非金属材料化学镀的应用新进展

非金属材料化学镀的应用新进展

梁杭伟

东莞光伏科技有限公司广东东莞523000

摘要：化学镀技术可以进行强化非金属材料表面，应用前景非常广泛。本文介绍了非金属材料化学镀基体表面活化的几种方法：光化学法、自催化活化法、介电层放电法、气相沉积法，并论述了化学镀技术在非金属材料上的最新进展和应用。

关键词：非金属材料；化学镀；应用；进展

1引言

化学镀技术可以强化提高金属或非金属材料的表面特性，广泛应用于石油化工、航空航天、机械等行业。现在很多非金属材料的表面需要进行金属化表面处理，如汽车行业的塑料电镀件、印刷电路板行业的化学镀镍、电池行业中镀做为发泡镍极、陶瓷粉体的化学镀工艺等。

2非金属材料化学镀的表面强化处理

非金属材料在进行化学镀之前要经过预处理，预处理过程包括对基体除油后，在基体表面进行粗化、敏化、活化。这些预处理过程属于化学镀前的前置处理过程。其中表面活化是最关键的工序，对于镀层的均匀和与基本的粘合力有重要的作用。进行活化是为了在表面覆盖一层均匀的金属颗粒，成为结晶中心。常见的基体表面活化方法有催化性涂料法、银浆法等。

2.1光化学法

光化学法是非金属材料化学镀进行基体活化的研究方法，它将光学和化学结合在一起，活性物质由光辐射诱导产生，基本表面发生化学反应，形成均匀的活性物质，为进一步的化学镀奠定基础。活化机理有光电化学机理、热电化学机理、热分解反应机理等。光源主要有紫外准分子激光、红外灯等，如果是准分子灯，对其进行活化的操作是将活性物质制成固态膜，然后覆盖在基体表面，通过技术使活性颗粒沉积在基体上。如果使用光化学法具有区域性，要用模具对基进行掩膜。

2.2自催化活化法

自催化活化是由光化学法演变而来的，采用的是激光光源，没有活动性物质母体。通过激光将化学镀液沉积为镀层金属，没有活化步骤。激光对基体进行照射时，基体会发生物理或化学反应，使受射基体表面干净，使镀层金属的沉积成为可能。镀液吸收光能会局部温度会升高，镀层金属离子从镀液或基体中吸收电子还原为金属原子。这些金属原子可以自催化，促进金属的继续沉积。

2.3利用介电层放电活化法

利用介电层放电活化法是通过进行介电层放电，使基体表面清洁粗化，接着在基体表面涂抹醋酸钯，利用活化法获得活性钯颗粒，清除掉未分解的醋酸钯，基体表面形成活性钯图案，接着进行化学镀。使用介电层放电不需要激光和真空设备，在空气中就可以进行，活性钯颗粒均匀、活性好。

2.4气相沉积法

气相沉积法分为物理沉积和化学沉积，将基体放于高压真空空间，将金属制作为靶体或者易挥发物质，在基体表面沉积了一层金属，这是化学镀必须要用到的活性层。气相沉积法的活性层和基体紧密结合在一起，镀层金属和基体也紧密结合，可以很容易得到活性层，但缺点是需要使用价格较高的真空设备，无法进行区域选择，基体要保持高温，镀层金属要首先制成易发挥的物质。

3非金属材料化学镀的研究内容

3.1玻璃纤维化学镀

现在导电材料是一个研究热点，导电材料通过进行导电纤维填料并与树脂基材复合制备而成，纤维材料会受到价格、力学特性等的限制。镀金属玻璃纤维的强度较高，导电性好，是一种很好的导电填料。在对玻璃纤维乾地表面前处理时使用分散剂和偶联剂。用扫描电镜进行分析，分散处理后的试样具有较好的分散效果和均匀度。偶联处理使玻璃纤维和活性金属的结合紧密，使金属在玻璃纤维表面的吸附能力增强。镀液中的主盐硫酸铜浓度可以对沉积速度产生影响，硫酸铜的浓度增加，化学镀的沉积速度减慢。这是因为镍离子的浓度高，从而对沉积速度产生了影响。铜离子的含量小，铜离子的沉积电位和镍是相同时，对镍的沉积影响不大，如果镍的浓度升高，使铜的沉积电位高于镍时，纤维表面会沉积为铜，镍的沉积性就不活跃，镀液的沉积速度也产生影响。要实现铜和镍的沉积，要降低铜的沉积电位。

