜1.0g；甲醛10ml（化

学镀前临时加入）——蓝色溶液

ABS塑料制品(纽扣)若干。

四、实验内容

1、配制上述各溶液100ml。

3、取ABS塑料制品（镀件），放在除油液中浸泡35分钟；

4、取出镀件洗净后，放入70℃的粗化液中粗化70分钟；

5、用水洗净镀件，不挂水珠（说明粗化效果良好），放入常温的敏化液中敏化5分钟；

6、取出镀件后，用热水洗10分钟以上，洗净后放入活化液中在室温活化10分钟；

7、活化后的镀件，立即放入镀液中化学镀，2分钟左右，取出冲洗干净，自然干燥保

存。

五、思考题

1.化学镀与电镀的主要区别是什么？

2.化学镀中粗化和敏化的作用是什么？

3.化学镀中甲醛的作用是什么？

六、注意事项

⑴每一步完成后必须用去离子水漂洗干净，以免将污物带入下一步的溶液中而影响质量。

⑵粗化开始以后的各步中，必须不断翻动工件并搅拌溶液才能得到好的结果。

⑶除油和粗化步骤决定了镀层的结合性，如果处理效果不理想，铜层就很难吸附于镀件表面。敏化和活化步骤决定了银层能否均匀分布于镀件表面，如果敏化和活化不彻底，镀件表面就很难得到均匀的铜层。

七、参考文献

〔1〕强亮生王慎敏《精细化工综合实验》哈尔滨工业大学出版社，2004，7

[2] 曾华梁.《电镀工艺手册》机械工业出版社，1989年.