化学镀基体的活化技术进展

化学镀基体的活化技术进展

李酽1，刘刚，刘红霞，刘传生，王芬，李铀

（中国民用航空学院理学院，天津 300300）

摘要：综述了化学镀基体的预处理和活化技术的研究与应用进展，详细介绍和讨论了各类金属、无机非金属、高分子等材料的除油、酸洗、活化的具体工艺。随着基体活化技术的发展，化学镀技术的研究和应用范围迅速扩大，特别是在无机非金属和高分子材料方面显示出电镀不可比拟的优越性，其应用前景十分广阔。

关键词：化学镀，基体，活化，Ni-P，合金

中图分类号：O646

The Development of Activation Technology of Electroless Plating

Li Yan, Liu Gang, Liu Hongxia, Liu Chuansheng, Wang Fen, Li You

(College of Science, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300) Abstract: The advancement of Electroless-plating activation technology was introduced and summarized. The procedure of activation process of electroless plating on metal, inorganic materials, polymer were respectively investigated and discussed. The remarkable prospect is gestated in the extensive application area of electroless plating since the activation technology is increasingly developed, in particular, in the fields of inorganic and polymeric materials.

Keywords: Electroless-plating, Base materials, Activation；Ni-P, Alloy

前言

化学镀是提高金属等材料表面耐磨性和耐蚀性的一种表面强化方法，随着其不断的发展和完善，目前已广泛应用于石油化工、电子技术、航空航天、机械制造、精密仪器和化工等领域。特别是能够有效的使飞机部件零件的寿命延长几十倍至几百倍，而且有效地促进了航空航天事业的发展。随着化学镀应用范围的扩大，化学施镀的基体种类越来越多，基体的催化活性等千差万别。通常，需要对基体实施镀前活化处理，以获得高的自催化活性，为化学镀的进一步实施创造适宜条件。因此，镀前活化处理的质量与效果直接决定着化学镀的成败。本文全面综述和讨论了近年来各种化学镀基体的活化处理技术，对不同类型的基体活化技术和活化工艺做了详细介绍与对比。

1 基体材料的镀前活化处理

化学镀液可以在普通钢铁、不锈钢、有色金属、陶瓷等基体材料上施镀。但是，不同材料的基体对化学镀的适应性不一，因而镀前的活化处理方法也不尽相同，针对不同的基体材料进行恰当的镀前活化处理，是化学镀工艺成功与否的先决条件。由化学镀反应原理可知，施镀是在一定的催化条件下，应用强还原剂盐，使镀液中的金属阳离子还原，在基体表面沉积形成镀层。在一定的催化条件下，基体会对镀液产生不同的催化效果[1]。因此，被镀基体在镀前必须进行表面活化处理，处理的目的是在经过表面预处理的基体上吸附一定量的活化中心，以便诱发随后的化学镀反应。活化工艺不仅决定着化学镀层的优劣，而且也决定着后续电镀质量的好坏[2]。

按基体材料对化学镀不同的催化活性及其不同的活化处理方法，可以分为以下5类：

1联系人,博士,副教授,无机材料方向.022－24092519,E-mail: liyan.999@

1．1 催化活性高的金属

这些金属主要包括普通钢铁、镍、钴、铂、钯等。它们对化学镀镍磷反应具有较高的催化活性，只需进行一般的镀前处理就可以进行化学镀反应。以Ａ3钢为例，在进行化学镀Ni-P 前则要经过：除油(超声波+热碱液)→水洗→除锈→清水冲刷→热水冲洗的过程。除油过程包括在温度为70~80℃的条件下处理20~30min ，在常温下处理8~10min 。除

油配方及工艺条件见表1。 1．2 有催化活性但表面有致密氧化膜的金属 铝、铝合金、镁、不锈钢、钛、钨、钼等金属表面均有致密的氧化膜，不易进行化学镀反应，故需对这类金属要进行适当的表面处理后才能施镀。 例如在铝基体上进行化学镀时，由于铝及铝合金表面易形成致密的氧化铝膜，而且其电位很

