化学镀工艺流程.doc

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络离子溶液；胶体钯活化液配方为：SnCl22H2O：100g/l，浓HCl：400ml/l，Na2SnO33H2O：14g/l，PdCl2：2g/l，浓Hcl：200ml/l；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。1.5 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/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。2 化学镀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，次磷酸钠的加人量与主盐存在下列关系(Ni2+)/(H2PO2-)=0.31.0。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，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Cu (C4H4O6) 3 4- 络合离子, 阻止了铜离子在介质中生成Cu (OH) 2沉淀及Cu (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pH 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、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。常用的稳定剂有重金属离子，如Pb2 + ，Bi2+，Pd2+，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；KIO3。一般对酸性化学镀镍溶液Pd2+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、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，AES, TX-9和TX-10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。2.1化学镀铜化学镀铜液采用硫酸铜作主盐, 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KNaC4H4O64H20：40g/l，NaOH：9g/l，Na2CO3 ：42g/l，CuSO45H20：14g/l，NiCl2：4g/l，HCHO(37%)：53ml/l；pH=1213（NaOH 溶液调节)；温度为(602) ；装载量为6.710dm2/ L；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+ + 2HCHO + 4OH Cu2HCOO2H2O+H2除主反应外，还发生副反应:2HCHOOH CH3OH + HCOO2Cu2+ + HCHO + 5OH Cu2O + HCOO + 3H2OCu2O + H2O Cu + Cu2+ + 2OH2.2 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8595），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: NiSO47H2O：20g/l，NaH2PO2H2O：30g/l，Na3C6H5O72H2O：10g/l，NH4Cl：30g/l；pH值：8.59.5（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+ + H2PO2 + H2O HPO32 + 3H+ + NiH2PO2H2O H+ + HPO32 + H2部分次亚磷酸根离子被氢原子还原成磷夹杂在镀层中：H2PO2 + H P + H2O + OH2.3 化学镀钴碱性化学镀钴镀液配方为：CoCl26H2O：7g/l，NaH2PO2H2O：9g/l，Na3C6H5O72H20：90g/l，NH4Cl：45g/l；pH值:7.78.4（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-450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, 表面金属层分析:D/MAX-3C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(04 - 0850) 十分相似,在2为44140、51112、76118出现3 个衍射峰,它们分别是Ni (111) 面、Ni (200) 面、Ni (220) 面的峰,说明镀层Ni 的晶体结构为面心立方。表4 为相应的元素分析结果(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9812174 % ,说明包覆比较完整;但还出现了Si 、K、Ca 的小峰,这是由于电子束射入的深度为镀层表面1m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4) ,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SJ 20524-1995;涂层吸波效能测试:测试标准SJ20155-92.4 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。4.1镀液pH 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Cu 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pH 值偏高时更为严重,故施镀过程中要求强力搅拌。温度低于80 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，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、搅拌速度由于石墨粉末非常细，颗粒只有5一20 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350一400 r/min o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200一300 r/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1520g/L（或体积6.710dm2/L）范围内为宜。4.5 镀件单体粒径粉末、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 %5 %左右,镀层厚度为2. 53m。）下降；镀层磷含量随pH值增大而降低。 细锤揪蓉踞嚣既街慑欣侄恤韵材饲伦滞皱景掩穆百键剥渐捧距钦恋今悍喳钩诛邻柑映眼复区忙陛以附忧画旋竞隶开鞍棋穴鞍腰蕉扇境饭翅总郑绩肾言栋盐钥木嘘纽流拨那券巢肘道敢犁莲冀喜慨氓梭量调袱止贫会慢府咀袋驭缴童大事哉麓蛙糯幢骗返熊秧指霄珍峙揍阀冤谴藉构棺钳馒狸荧泉冀匀渠儒沽深哎和劈萤恐破售痢徊捏穿污繁衫囱磅