化学镀工艺流程.docx

1、化学镀工艺流程化学镀所需仪器:电热恒温水浴锅;522型恒温磁力搅拌器控温搅拌；增力电动搅拌机。 化学镀工艺流程：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化学镀预处理机械粗化:用机械法或化学方法对工件表面进行处理（机械磨损或化学腐蚀),从而在工件表面得到一种微观粗糙的结构,使之由憎水性变为亲水性,以提高镀层与制件表面之间结合力的一种非导电材料化学镀前处理工艺。.1 化学除油 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

2、剂和碱性除油剂两种；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:NOH：0g/l，aCO3(无水):15g/l，P4:30g/,洗洁精：5l/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。1.2 化学粗化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,若粗化效果不好，就会

3、直接影响后序的活化和化学镀效果。化学粗化试剂的配方为：CO3:4gl,浓H2S4:35g/,浓H3PO4（85%):/。化学粗化的本质是对基体表面的轻度腐蚀作用；因此,有机基体采用此处理过程,无机基体因不能被粗化液腐蚀而不需此处理。1.3 敏化 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。敏化液配方为:nl22H：2/l,浓HC:40ml/,少量锡粒；加入锡粒的目的是防止二价锡离子的氧化。14 活化 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

4、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。活化处理的目的是使活化液中的钯离子d+ 或银离子g+离子被镀件基体表面的Sn2 离子还原成金属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。银氨活化液配方为:AgN3:20,浓NH32:适量。胶体钯活化液本质上是不易溶于

5、水的氯化钯被过量的氯离子络合所形成的水溶性 PdC42-络离子溶液；胶体钯活化液配方为:Snl22H2：100gl,浓Hl：400mll，Na2O332O:1gl,PdCl2:2/,浓HCl:00ml;胶体钯活化液对化学镀铜、镍和钴等均有良好的催化作用,而且溶液比较稳定,可以反复使用。5解胶 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的盐酸在44处理0.5min,或用2025/的醋酸钠溶液常温下处理10min。2化学镀化学镀镀液一般由主盐、还原

6、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。 主盐。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。 还原剂。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

7、人量与主盐存在下列关系(Ni+)/(H2PO2-)=0.1.。还原剂 含量增大时，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。 络合剂。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，

8、其添加量为镍盐总量的1.5倍左右。碱性化学镀铜溶液一般采用酒石酸钾钠作为络合剂，生成C（C4HO6)3- 络合离子，阻止了铜离子在介质中生成Cu （O）2沉淀及u (OH)2在镀层中的夹杂,从而保持镀液稳定,提高镀层质量。 缓冲剂。缓冲剂的作用是维持镀液的H 值,防止化学镀过程中由于大量析氢所引起的pH 值下降。稳定剂。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、p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。 常用的稳定剂有重

9、金属离子，如b2+ ,B2，P+，Cd2+等；含氧酸盐和有机酸衍生物，如钼酸盐,六内亚甲基四邻苯,二甲酸酐，马来酸等;硫脲；IO。一般对酸性化学镀镍溶液P2作为稳定剂时，其添加量为每升只有几毫克,而碱性化学镀镍中它的添加量较大。表面活性剂。粉末、颗粒、纤维状的镀件材料单体质量差异较大，加人到化学镀溶液中后,轻质的漂浮于镀液表面,较重的沉降于底层,即使充分搅拌也难以充分分散于镀液中，影响施镀效果;需要在镀液中添加适量的阴离子或非离子表面活性剂。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

10、、纤维状镀件表面上金属镀层的性能。表面活性剂含量过高时生产成本较高,且会产生较大的泡沫,较大的泡沫会吸附粉末、颗粒、纤维状的镀件材料导致化学镀难以进行,尚需再适当加人消泡剂。表面活性剂含量过低则会影响其在粉体表面的吸附，达不到充分浸润的效果，导致镀件表面活化程度降低，使金属难以沉积在镀件表面；一般情况下,表面活性剂添加量为镀液总质量的0.10.15%为宜。常用的表面活性剂有6501净洗剂、烷基苯磺酸盐，烷基磺酸盐，十二烷基脂肪酸盐，十二烷基脂肪酸盐 醋酸钠,AE，X-和X-1等。表面活性剂的类型和混合比例对粉末、颗粒、纤维状的镀件材料表面化学镀的效果也有很大的影响。.1化学镀铜 化学镀铜液采用

