化学镀教材

除应力、除油、粗化、敏化、活化、还原与解胶、化学
镀。经过合格的前处理后，就可以按常规工艺进行电镀。
第二章 金属电结晶 电镀工艺学 3
22．1 消除应力 消除应力工序主要针对塑料制品而言。当设计不合理或
加工成型不当时，塑料制品会产生内应力，从面使镀层结合
力下降、开裂、以至脱落，因此塑料制品在电镀前应先消除 内应力。
第二章 金属电结晶 电镀工艺学 19
第二章 金属电结晶
电镀工艺学
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粗化液中的强氧化剂与塑料基体发生氧化，磺化等反应， 在塑料表面生成较多的极性基团(如羟基、羰基、硝基等)或 使非极性分子极化，极大地提高了制品表面的亲水性，有 利于电沉积反应进行，从而提高镀层与基体的结合力。 从表22-4中可看出化学粗化提高镀层结合力的显著作用。 ABS塑料的典型化学粗化工艺列于表22-8。其中效果好、 应用范围广泛的为高铬酸—硫酸型溶液。
化学镀（课件）
第二章 金属电结晶
电镀工艺学
1
第二十二章 非金属电镀
非金属表面金属化后，可以获得导电、导磁、耐磨、
抗老化、耐热、可焊接等性能和不同色泽的金属外观，从
而使非金属材料的装饰性和功能性增强、使用范围拓宽。 非金属表面金属化的方法有喷镀、电镀(包括化学镀)、 直空蒸镀、阴极溅射或离子镀等多种工艺，但目前在工业 中应用最多的是电镀工艺。近年来．非金属材料电镀作为
由于机械粗化只能在非金属制品表面形成上大下小的敞
口形凹坑，无法使镀层和基体实现机械“锁扣”结合，所
以它对镀层结合力的提高作用较小，通常只能作为化学粗
化之前的辅助工序。表22-4列出了以聚苯乙烯塑料上镀铜 为例说明不同机械粗化及其与化学粗化联用的效果。
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表22－4
铜镀层与聚苯乙烯
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表22—8 ABS常用粗化液组成及工艺条件
成分及操 作条件
CrO3
H2SO4 H3PO4
配 1
400
350
方 4
24
780
2
180－200
1000
3
30
1080 180
5
620
154
6
830
H2Cr2O4
温度 时间 50－60 25－40 60－70 60－120 60－70 60－120 60－70 1－5 60－70 0.3－4.5
硫酸H2SO4 98％/ml • L-1 重铬酸钾K2Cr2O7/g • L-1 冰醋酸CH3COOH/体积分数％ 氯化亚锡SnCl2 • 2H2O /g • L-1 二氯乙烷C2H4Cl2 /g • L-1 乙二醇(CH2OH)2 /g • L-1 硝酸银AgNO3 /g • L-1 三氯乙烷C2H3Cl3 /体积分数％ 乙醇C2H5OH /体积分数％ 盐酸HCl 37% /ml • L-1 温度/℃ 时间/min
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通常用热处理法消除塑料的内应力，即将塑料制品在
低于其热变形温度的温度下保温一定时间，使塑料内部分 子重新排列，以达到减小或消除内应力的目的。常用塑料 的热处理温度，列于表22-2。 也可以用溶剂浸泡法消除应力。例如，ABS塑料可在 丙酮:水=1:3的混合溶液中，于15℃~30℃下浸泡20min~30 min。
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表22－6
材 料
聚乙烯 聚苯乙烯
适合某些塑料粗化的有机溶剂 检验溶剂
二氯乙烷、丙酮、二甲苯 丙酮、汽油
聚丙烯
聚氯乙烯 聚碳酸酯 聚胺和聚酰胺
汽油、卤代烃
口氯化碳、环乙烷、四氢呋哺 含氯有机溶剂、甲醇、 异丙醇等低级不饱和醇，乙醚，苯 环乙烷、苯甲醇
第二章 金属电结晶
有机玻璃
苯乙烯及其共聚物 聚酰胺(尼龙66、尼龙1016等) 聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等
沸水
冰醋酸、煤油 正庚烷 四氯化碳 (1)冰醋酸
ABS塑料
(2)甲基乙基酮和丙酮的混合溶剂
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以ABS塑料制品为例说明检查内应力的具体方法： (1) 冰醋酸浸泡法 特制晶在24℃±3℃的冰醋酸浸泡30，
