非金属材料表面金属化的方法

非金属材料表面金属化的方法

摘要：非金属材料表面金属化是材料科学的一个重要组成部分，对研究新材料，开拓新型材料的应用领域，具有很重要的实践意义。本文详细的探讨了非金属材

料表面金属化的方法。

关键词：非金属材料；表面金属化；工艺；应用

非金属材料表面金属化是前处理技术和制取金属层相结合的产物，其方法繁多，原理、材料、工艺和设备各异，可根据不同的基体材料、不同的工艺要求选

用不同表面金属化的方法。此外，非金属材料表面金属化是研究新材料的一个重

要方法，研究出与此有关联的新材料将会取得很好的社会与经济效益。

一、非金属材料概述

非金属材料指具有非金属性质（导电性导热性差）的材料。自19世纪以来，随着生产和科学技术的进步，尤其是无机化学和有机化学工业的发展，人类以天

然的矿物、植物、石油等为原料，制造和合成了许多新型非金属材料，如水泥、

人造石墨、特种陶瓷、合成橡胶、合成树脂（塑料）、合成纤维等。这些非金属

材料因具有各种优异的性能，为天然的非金属材料和某些金属材料所不及，从而

在近代工业中的用途不断扩大，并迅速发展。非金属材料可分为无机材料和有机

材料两大类。

二、非金属材料表面金属化工艺

1、前处理工艺

①消除内应力。首先，必须消除塑料成型带来的内应力。一般采用热处理的

方法消除内应力，还可采用冰醋酸浸渍法或有机溶剂浸渍法来消除内应力。

②表面粗化。用手工、机械或化学的方法，使非金属材料表面变得粗糙、无

光泽的过程叫粗化。粗化能提高表面的亲水性和形成粗糙度，以此保证金属层有

良好的附着力。

粗化方法有机械粗化和化学粗化两种，应根据非金属材料的尺寸、形状、数

量和物理化学性质确定使用某种或几种粗化方法。ａ.机械粗化是用滚磨、喷沙或

用砂纸打磨等方法去除其毛边，增加其表面积，从而提高金属层的结合力。ｂ.化

学粗化是用化学浸蚀剂使非金属材料表面变得粗糙，增加表面积和生成某些极性

基团，使其表面由疏水性变成亲水性。它是目前广泛应用的一种方法，对不同的

非金属材料应采用不同的化学粗化溶液及工艺规范。对塑料粗化，高铬酸型粗化

液使用较广。这种粗化液粗化速度快，效果较好。

③除油。由于材料表面会被油污染，可采用有机溶剂或化学除油法除油，粗

化和除油工序可颠倒进行，但必须彻底除油后方可进行下一工序。

④敏化。在经过粗化和除油的洁净表面上，吸附一层易于氧化的金属离子，

它是覆膜金属的还原剂，在化学镀和电镀过程中，使溶液中的金属离子易于沉积

在工件的表面上，这个工序叫作敏化。

⑤活化。在敏化的工件表面沉积具有催化活性的金属层，这个工序叫活化。

活化的目的是为下一步进行化学镀提供结晶中心，以提高沉积速度和镀层的均匀性。目前广范采用的活化液有硝酸银活化液和氯化钯活化液。前者是一种碱性溶液，主要由硝酸银和氨水配制而成；后者有酸性和碱性两种，但较常用的为酸性

活化液，它在化学镀时诱导时间短，镀层的结合力好。

2、获得金属层的方法。获得金属层的方法有许多种，可根据不同材料参考有关专著选用。常用的方法有化学镀和电镀，其中，电镀是在含有某种金属离子的

电解质溶液中，将被镀工件作为阴极，通以一定波形的低压直流电，使金属离子

得到电子，不断在阴极沉积为金属的加工过程。而化学镀过程实际是化学氧化还

原反应，是有电子转移、无外电源的化学沉积过程，利用还原剂将溶液中的金属

离子化学还原在呈催化活性的物体表面，使之形成金属镀层，亦称为不通电镀（Electroless plating）或自催化镀（Autocatalytic plating）。它不同于电镀的最大

特点是在同一表面进行着两个过程：还原剂的氧化和金属离子的还原。

此外，化学镀可镀镍、铜、钴、金、银等金属，而化学镀镍是化学镀工业中

发展最快的行业。它以其优异的性能，在几乎所有的工业部门都得到了广泛的应用，并创造了巨大的经济效益，而且每年还在递增。

三、非金属材料表面金属化的应用

1、表面装饰。一些大型商厦门前的招牌、单位名称，往往是请知名书法家题写，如用金属制作，机械加工十分困难，而用木材、塑料或水泥制作就容易得多，制成后进行金属刷镀即可获得金碧辉煌的效果。

在一些大型纪念馆中的馆名和每一部分的标题都用醒目的大字展现出来，这

些字可用塑料板切割而成，然而用化学沉积或刷镀工艺制成所需要的金属颜色，

能起到以假乱真的效果。

现在市场上卖的各种工艺品，如观音菩萨、释加牟尼像等，都是由非金属刷

镀制作而成的，颇受中外宾客的青睐，成为社会交往的高级礼品。

2、提高非金属材料的耐磨性。非金属材料具有重量轻、加工容易等优点，但存在表面缺乏光泽、不耐磨等缺点。如一些家用电器及仪表设备上的零件，可用

塑料制造，然后在其表面镀上一层金属镀层，这样既有金属光泽又提高了它的耐

磨性。

3、制造超硬材料。人造金刚石、立方碳化硼是人工合成的一种硬度大的材料，若采用化学镀的方法，在其表面镀上一层镍磷合金，就得到了一种耐磨性好、硬

度高的新型超硬材料。

4、陶瓷金属化。工程陶瓷具有硬度高、耐蚀性和介电性能好等诸多优点。特别是近年来纳米陶瓷的出现，已成为令人关注的一种新型工程材料。然而，陶瓷

不具有导电性、韧性和可焊性，因此，使用陶瓷时往往要进行表面金属化处理。

由于陶瓷表面存在大量的孔隙，在金属化处理前先要用树脂将陶瓷表面进行封孔

处理，以防处理液进入，接着再进行一系列的粗化、敏化和活化处理，以获得具

有催化活性的可镀表面，再用化学镀或电镀的方法将表面镀层加厚，以得到满足

用户要求的、具有金属表面的陶瓷。

5、改变非金属的焊接性。一些电子设备的零部件，为了节省金属材料，减轻重量或简化生产工艺，常采用塑料生产，然后采用非金属电镀或化学镀工艺，使

其表面成为导电层，就克服了塑料零件不能焊接的不足。

6、使非金属材料具有导电性。大多数非金属材料为绝缘体，为了使其局部导电，可采用非金属刷镀技术。如大量使用的印刷电镀板，在板上局部线路发生断

裂时可用非金属刷镀进行修补。电子仪器的塑料外壳，如在其内壁上镀上一层金

属镀层，利用金属镀层的导电性能能起到良好的屏蔽作用，可防止外部电磁场对

仪器的干扰。

7、使非金属材料具有导磁性。非金属材料自身没有导磁性能，若在塑料上镀一层镍钴或镍铁合金等磁性材料，就可作为电子计算机中的磁性记忆元件。

8、提高抗老化能力。某些塑料的耐光热性能差，在阳光照射下极易老化，如在其外表上镀上金属镀层，就能提高其抗老化能力，延长其使用寿命。