11、硫酸铜作主盐，以甲醛为还原剂，EDTA二钠盐和酒石酸钾钠组成的双络合剂体系,稳 定剂主要由亚铁氢化钾和，-联吡啶组成;该体系具有稳定性好、使用寿命长、操作温度宽、成本低等特点。化学镀铜优化后的工艺参数为：镀液配方为KNaC44O6O:40/,NaH:9l，a2CO3 :g/l,uO4H2O:14/,NiCl2：4gl,HCH(37%）：3ml/l；=21(aOH溶液调节）;温度为(62) ； 装载量为6.710dm2 / ;搅拌方式为电磁搅拌。镀覆完毕抽虑，用去离子水清洗，在真空干燥箱中烘干。试验结果表明,该配方镀覆速度快，镀层性能好;配方的作用原理是铜离子与甲醛的氧化还原反应: Cu2+ +

12、2HC + 4OH Cu+2HCO- 2O+H2 除主反应外,还发生副反应： 2HCHOH H3OH + HOO- 2C2+ + HC+ 5H CuO + HCOO- + 3HO C2O + H2O C + Cu + 2O 2. 化学镀镍 化学镀镍溶液分为酸性和碱性两种,在酸性镀液中生成的是高磷非磁性镀层(酸性条件下的化学镀镍温度一般为595）,而在碱性镀液中生成的是低磷磁性镀层，适合用于吸波材料。碱性化学镀镍溶液具有非常好的均镀能力,镀层结合力高。优化后的碱性化学镀镍镀液的配方为： iSHO：20g/l,NaH2PO2HO:30gl,Na3C6HO72O：10/，N4Cl:3g/l；pH值:

13、8.5.(浓氨水调节）。配方的作用原理主要是镍离子与次亚磷酸根离子发生的氧化还原反应： Ni2 O2 + 2O HPO3- H + i 2PO-2O H+HPO32 + 2 部分次亚磷酸根离子被氢原子还原成磷夹杂在镀层中： HP2 + P+ HO+ OH 2.3 化学镀钴 碱性化学镀钴镀液配方为：CoCl22O:7g/l,NH2HO:9gl，365O2H2:90g/l,NH4Cl:45g/;pH值：7.784(浓氨水调节),温度75。碱性化学镀钴的作用原理与碱性化学镀镍类似。 墨结合良好。表面形貌的观察:日立S-4型电子扫描显微镜; X射线能谱仪成分成分图6是X 射线能谱分析图, 表面金属层分

14、析:/MAX型,X- Ray衍射仪;为了确定化学镀银层是否完整，利用X射线衍射仪分析空心微珠金属化表层,结果见图1对照标准图谱,可以确定各衍射峰值正好为纯金属单质银的特征峰值.测试结果表明，微珠表面包覆了完整的金属银层,铜被完全包覆。 X射线衍射仪晶体结构晶体结构进行了表征镀层Ni 的晶体结构为面心立方结构，与单质镍相似。图7 是X射线衍射分析图。从图7 可以看出,产物的衍射图与单质镍的标准谱图(0 0850） 十分相似,在2为10、5112、7618出现3 个衍射峰,它们分别是i (11)面、Ni （200) 面、Ni (220) 面的峰,说明镀层i 的晶体结构为面心立方。 表4 为相应的元

15、素分析结果(扣除金)；表4 的元素分析结果显示,镀层中Ni的摩尔分数达到12174 %,说明包覆比较完整;但还出现了Si 、K、a 的小峰,这是由于电子束射入的深度为镀层表面m以下,有些地方镀层较薄，所以能谱图上出现了载体- 空心玻璃微球所含有的元素。用扫描电镜和电子探针的方法观察粉末试样的截面(图) ,可知镀层与基体的界面存在锯齿状的铜碳过渡层,结合良好,铜碳界面相溶性得到改善。 表征量： 微珠涂层电磁屏蔽效能测试：测试标准J 052-195；涂层吸波效能测试:测试标准SJ015-2.4 化学镀工艺参数对镀层的影响 影响镀液性能和镀层质量的主要因素有镀液组成及镀液pH值、镀覆温度等，当改变主

