《化学化学镀》PPT课件.ppt

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1、2.镍及含镍合金的化学镀镍及含镍合金的化学镀1.化学镀基本知识化学镀基本知识4.化学镀的现状及发展趋势化学镀的现状及发展趋势3.影响化学镀的因素影响化学镀的因素第一章第一章 化学镀基本知识化学镀基本知识n化学镀产品效果1.1化学镀定义化学镀定义n1 1 定义依赖电解液中的还原剂将被镀金定义依赖电解液中的还原剂将被镀金属离子在自催化表面还原为金属原子并属离子在自催化表面还原为金属原子并形成镀层的过程叫化学镀。形成镀层的过程叫化学镀。1.2化学镀化学镀镀液镀液n化学镀镀液一般由主盐、还原剂、络合剂、缓冲剂组成；对某些特殊材料的镀件施镀时镀液中还需要添加稳定剂、表面活性剂等功能添加剂。主盐与还原剂是

2、获得镀层的直接来源, 主盐提供镀层金属离子，还原剂提供还原主盐离子所需要的电子。1.2.1 主盐主盐n主盐即含镀层金属离子的盐。一般情况下，主盐含量低时沉积速度慢、生产效率较低；主盐含量高时沉积速度快，但含量过大时反应速度过快，易导致表面沉积的金属层粗糙，且镀液易发生自分解现象。1.2.2 还原剂还原剂n还原剂是提供电子以还原主盐离子的试剂。在酸性镀镍液中采用的还原剂主要为次磷酸盐,此时得到磷合金；用硼氢化钠、胺基硼烷等硼化物作还原剂时可得硼合金；用肼作还原剂,可获得纯度较高的金属镀层。正常情况下，次磷酸钠的加人量与主盐存在下列关系(Ni2+)/(H2PO2-)=0.31.0。还原剂含量增大时

3、，其还原能力增强，使得溶液的反应速度加快；但是含量过高则易使溶液发生自分解，难于控制,获得的镀层外观也不理想。1.2.3 络合剂络合剂n络合剂的作用是通过与金属离子的络合反应来降低游离金属离子的浓度，从而防止镀液因金属离子的水解而产生自然分解，提高镀液的稳定性。但需要注意的是，络合剂含量增加将使金属沉积速率变慢, 因此需要调整较适宜的络合剂浓度。化学镀常用的络合剂有柠檬酸、乳酸、苹果酸、丙酸、甘氨酸、琥珀酸、焦磷酸盐、柠檬酸盐、氨基乙酸等。一般碱性化学镀镍溶液使用的络合剂有焦磷酸盐、柠檬酸盐和铵盐等；采用柠檬酸钠和氯化铵作为络合剂，其添加量为镍盐总量的1.5倍左右。1.2.4 缓冲剂缓冲剂n缓

4、冲剂的作用是维持镀液的pH 值，防止化学镀过程中由于大量析氢所引起的pH 值下降。1.2.5 稳定剂稳定剂n稳定剂的作用是提高镀液的稳定性，防止镀液在受到污染、存在有催化活性的固体颗粒、装载量过大或过小、pH 值过高等异常情况下发生自发分解反应而失效。稳定剂加入量不能过大，否则镀液将产生中毒现象失去活性，导致反应无法进行，因此需要控制镀液中稳定剂的含量在最佳添加量范围。1.2.6 表面活性剂表面活性剂n加人表面活性剂可提高镀液对基体的浸润效果，使粉末、颗粒、纤维状镀件很好地分散于镀液中，形成比较稳定的悬浮液。表面活性剂的浓度在一定程度上直接影响粉末、颗粒、纤维状镀件表面上金属镀层的性能。1.3

5、 化学镀与电镀的区别化学镀与电镀的区别 化学镀不使用电源，以还原剂与被镀金属离子的电位化学镀不使用电源，以还原剂与被镀金属离子的电位差为动力，为了得到致密的镀层，使用络合剂阻滞还差为动力，为了得到致密的镀层，使用络合剂阻滞还原过程，并形成一定程度的极化，同时也为了控制反原过程，并形成一定程度的极化，同时也为了控制反应速度。应速度。 化学不存在分散能力的问题，也不存在边角效应等电化学不存在分散能力的问题，也不存在边角效应等电镀中常出现的问题，只要能与溶液接触，就可获得质镀中常出现的问题，只要能与溶液接触，就可获得质量一致的镀层。量一致的镀层。 化学镀溶液中的还原剂与被镀金属离子需不断补充。化学镀