负，在镀液中常受浸蚀并置换出被镀金属，从而

影响镀层的结合力，镀液也易分解失效[3]。因此必须要去除其表面氧化铝膜并防止镀前再次形成，同时在铝表面形成特殊结构的薄膜，以提高与Ni-P 镀层的结合力。一般采用的活化方法是浸锌法，浸锌是在含锌的强碱溶液中进行的，其目的是在除去铝及合金表面氧化膜的同时形成一层均匀、致密的锌层以阻挡铝表面再次被氧化[4]。浸锌前除油时间要尽可能短，温度要尽可能低，一般为55~57℃，3~5min 。浸锌活化处理时，一次浸锌时间为40S,二次浸锌时间为15-20S 。还应注意：浸锌所用的挂具禁用铜及其合金，以防铜铝产生接触置换；浸锌后工件表面应呈微光泽的青灰色，若出现大块斑点、光泽不均时应使用1：1的硝酸退锌后重新浸锌。铝及其合金化学镀前的表面处理工艺流程为：镀件→有机溶剂（酒精或汽油）去油→化学去油→酸蚀→一次浸锌→退锌（1：1的硝酸）→二次浸锌。浸锌常用液组成及工艺条件为：氢氧化钠：500-600g/L ；氧化锌：90-100g/L ；三氯化铁FeCl 3：１g/L ；酒石酸钾钠：10g/L ；温度：25±5℃；时间：20-30s 。

表1 Ａ3碳钢表面的除油试剂配方与工艺条件 碱性除油试剂组成（g/L ）酸性除油试剂组成（g/L ）NaOH 100 H 3PO 4 48ml(d=1.71)Na 2CO 3 60 丙酮 500ml Na 3PO 4 60 对苯二酚 20g Na 2SiO 3 10 蒸馏水 2~2.5L 十二烷基硫酸钠0.5 镁合金化学镀Ni-P 的活化方法则采用一种铬酸浸渍和氢氟酸处理的方法最为有效。这种活化处理，可在镁基体表面上生成铬的氧化物和MgF 2膜，防止镁的氧化和化学镀液对镁的腐蚀以及形成镍的置换层，有利于化学镀的进行。例如，铸造镁合金AZ91材料[5]，其名义成分（质量分数）：Al ：9%；Zn ：1%；Mg 余量。其表面处理工艺流程为：碱性除油→酸浸蚀→活化（各步间水洗）。采用的酸性浸蚀配方为：CrO 3：200g/L ；KF ：1g/L 。活化溶液为：70%的HF （220ml/L ）。

1．3 非催化活性的金属

这类金属主要包括铜、铜合金及金、银等。由于其自身不具有催化活性，故需在催化处理后才能进行施镀。实验证明，铜和黄铜在以NiSO 4-NaH 2PO 2为主体的镀液中不能直接施镀，需要进行诱发催化处理。

目前所应用的诱发催化处理方法主要有两种：其一是直接电流法。所谓的直接电流法是指通过外界电源的直流电，使镍离子得到电子在基体表面沉积下来，从而诱发化学镀镍磷反应。对于表面光洁度好、腐蚀不太明显的铜基体，需要在其表面应用直接电流法闪镀一层金属镍，使其具有催化活性后就可以进行化学镀镍磷反应。在闪镀过程中，镀液中的金属离子要具有较高的催化性能，才能够和化学镀的镀层金属有较好的结合力或较高的融合性。在闪镀过程中要严格控制时间，时间太长会影响到闪镀层的均匀性和光洁性；时间短了会使闪镀层的金属太少，引发催化作用不明显，影响化学镀镍磷的反应效果。通过多次的实验证明，闪镀的时间控制在1 min 时效果较好。

其二是接触诱发法，即在镀液中将导体基体与具有催化活性的金属（合金）相接触，或用导线相连以转移电子，导致导体的稳定电位负移，结果使吸附在他们表面的镍离子得到电子而被还原沉积在