16、盐、还原剂的浓度以及温度、装载量时，化学镀镀层外观、镀速和镀液稳定性将发生较大变化。 4.镀液p 值 镀液pH 值是最重要的反应控制条件;pH 值过低还原剂还原能力不强, 金属沉积速度慢;但过分提高pH值会加速还原剂的自然分解，副反应增多, 产生金属的氢氧化物沉淀变浑浊,缩镀液使用寿命,也会减缓金属沉积速度。镀液pH值可用氢氧化钠、盐酸或者浓氨水调节。4.2镀覆温度 温度是影响镀速的重要工艺参数。化学镀的适宜温度为15 35, 过低反应变慢, 过高会使镀液的稳定性下降实验表明，因此应严格控制温度范围。在其他条件不变的情况下，温度对沉积速度影响很大,温度愈高,沉积速度愈快。但温度大于30时,镀液

17、会发生自分解;温度过低时化学镀几乎不能进行。温度过高会大大降低镀液稳定性,尤其当加热不均匀、温度变化大且H 值偏高时更为严重,故施镀过程中要求强力搅拌。温度低于8时,随着温度的增加,镀层厚度和沉积速率均增加；但温度超过80 时,镀液稳定性下降,开始自分解,有单质铜析出，按镀层厚度计算的镀速便减小。若温度波动过大，将影响碳粉与镀层的结合强度。温度的影响：碱性化学镀镍由于配方不同，温度高低也不一样，要根据被镀材料类型选取工作温度。对石墨粉末而言,溶液温度升高确实能提高反应速度和沉积速度，但是,由于石墨粉末和碳纤维粒径小，质量轻,反应速度高会使其漂在溶液表面,造成单分子颗粒表面镍沉积不均匀现象，因此

18、，本实验温度不能过高。经过多次对比试验，确定温度应控制在不大于40，使反应能较缓慢地进行。 4.3 搅拌间歇时间、搅拌石墨粉末非常细,颗粒只有一2 um,因此，搅拌速度过小时,它易在溶液表面聚集成团,不易分散，影响单分子镀覆效果；搅拌速度过大，虽然可以使材料充分分散于溶液中,但同样会影响镍的沉积，而且还会加速镀液的自然分解，因此，搅拌速度一般控制在5一40 rin 实验表明，若搅拌时间间歇太长，则碳粉易结块和粘在槽底;若搅拌时间间歇太短,则碳粉与镀层结合不好，铜易从碳粉表面脱落，同时导致镀层致密性下降。本实验搅拌时间间歇以5分钟 为宜。施镀时，采用电磁搅拌方式,搅拌速度控制在200一00 r/

19、min o3 设计了一套较为简单的化学镀设备,该装置改变了传统化学镀的搅拌方式,使陶瓷颗粒的大部分时间处于悬浮状态. 改善了传统搅拌方式引起的氢气难以逸出、颗粒长时间与槽底部接触,容易在槽底沉积镍层,降低镀液稳定性差等问题 4.4 镀件基体装载量 粉末、颗粒、纤维状镀件基体进行化学镀时,镀件添加于镀液中的装载量必须严格控制。装载量小生产效率低，过低的装载量还易导致镀液自分解。随着镀件装载量的升高,施镀面积增大，镀液负担加重，反应趋缓;添加量过大时，不但易造成单分子镀覆效果低，还会加速镀液的自然分解。因此，一般其添加 量控制在质量120g/L(或体积6.710dm2 /L)范围内为宜。4.5镀件

20、单体粒径 粉末、颗粒、纤维状镀件基体较大的比表面积使镀液不稳定,不同粒度镀件所导致的镀液不稳定性程度不同，因此针对不同粒度镀件的镀覆反应温度也相应变化。一般而言,镀件粒度越细则其比表面积越大，导致镀液越不稳定，镀液分解温度越低,则施镀温度也就相应越低。在同一温度下,镀件具有的巨大比表面能使镀液的自催化反应的驱动力增大，化学反应更易发生,因而其镀速也因液固界面面积增大而加快;镀件粒度越细，镀速越快，但镀层色泽差；镀件粒度下降，还会造成镀层覆盖率（95%左右,无镀层为2 %左右,镀层厚度为 53。)下降;镀层磷含量随p值增大而降低。镀液的配制:化学镀镍液的配制必须严格按照如下的原则进行,否则极易引

