化学镀综述

化学镀研究现状及发展趋势

摘要：化学镀作为一种优良的表面处理技术，能够施镀于导体和非导体材料，镀层均匀，操作简便，因此一直受到工业上和学术界的关注。本文综述了化学镀的研究现状和主要化学镀层的应用领域，包括化学镀镍、化学镀铜、化学镀钴、化学镀银、化学镀锡、化学镀金以及化学镀钯等技术，并提出了化学镀技术的发展趋势。

关键词：化学镀、现状、研究方向

0 引言

化学镀作为一种新型表面处理技术，具有不需要外加电源，操作方便、工艺简单、镀层均匀、孔隙率低和外观良好，而且能在塑料、陶瓷等多种非金属基体上沉积，并且具有优良的包覆性，高的附着力、优良的抗腐蚀和耐磨性能以及的功能性能等而使其在世界范围内得到了迅速的发展和广泛的应用[1]。

1 研究现状

化学镀由于其独有的特点，所以从诞生之日起，就引起了各国研究者的广泛关注。迄今为止，化学镀的研究焦点由当初的化学镀镍已经辐射到了多种金属与合金的镀覆工艺及原理的研究，如化学镀Cu、Co、Pa、Au、Fe-W-B等[2、3]。化学镀液采用的还原剂也已由单一的甲醛发展到次磷酸钠、硼氢化物、乙酚酸、氨基硼烷及联氨等。由于化学镀液在高温下的不稳定性制约了化学镀的发展和推广，降低化学镀镍的施镀温度和提高镀液的稳定性已成为当前化学镀领域的重点研究方向，例如中低温化学镀镍工艺及新型镀液稳定剂的开发等，都是当前化学镀领域的研究热点课题。

随着科技的发展，各种新材料层出不穷，化学镀为了适应这种发展的需要，所涉及的基体材料已由钢铁扩展到了不锈钢、铝及铝合金、塑料、玻璃和陶瓷等。而且应用的基体形状已由比较规则的块体、板材发展到了各种不规则的微粒[4]，从而进一步地拓宽了化学镀的研究领域。对化学镀层的前期研究主要着眼与耐磨及耐腐蚀性，而现在已有部分研究是针对其电学和磁学性能的[1、5、6]。随着化学镀在工业上的应用范围和生产规模的不断扩大及人们环保意识的日益增强，化学镀液所导致的环境污染已经越来越收到人们的重视，所以化学镀液的净化和再利用也已成为一个比较新的研究方向，并且已经取得了一些研究成果[7]。

2 化学镀技术的应用

2.1 化学镀镍的应用

化学镀镍通常指化学镀Ni-P合金，而实际上化学镀镍是一个大家族的统称，对于化学镀层的选取取决于不同的用途。化学镀镍合金层因种类与成分的差异，使其表现出不同的性能，极大地扩充了应用领域[8]。

2.1.1 化学镀镍基多元合金

化学镀镍基多元合金技术是目前应用最广泛的化学镀技术之一，该技术研究最早始于20世纪70年代，现已开发出Ni-P合金和Ni-B合金系列。其中Ni-P 合金系列较多。化学镀Ni-P合金镀层随着磷质量分数的不同（1%~14%）而分为低磷、中磷和高磷三种，其物理、电学性能及表面特征差别很大。因此，在不同条件下对镀层进行热处理会使其性能有较大的改变。w（P）＜8%的Ni-P合金镀层是铁磁性的，w（B）为5%的Ni-B合金镀层，其铁磁性较弱，低硼（0.2%~3.0%）Ni-B合金镀层最适于工业应用[1、6、9]。

目前化学镀Ni-P已发展出多种元素共沉积，如W、Cr、Cu、Fe、Zn、Co及Mn等，而能够与Ni-B共沉积的元素较少，目前仅有Fe、W、Mo及Cu等。这些合金镀层大都具有优良的磁性、硬度及热稳定性等特殊性能[10]。