6、溶液中的还原剂与被镀金属离子需不断补充。1.4 化学镀工艺流程化学镀工艺流程n机械粗化化学除油水洗化学粗化水洗敏化水洗活化水洗解胶水洗化学镀水洗干燥镀层后处理。1.4.1 预处理预处理n预处理的目的是使镀件表面生成具有显著催化活性效果的金属粒子，这样才能最终在基体表面沉积金属镀层。由于镀件微观表面凸凹不平,必须进行严格的镀前预处理,否则易造成镀层不均匀、密着性差,甚至难于施镀的后果1.4.2 化学除油n镀件材料在存放、运输过程中难免沾有油污，为保证预处理效果，必须首先进行除油处理，去除其表面污物，增加基体表面的亲水性，以确保基体表面能均匀的进行金属表面活化。化学除油试剂分有机除油剂和碱性除油剂

7、两种；有机除油剂为丙酮(或乙醇)等有机溶剂，一般用于无机基体如鳞片状石墨、膨胀石墨、碳纤维等除油；碱性除油剂的配方为：NaOH：80g/l，Na2CO3(无水)：15g/l，Na3PO4：30g/l，洗洁精：5ml/l，用于有机基体如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等除油；无论使用哪种除油试剂，作用时都需要进行充分搅拌。1.4.3 化学粗化n化学粗化的目的是利用强氧化性试剂的氧化侵蚀作用改变基体表面微观形状，使基体表面形成微孔或刻蚀沟槽,并除去表面其它杂质，提高基体表面的亲水性和形成适当的粗糙度，以增强基体和镀层金属的结合力,以保证镀层有良好的附着力。粗化是影响镀层附着力大小的很关键的工序，若粗化效

8、果不好，就会直接影响后序的活化和化学镀效果。1.4.4 敏化敏化n敏化处理是使粗化后的有机基体(或除油后的无机基体)表面吸附一层具有还原性的二价锡离子Sn2+，以便在随后的活化处理时，将银或钯离子由金属离子还原为具有催化性能的银或钯原子。1.4.5 活化n活化处理是化学镀预处理工艺中最关键的步骤, 活化程度的好坏，直接影响后序的施镀效果。化学镀镀前预处理的其它各个工序归根结底都是为了优化活化效果，以保证催化剂在镀件表面附着的均匀性和选择性,从而决定化学镀层与镀件基体的结合力以及镀层本身的连续性n活化处理的目的是使活化液中的钯离子Pd2+ 或银离子Ag离子被镀件基体表面的Sn2+ 离子还原成金属

9、钯或银微粒并紧附于基体表面，形成均匀催化结晶中心的贵金属层, 使化学镀能自发进行。目前,普遍采用的活化液有银氨活化液和胶体钯活化液两种；化学镀铜比较容易，用银即能催化；化学镀钴、化学镀镍较困难，用银不能催化，必须使用催化性强的贵金属如钯、铂等催化1.4.6 解胶n镀件基体经过胶体钯活化后，表面吸附的是以钯原子为核心的胶团，为使金属钯能起催化作用，需要将吸附在钯原子周围的二价锡胶体层去除以显露出活性钯位置，即进行解胶处理。解胶处理一般采用体积浓度100mL/L的盐酸在4045处理0.51min，或用2025g/L的醋酸钠溶液常温下处理10min。第二章第二章 化学镀化学镀Ni及及Ni-Pn根据化

10、学镀镀层成分可以把化学镀分成以下几种：1.化学镀镍 2.化学镀铜 3.化学镀贵重金属（金、银） 4.化学镀合金 5.化学镀复合层而实际工业生产中以化学镀镍及镍合金为最多，而合金中又以Ni-P为最常见。化学镀的原理类似，表示为M+RM+Rn+1n+1M Mn+n+R+R表面催化2.1 化学镀镍化学镀镍 化学镀镍是用还原剂把溶液中的镍离子还原沉积在具化学镀镍是用还原剂把溶液中的镍离子还原沉积在具有催化活性的表面上。有催化活性的表面上。该技术最早是1944年由美国国家标准局的A.Brenner和G.Riddell的发现并应用至今。 化学镀镍是化学镀应用最为广泛的一种方法，所用还原剂有次磷化学镀镍是化

11、学镀应用最为广泛的一种方法，所用还原剂有次磷酸盐、硼氢化物、氨基硼烷、肼等。酸盐、硼氢化物、氨基硼烷、肼等。 目前目前以次磷酸盐为还原剂的以次磷酸盐为还原剂的化学镀镍，在世界范围的化学镀镍总量中占化学镀镍，在世界范围的化学镀镍总量中占9999以上。以上。硼氢化钠硼氢化钠和氨基硼烷因价格较贵，只少量使用。和氨基硼烷因价格较贵，只少量使用。化学镀镍化学镀镍化学镀镍的动力学 化学镀镍都具备以下几个共同点：化学镀镍都具备以下几个共同点：n沉积沉积Ni的同时伴随着的同时伴随着H2析出；析出； n镀层中除镀层中除Ni，还有与还原剂有关的，还有与还原剂有关的P、B或或N等元素；等元素； n还原反应只发生在某