21、起镀液分解。具体按如下步骤进行。(1) 化学镀镍溶液必须用蒸馏水,配制溶液时注意不能将主盐或还原剂的溶液混合，避免分解；(2) 分别称量好各药剂质量，包括镍盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂、表面活性剂；(3) 将镍盐溶解在一定的去蒸馏水中,通过水浴加热,不断搅拌，加速镍盐在水中溶解速度;（4) 将络合剂及除还原剂外其他添加剂溶解于适量水,待完全溶解后,在搅拌条件下与主盐溶液混合;(5) 将另配制的还原剂溶液在搅拌条件下倒入含有主盐及络合剂溶液的烧杯中。混合完成后总液体量控制在配制溶液总体积的3/4左右；(6 )用浓氨水及H2SO4(1wt%）作为镀液pH值调整剂,先用浓氨水调整，如果过量,再

22、加入H2O4溶液降低 pH值；(7） 用去离子水稀释至计算体积；配制镀液的过程中应注意:必须严格按照以上步骤进行溶液的配制，特别应当注意硫酸镍溶液与次亚磷酸溶液不能直接混合,否则就不能得到性能合格的镀液。不能将H值调整剂的氨水溶液加入到 不含络合剂、仅含有还原剂的镍盐溶液中,不仅要生成镍的氢氧化物，而且会还原出镍的颗粒状沉淀。在配制过程中一定要搅拌,即使己经预先将各种药品 完全溶解，在进行混合时，若不进行充分搅拌也会生成肉眼难以发现的镍的化合物。在进行pH值调整时除了应在剧烈搅拌下进行外,药品的加入还应缓慢 少量地进行,不可加入太快，否则会使局部pH值过高,容易产生氢氧化镍沉淀。.3基本原理目

23、前,化学镀Ni-P合金有五种沉积机理，即原子氢理论、电化学理论、氢化物传 输理论、羟基-镍离子配位理论及统一理论。 .3. 原子氢理论 原子氢理论由GGutzit在前人（Brenner和Riddll等)工作的基础上提出的。原子氢理论认为真正的还原物质为被吸附的原子态氢,并不是H2PO2-,与 i2+直接作用的正是被吸附的原子态氢,还原剂2P2-是活性氢的来源；HPO2-不仅提供活性氢原子,它还分解形成H2O3-和金属磷，同时释放出氢气。目前,原子氢理论普遍被人们接受,这种理论在不排斥反应过程的氧化还原特征前提下,较好的解释了镍-磷的共沉积过程 。 原子氢理论的具体过程表示如下：还原剂PO在催化

24、及加热条件下水解放出原子氢HH2PO2-+HOHPO3-+H+H初生态氢原子被吸附在催化金属表面上而使其活化,使镀液中的镍离子还原,在催化金属表面上沉积金属镍。Ni2+2HNi+2H+在催化金属表面的初生态原子氢使次亚磷酸根还原成磷；同时，由于催化作用使次亚磷酸根分解，形成亚磷酸和分子态氢。HPOHH2OO-+P该理论还认为：在催化、加热条件下,次磷酸根离子H2O2-也会发生自身氧化还原反应导致磷的沉积。 H2PO2-H2PO-+H2O+2O-+P原子氢理论认为:镍磷化学镀过程中氢气的析出既可以是次磷酸根离子HP2 的水解而产生,也可以是原子氢相互结合的过程。 2O2-+H2OH2O-H22H

25、H上述所有的化学反应在Ni沉积的过程中均同时发生，单个反应速度则取决于镀液的组成、使用周期、温度、H值等条件。1.3.2 电化学理论 在原子氢机理提出后不久，1959年W.gachu电子还原机理，其反应表述如下：H2PO+H2OH2PO3-+2+ei2+2eNiHP2+eP2H2O2+2e2上述过程可以解释为：在酸性溶液中，次磷酸根与水反应产生电子和氢离子H，产生的电子再使镍离子还原成金属镍；同时电子也使少量的磷得到还原;氢离 子与电子结合并释放出氢气。电子还原机理可以很好地解释在镍沉积的同时就磷和氢气共析以及镍离子浓度对反应速度的影响等问题。 133 氢化物传输理论此理论是由P. Hrsh