2.1.2 复合化学镀

复合化学镀是在化学镀液中添加固体微粒在搅拌力的作用下，这些固体微粒或合金共沉积，从而获得一系列具有独特物理、化学和机械性能的复合镀层。目前研究主要是在基于Ni-P和Ni-B镀层技术的前提上，加入其他微粒进行改性。如Ni-P-MoS2、Ni-P-SiC等,其主要应用在耐磨性要求较高的场合[11] ; 具有软磁性能的Ni-Fe-P镀层、磁盘内记录媒体的Co-Ni-P镀层以及垂直记录媒体的Co-Ni-Re-P镀层; 具有优良耐蚀性、耐磨性、抗磁性以及低电阻抗的Ni-Cu-P镀层等。

2.2 化学镀铜的应用

化学镀铜中用作还原剂的物质有甲醛、二甲胺硼烷（DMAB）、硼氢化物和肼等，其中由于成本低廉，以往的化学镀铜主要选择甲醛作为最常用的还原剂，但因为甲醛有令人难以忍受的气味，并且在镀覆过程中还会释放有害气体，因此对新型的还原剂的寻求是当前研究的一个热点[11]。目前，在甲醛替代物的研究上已取得了较大的发展，已报道的替代物包括次磷酸盐、乙酚酸、DMAB（二甲基乙酰胺酸）等。其中以次亚磷酸盐作为还原剂的化学镀铜液，其镀层表面要比用甲醛做还原剂而获得的镀层更光滑，且前者在镀速及镀层组成、洁净形态方面也显示出后者所不具有的优势[12]。

化学镀铜由于其良好的延展性、电学特性和无边缘效应，在印制线路板（PCB）孔金属化和塑料电镀等方面得到了广泛的应用。由于化学镀本身不用外加电极的特点，化学镀铜无电场分布问题，它能使PCB孔壁及导线上生成厚度均匀的镀铜层，极大地提高了印制电路的可靠性。对于塑料电镀而言，无论是装饰性还是功能性的塑料电镀，多数都需要化学镀铜，以保证获得良好导电性能的底层而最终得到良好的镀层。与其他塑料表面金属化的方法相比，化学镀铜无需对基体材料做特殊处理，也无需外加电极，是最经济最简单的方法。一些特殊功能的陶瓷要求表面金属化，一方面解决陶瓷微粒与金属基体的浸润问题，一方面还可以通过焊接使陶瓷与电子元件相连，以适应航空和军事方面的特殊要求。在影响结合力的诸多因素中，化学镀铜层物理性质，如延展性、抗拉强度、内应力及致密性等具有重要作用[13、17]。

化学镀铜也可以包覆粉末来制造复合粉体，如化学镀的钼铜复合材料是由高熔点、高强度的金属钼和高塑性、高导电性的金属铜所组成的互不相溶的两相复合材料，可广泛应用于航天、电子、机械及电器等工业部门，特别是一些高技术的领域。化学镀铜聚酯微粉可用作导电材料。粉煤灰微粉化学镀铜可以作为电磁屏蔽和吸波材料。铜-石墨自润滑金属基复合材料是其中一种重要的新型功能材料，由于它具有较高的导电及导热性，又具有较好的耐磨性、润滑性，较高的机械强度和良好的防咬合性能，用于要求导电导热和耐磨、减摩的点接触零部件材料。

2.3 化学镀银的应用

化学镀银是借甲醛或糖类与银氨配位物的氧化还原作用，在金属、玻璃、陶瓷和塑料等制件的表面上沉积一层银，以增加导电性、反光性和美观性。最早的化学镀银主要用于制镜业，目前则被广泛应用与多种基体上[19]，如铜粉化学镀银、空心玻璃微珠化学镀银，碳纤维布化学镀银，碳纳米管化学镀银，YbO3粉体化学镀银，高分子材料表面化学镀银等。

2.3.1 铜粉化学镀银

铜粉价格较低，导电性好，但其抗氧化能力差，长期暴露在空气中表面易形成氧化膜，从而对其性能有很大影响。银粉兼具有导电性好和抗氧化能力强的优点，但是价格昂贵，只适用于某些特定场合。而在铜粉表明镀银则可以克服单一使用这两种粉体的缺点。因此，近年来关于铜粉镀银的研究越来越多[]。Cu-Ag 金属粉能广泛应用于电子浆料、电磁屏蔽材料和催化剂等领域[]。