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表22—3 成分及操作条件 氢氧化钠 NaOH/g· -1 L 碳酸钠 Na2CO3/g· -1 L 磷酸钠 Na3PO4/g· -1 L 焦磷酸钾 K4P2O7 /g· -1 L OP乳化剂 /g· -1 L 海鸥洗涤剂 /mL· -1 L 十二烷基磺酸钠 /g· -1 L 温度 /℃ 时间 /min
一种成熟的表面处理技术，已在从日用品、家用电器到高
新技术产业和国防工业的众多领域中得到广泛应用。
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由于非金属材料通常是不导电的，无法直接用电沉
积方法沉积金属层，因而进行非金属电镀的前提是使工 件表面获得一定的导电性，以及如何使镀层与金属基体 有良好的结合力，所以，镀前预处理成为整个电镀工艺 的关键。可以有多种前处理方法使非金属表面形成金属 化导电层，如喷涂、浸挂、气相沉积、银和烧渗等等。 应用最广泛的是化学镀。它通常包括以下几个工序：消
100 100 40 66
100
60~70 15~30 5~15 室温 2 20~40 30~5 60~85 10~30 室温 至表面微微发白 室温 1~3
95~80
5~20 室温 1~5
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22．3．3 化学粗化 化学租化实质是一个化学侵蚀过程，即通过对非金属材
料制品表面的氧化和蚀刻而起粗化作用、提高与镀层的结
后取出、立即清洗，晾干后检查其表面。若表面出现细微、
致密的裂纹，即说明出现裂纹处存在内应力；裂纹越多，应
力越大。 然后，再在冰醋酸中浸2min，若零件表面有深的裂纹， 则表明该处内应力很高。 (2) 混合溶剂浸泡法 将制品浸入21 ℃ ± l ℃的体积比为 1:1的甲基乙基酮和丙酮的混合溶剂中，浸泡15s后取出、立 即甩干，用(1)中的方法检查零件表面。
ABS塑料
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22．2
除
油
除油的目的是清除制品表面在模压、存放和运输过程中 残留的脱模剂和油污，以保证非金属制品能在下一个工序 中均匀地进行表面粗化。 非金属材料的除油与金属一样，可用有机溶剂或碱性除 油溶液除油。采用的有机溶剂应对非金属材料无破坏作用， 不发生溶解、溶胀、银纹和龟裂、氧化等现象。生产中常 用的有乙醇、丙酮、甲醇、三氯乙烯等。采用的碱性除油 液应含有起润湿、缓蚀等作用的表面活性剂、溶液温度不 能超过塑料粘流化温度，即不能使塑料发生塑性变形。生 产中为方便起见，对塑料制品常选用钢铁件除油液，在 50℃~70 ℃的温度下使用。表22－3给出了一些常用的除油 工艺。
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非金属材料种类繁多，其电镀工艺也有所区别，但主
要区别在于前处理中的粗化工艺不同。因此，以目前应用 最多的ABS塑料为例介绍粗化工艺，同时适当给出其他非 金属的粗化工艺。 22．3．1 机械粗化 机械粗化适用于表面光洁度要求不高的零件，有喷砂、 打磨等方法，对小零件可用滚动摩擦方法(类似于一般电
生产中多用极性溶剂浸泡法检查塑料制品是否存在内应
力。即将塑料制品在极性溶剂中浸泡2min~5min后取出，观 察其麦面是否出现细微裂纹。以裂纹的出现表征内应力的存 在，裂纹越多越粗，内应力越大。表22－1列出了一些常用 塑料的检验溶剂。
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表22－1 材 料
某些常用塑料的内应力检验溶剂 检 验 溶 剂
700~900 40~50 90~95 5~10 80~150 850~920 5~10 80~95 5~20
20~40 3~10
室温 3~5
10~30 10~20
室温 10s~60s
100~200 室温 5s~15s
①粗化处理后可晾干或甩干后在60℃~70℃下烘干，然后化学镀 ②粗化处理后涂铜粉(粒度为50μm~100 μm)、浸酸，然后化学镀
适用于其他塑料粗化的有机溶剂，如表22—6所列。某些塑
料化学粗化前的有机溶剂粗化工艺，列于22－7。
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表22—5
成 分 及 操 作 条 件
ABS塑料有机溶剂粗化工艺规范
有机溶剂粗化-银盐活化-步法① 有机溶剂粗化-涂铜粉法② 亲 水 处 理 1 2 粗化处理 粗化处理 涂铜粉后浸酸
键工序。由于粗化是针对光滑而憎水的表面工序，故生产中
主要应用于塑料制品。 粗化方法主要有机械粗化、化学粗化和有机溶剂粗化。 就提高镀层结合力而言，粗化效果为；化学粗化>有机溶剂 粗化>机械粗化。在工业生产中，要根据材料特点和生产条