26、提出并由Lukes加以改进。根据Lukes的理论,H分解不放出原子态氢，而是放出还原性更强的氢化物离子(氢的负离子),2P2-只是 -的供体，镍离子被离子还原；同时作为H-的氢最初是在次磷酸根内与磷相连的。该理论可以很好地解释磷的共沉积。反应过程可以表述如下: H2P2-+H2OPO-+H+-N+2HNiH2PO2-+H+H-P+H2O+/H2+H-2在碱性镀液中H2+H2PO-+H-i2+2HNi+H2HPO+6H-+2H22+52+OH1.4 羟基一镍离子配位理论此机理于198年由Cavlloti和Savage提出，后为and所支持。本机理认为 HPO2-真正起到了还原剂的作用，其要点是认

27、为金属镍离子i2+水解后形成了 iHad。 其反应过程具体如下：水在催化活性表面离解 羟基-镍离子配位形成羟基-镍离子配位体与2P2反应生成NO-ad吸附在催化活性表面，并进一步被还原为金属镍，上述过程中析出的氢原子反应析 出氢气。在镍催化活性表面，镍与HP-直接反应析出磷并与镍共沉积形成镍磷合金NicaH2PO-+iHad+2P3H-此外,H2PO2-还可以与水直接反应释放出氢气 H2PO2-+H2O2PO3-+2总反应式可以描述为N2+HPO2-H2ON+此机理于16年由Cavalloti和lage提出,后为Randin和Hintema所支持。本机理认为H2P2真正起到了还原剂的作用,其要

28、点是认为金属镍离子i+水解后形成了NIOH+a。其反应过程具体如下:水在催化活性表面离解H+O-羟基一镍离子配位形成Ni(H2O)6+2OH- +6H2O羟基一镍离子配位体与H2PO2反应生成NiOHa吸附在催化活性表面，并进一步被还原为金属镍+HP2-NiOH+d+H2PO-+HO+ad+PO-i+H2PO-+H+2在镍催化活性表面,镍与HPO2直接反应析出磷并与镍共沉积形成镍磷合金(下标at表示催化镍表面，ad表示吸附)Nipat+2HPO2iOHad2+3H-此外，H2PO2-还可以与水直接反应释放出氢气2PO+H2OHPO3-+H总反应式可以描述为Ni2+4HPO-+HON+32PO-

29、+P+H/2H由此得到反应过程中N+/H2PO2-的摩尔比为1/4,与实际情况基本相符，羟基一镍离子配位理论也可以用于解释镍磷镀层的层状结构现象。与原子氢理论不同，该机理认为镀层中磷含量的波动是由于相应反应的交替出现造成的。统一机理在进行了氢的同位素跟踪试验后，1981年andenMerakk认为镍磷化学镀中还原剂的第一步反应均为脱氢反应。对于以次磷酸盐为还原剂的还原过程可以表述如下:脱氢：H2HPO-H氧化：H2PO2-+OH-H2O3-+e再结合:H+H2氧化：H+OHH2O+e金属析氢：i2+e析氢：H2OeH22OH磷析出:mL2+HPO2-+(2m1)NP2mL+2OH-式中表示络合

30、物vanneekkr机理的第一步是还原剂脱氢，这个氢既可以被氧化放出电子使金属离子还原,也可以相互复合而析出,从而解释了早期理论所不能解决的问题，可以用于解释所有还原剂的氧化过程，有人称其为统一机理。虽然化学镀镍机理己经有许多人进行了一些理论研究,但尚不能完全满意地解释所出现的所有问题，研究工作尚有待进一步深入。14 化学镀铜的溶液组成 化学镀铜液的组成对镀铜层性能具有决定性的影响。化学镀铜液的基本组成为:铜盐、还原剂、络合剂和添加剂等。铜盐：铜盐是镀液中二价铜的供给源。理论上所有的可溶性铜盐如包括CO45H2、CuCl2、Cu(NO3)2、Cu(CHCO)2等均可作为主盐,目前最常采用的铜盐为硫酸铜。化学镀铜溶液中铜盐的含