12、些具有催化活性的金属表面上，还原反应只发生在某些具有催化活性的金属表面上，但一定会在已经沉积的镀层上继续沉积；但一定会在已经沉积的镀层上继续沉积； n产生的副产物产生的副产物H+促使槽液促使槽液pH值降低值降低 ；化学镀镍一定在具有自催化的特定表面上进行。化学镀镍一定在具有自催化的特定表面上进行。化学镀的催化作用属于多相催化，反应是在固化学镀的催化作用属于多相催化，反应是在固相催化剂表面上进行。相催化剂表面上进行。 不同材质表面的催化能力不同，因为它们存在不同材质表面的催化能力不同，因为它们存在的催化活性中心数量不同，而催化作用正是靠的催化活性中心数量不同，而催化作用正是靠这些活性中心吸附反应

13、物分子增加反应激活能这些活性中心吸附反应物分子增加反应激活能而加速反应进行的。而加速反应进行的。n目前应用广泛的化学镀镍溶液，大致可目前应用广泛的化学镀镍溶液，大致可分为酸性镀液及碱性镀液两种。化学镀分为酸性镀液及碱性镀液两种。化学镀镍液的主要成分是可溶性镍盐、络合物、镍液的主要成分是可溶性镍盐、络合物、还原剂、缓冲剂、促进剂、稳定剂、润还原剂、缓冲剂、促进剂、稳定剂、润湿剂及光亮剂等。湿剂及光亮剂等。主盐主盐n化学镀镍液的主盐是提供金属镍离子的可溶性镍盐，在化化学镀镍液的主盐是提供金属镍离子的可溶性镍盐，在化学还原反应中是氧化剂的角色，可供采用的有硫酸镍、氯学还原反应中是氧化剂的角色，可供采

14、用的有硫酸镍、氯化镍、醋酸镍、氨基磺酸镍、次磷酸镍等。由于成本的原化镍、醋酸镍、氨基磺酸镍、次磷酸镍等。由于成本的原因，大多数选用硫酸镍作为主盐。因，大多数选用硫酸镍作为主盐。n 有足够的主盐，可以维持比较高的沉积速度保证镍离子有足够的主盐，可以维持比较高的沉积速度保证镍离子的 充 分 补 给 ， 但 也 不 能 太 多 ， 大 约 在 镍 含 量的 充 分 补 给 ， 但 也 不 能 太 多 ， 大 约 在 镍 含 量 6 g / L -10g/L(HiSO46H2O 在在25g/L-45g/L)范围比较合理。而且主范围比较合理。而且主盐与络合剂、主盐与还厚剂的比例都有一个合理范围。盐与络合

15、剂、主盐与还厚剂的比例都有一个合理范围。Ni2与与H2PO2的摩尔比应在的摩尔比应在0.30.45之间之间(相当于相当于NiSO46H2O与与NaH2PO2H2O的质量比为的质量比为1:1左右左右)。还原剂还原剂n用得最多的还原剂是用得最多的还原剂是次磷酸次磷酸盐中的次磷酸钠盐中的次磷酸钠。n次磷酸钠，镀液中次磷酸钠的n用量主要取决于镍盐浓度，镍n盐与次磷酸钠含量比过低时，n镀层发暗，镀液稳定性下降，n比值过高时沉积速度很慢。这n一比值还直接影响镀层中的磷n含量，比值越低，磷含量越高。络合剂络合剂n为了使镀液稳定及获得性能良好的化学镀镍层，必须选择适当的为了使镀液稳定及获得性能良好的化学镀镍层

16、，必须选择适当的络合剂及确定合理的用量范围。络合剂的用量不仅与镀液中镍离络合剂及确定合理的用量范围。络合剂的用量不仅与镀液中镍离子的浓度有关，也与该络合物能够与镍形成的配位健的数目有关。子的浓度有关，也与该络合物能够与镍形成的配位健的数目有关。n 一般的配方组成中除了有一个主络合剂之外，还配以其他的一般的配方组成中除了有一个主络合剂之外，还配以其他的辅助络合剂。不同种类的络合剂及络合剂的使用量不同，对化学辅助络合剂。不同种类的络合剂及络合剂的使用量不同，对化学镀镍的沉积速度影响很大镀镍的沉积速度影响很大( (见图见图) )缓冲剂n化学镀镍的过程中除了有镍和磷的析出化学镀镍的过程中除了有镍和磷的析出之外，还有氢离子的产生，镀液的之外，还有氢离子的产生，镀液的pH值值会不断降低，这不但使沉积速度放慢，会不断降低，这不但使沉积速度放慢，也会对镀层含磷量产生影响，因此，在也会对镀层含磷量产生影响，因此，在化学镀镍溶液中必须加入缓冲剂。一般化学镀镍溶液中必须加入缓冲剂。一般弱酸及弱酸盐或多元弱酸都可能形成一弱酸及弱酸盐或多元弱酸都可能形成一个理冲体系。个理冲体系。稳定剂n尽管一个良好的络合剂体系