如果铜离子的浓度较低，不会明显影响镍的沉积电位，如果铜离子的浓度较高，镍的沉积电位受到了明显的影响，这表明铜的百分含量快速增加，镍的百分含量快速减少，磷离子沉积电位也随着铜离子的浓度升高而降低。

通过研究表明，新制备的镀镍、镀铜纤维的导电性能很好，但搁置或热处理后会影响导电性。这是因为镍和铜镀层的表面能较高，从周围吸收杂质或形成氧化层后对导电性产生了影响。在热塑树脂中加入导电纤维，加工后的材料的导电性能不能达到预期的效果，于是制备化学镀导电玻璃纤维，在镀铜纤维后再镀一层Ni-Cu-P合金，这样做可以对内部导电层加以保护，铜层起到了导电作用，Ni-Cu-P是保护性的镀层。双镀层结构使纤维具有较好的导电性、抗氧化性。

3.2陶瓷化学镀

陶瓷的不可焊性和导电性差使陶瓷的应用范围受到了限制，对其表面进行处理后，可以满足较多的应用要求。对陶瓷进行前期预处理包括清洗、粗化、活化等，用有机溶剂或除油剂做为清洗液，要用超声波来清除掉微孔里的除油液。

对陶瓷进行粗化的方法有化学和薄膜改性两种方法，其化学粗化使用氟化物粗化液或氢氧化钾粗化液，薄膜改性粗化法是在陶瓷表面涂上一层耐热性好的玻璃，烧结使液态玻璃渗透到陶瓷的微孔，用氟化物进行表面粗化，用超声波进行清洗，干燥。敏化和活化方法有三种，第一种用氯化亚锡溶液使用敏化液，氯化钯做为活化液；第二种方法是敏化活化一步完成，第三种方法是直接处理含有二价钯离子和有机物的混合液。

现在陶瓷在电子工业中有了广泛的应用，电子元件的性能依赖于涂镀技术。陶瓷化学镀可以改革镀层合金的种类和含量，使其具有多种功能。

3.3塑料化学镀

对塑料基体表面进行处理可以形成金属层，使塑料具有了金属化，具有良好的耐蚀性、耐磨性、导电性等，塑料金属化的方法中化学镀是应用最广泛的一种。进行塑料化学镀时要使用还原剂，将金属离子还原为具有催化活性的物体表面，形成金属镀层。在化学镀前要进行粗化、敏化、活化等处理，使镀层和基体紧密的结合。

研究人员贺英使用化学镀技术在聚苯胺镀层嵌入铜，获得了与尼龙材料结合紧密的导电复合镀层，镀层覆盖均匀，重量轻，力学性能优良。化学镀可以明显影响镀层的性能，如果碱性镀液的PH值变大、镀液的温度升高，复合镀层的导电性会增强。

3.4金刚石化学复合镀

在镀液中加入金刚石颗粒经过沉积后，可以获得复合镀层。化学复合镀可以在材料中进行均匀沉积，镀层的硬度高，具有耐腐蚀性和装饰性，应用于航空、机械、化工等领域。金刚石分为单晶和多晶，其中单晶金刚石用于研磨，有尖锐的边角。金刚石锉和砂轮用复合镀层做加工面。随着纳米技术的发展，可以将纳米级的金刚石引进到复合镀层中。纳米金刚石具有超微粒子的性质，也有金刚石的性质，应用于精密仪器、光洁度高的表面加工刀具等方面。

化学镀也应用于电接触材料中，学者吴康使用纳米金刚石增强银基镀层，提高了电触头的寿命和耐电流能力。

4小结

化学镀层具有均匀性、致密性和表面特性，未来的发展方向是：功能多样化和先进的辅助技术的融合，如印刷电路板的计算机辅助设计、红外线、超声波化学镀，加入纳米颗粒，提高化学镀锡合金的速度，控制恒定镀速等。化学镀技术未来会广泛应用于非金属材料的热处理和表面处理领域。

参考文献：

[1]鲍红权.化学镀金属导电玻璃纤维制备与性能研究[J].玻璃纤维，1997，（4）：2-5.

[2]李鹏.非金属材料化学镀镍工艺与镀层性能研究[J].应用化工，2003，32（5）：1-5.

[3]于金库.复合电刷镀金刚石的工艺研究[J].金刚石与磨料磨具工程，2011，2：7-9.

[4]吴元康.纳米金刚石织构粒子增强银基电接触复合镀层的研究[J].电镀与涂饰，2002，21（3）：6-11.