件选择适当的粗化方法，有时也可采用几种方法的组合。近
年来，用量最大的ABS塑料已不采用机械粗化和有机溶剂粗 化。
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表22－7 成 分 及 操 作 条 件 聚氯 乙烯 (PVC) 40 60
一些塑料的有机溶剂粗化工艺 改性聚 苯乙烯 (PST) 聚丙烯(PP) 1 2 聚碳酸酯(PC) 聚丙醚，聚芳 砜，聚硫醚 1 2
环己酮/% 乙醇/% 汽油/% 二甲苯/% 松节油/ml • L-1 非离子型表面活性剂/ml • L-1 乙醇/% 丙酮/% 二氯乙烷/% 温度/℃ 时间/min
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表22-2 常用塑料的热处理温度 材 料 热处理温度/℃ 材 料 热处理温度/℃
聚丙烯
氯化聚醚 聚苯醚
80~100
80~120 100~120
聚甲醛
聚砜 聚碳酸酯
90~120
110~120 110~130
改性聚苯烯
聚酰胺
50~60
(1)沸水、2h(壁厚 1.5mm) (2)沸水、16h (壁厚 6mm) (1)65℃~75℃、2h ~4h (2)25%~30%丙酮、室温、 20min~30min
非金属材料除油工艺 配 1 20~30 30~40 20~30 1~3 2 30 方 3 30 30 50
30 30
55~55 30
1 50~55 10
5 1 60~70 3~5
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22.3
表面粗化
粗化的目的是提高零件表面的亲水性和形成适当的粗糙 度，以保证镀层有良好的结合力。它是决定镀层结合力的关
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50－60 0.3－5
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四，敏化
敏化是继粗化之后又一重要工序。敏化处理是使非金属 表面吸附一层容易氧化的物质，以便在活化处理时被氧化， 在制品表面上形成“催化膜”。 常用的敏化剂为二价锡盐和三价钛盐。一般采用二氯化 锡的酸性溶液或二价锡的络合碱性溶液。 1. 敏化机理 酸性敏化液处理工件，最终在工件表面上吸附一层凝胶 状物质，这层凝胶状物质，不是在敏化液中形成的，而是 在下一步水洗时产生的。常用的二价锡盐敏化液，为了防 止二价锡的水解，溶液必须呈酸性。在敏化液中浸渍过的 工件，表面附有一层敏化液，当移入清洗槽时，由于清洗 水的pH值比敏化液的pH高，二价锡发生水解作用。
合力。下面以ABS塑料为例简述化学粗化的作用机制。 ABS塑料是丙烯晴(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(s)的三元共聚 物，其结构为橡胶状的B组分分散于S－A聚合形成的球形 刚性骨架之中。化学粗化时，粗化液可溶解制品表面层的B
组分，而S—A骨架基本不溶，从而形成很多的瓶颈形凹坑，
使制品表面微观粗糙明显增加，并使镀层与基体能实现机 械“锁扣”式结合。
镀前处理中的滚光工序)。
第二章 金属电结晶ຫໍສະໝຸດ Baidu
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机械粗化的效果与所用磨料性质和粒度有关。磨料性
质不同，则粗化方法和粗化效果不同，对镀层结合力的影 响也不同。磨料粒度越大，在制品表面造成的粗糙度糙大，
越利于提高镀层与基体的结合力，但应根据对制品表面光
洁度的要求选择合适的粒度，常用的粒度范围为120目~ 200 目。
塑料基体的结合力/kg· -1 cm
机械粗化方法 机械粗化 机械粗化+化学粗化 (20 ℃,1h)
不粗化 M14砂纸打磨 5％碳化硅液滚磨1h 5％浮石液滚磨1h
20 34 10 10
58 195 230 304
第二章 金属电结晶
电镀工艺学
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22．3．2有机溶剂粗化
有机溶剂的粗化作用主要是通过使塑料制品表面溶胜或表 面结构发生交化而产生的，但表面仍呈憎水性和可能导致塑 料强度降低，且有机溶剂挥发需要时间，往往使制品上、下 部分的粗化程度不一致。因此，其应用受到限制，单独使用 较少。通常是在某些塑料仅用化学粗化效果不好时，先进行 有机溶剂粗化，再化学粗化，以获得好的粗化效果。 ABS塑料单独有机溶剂蛆化的典型工艺，列于表22－5。