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塑料表面快速金属化新工艺研究
点击:2350 日期:2013/6/9 12:54:23

摘 要: 研究了稳定剂和复合配体共存的条件下,PVC 塑料上快速化学沉积Ni2P 合金的工艺,讨论了镀液主要成分对镀层的影响,并通过SEM EDS 对镀层的表面形貌和组成进行了分析. 结果表明,最佳工艺所得镀层结合强度较好,表面光亮、致密. 镀层原子百分浓度组成为:Ni 56137 % ,P 26179 % , O 11128 % ,C 5156 %.

0 引言

近年来,塑料越来越广泛地应用于生产与生活用品上[13 ] ,但存在不导电、不导热、耐磨性差、易变形、不耐污染和缺乏金属光泽等缺点,从而在一定程度上限制了其使用范围. 为了满足特殊情况下对塑料性能的要求,采用化学镀的方法,在塑料表面沉积金属或合金镀层,使其兼有塑料和金属的性能,使塑料的应用范围更加广泛,同时也拓宽了化学镀的研究领域[48 ] ,具有一定的实用价值.

本文采用新型配方,使用一种复合型配合剂,在少量稳定剂、加速剂共存的条件下,镀液呈现出异常的稳定性,放置数月依然保持其可镀性,塑料在经过前期处理后浸入镀液20 min 表面即可形成一层光亮而致密的合金镀层,由于配方中加了加速剂S ,使镀速大大提高,这对提高工业化生产效率极其有利.

1 实验部分

1.1 塑料表面化学镀镍工艺流程

去除内应力(冰醋酸) →水洗→化学除油(NaOH 10 g/ L , Na2 SiO3 3 g/ L , Na3 PO4·2H2O 12 g/ L , Na2CO38 g/ L) →水洗→表面粗化(KMnO4 350400 g/ L) →水洗→敏化、活化(敏化溶液:SnCl2·2H2O 10 g/ L , HCl1 mL/ L ; 活化溶液:PdCl2 017 g/ L , HCl 210 g/ L) →水洗→化学镀镍→水洗→备用.

1.2 化学镀液成分及条件

化学镀液成分及条件分别为:NiSO4·6H2O : 2050 g/ L ; pH 518 ; NaH2PO2·H2O :1045 g/ L ; 加速剂S:110 mg/ L ; 复合配体:2090 mL/ L ; Pb(AC)2 :2 mg/ L.

1.3 镀速及镀层的结构、成分与表面形貌测试

1.3.1 镀层沉积速率

GB/ T13913292 中的“增重法”测定镀覆1 h 后试片的增重,然后计算沉积速率.

1.3.2 镀层的成分

采用日本HORIBA 70212HX射线能谱仪(EDS) 进行测试.

1.3.3 镀层的表面形貌测试

采用日本HITACHI S3000 扫描电镜进行分析.

1.4 电化学测定

采用美国EG & G公司的M273 型电化学参数综合测试仪[9 ] ,工作电极是面积为1 cm2 的化学镀镍后的铁电极,辅助电极为相同面积的铂片,参比电极为饱和甘汞电极. 阳极极化曲线在无Ni2 + 的基础镀液中测得,阴极极化曲线是在无H2 PO2

- 的基础镀液中测得. 采用线性扫描法(LSV) ,扫描速度o 1 mV/ s.

2 结果与讨论

2.1 加速剂S 的加速机理

化学镀镍过程由还原剂次磷酸根的氧化和镍离子、氢离子及次磷酸根的还原这两个过程组成:

阳极反应:

    H2PO2- +H2O H2 PO3-+2H+ +e                 (1)

阴极反应:

    Ni2+ + 2e Ni                            (2)

    2H+ + 2e H2                             (3)

    H2PO2- + 2H+ P + 2H2O                 (4)

为了确定S是加速阴极Ni2+ 的还原过程还是加速阳极H2PO2- 的氧化过程,分别进行如下测定:

(a) 不含次磷酸根而其它成分不变的镀液中,不同浓度的S Ni2+ 阴极还原速度的影响,结果每次所得的曲线基本相同,说明S Ni2+ 阴极还原无直接影响; (b) 在不含Ni2+ 而其它成份相同的镀液中,随着S浓度的增大,次磷酸根的氧化电流迅速上升,这表明S 是一种阳极氧化去极化剂,它可以提高次磷酸根的氧化能力,促进次磷酸根放出H+ ,从而加速Ni2+H+ H2PO2- 的还原.

2.2 镀液的主要成分对沉积速率的影响

为了获得最适宜镀液组成,系统地研究了硫酸镍浓度、次磷酸盐浓度、配体浓度等因对沉积速率的影响,并对加速剂的加速机理进行了讨论.

2.2.1 硫酸镍浓度对沉积速率的影响

硫酸镍为化学镀镍的主盐之一. 从表1 可见在一定范围内提高硫酸镍的浓度,沉积速率逐渐增大,当硫酸镍浓度增至30 g/ L ,沉积速率达到最大值,约为25134μm/ h ;若继续增大NiSO4 浓度,镀速反又呈下降趋势,建议硫酸镍的浓度以30 g/ L 为宜.

2.2.2 次磷酸钠浓度对沉积速率的影响

2 给出了次磷酸钠浓度对沉积速率的影响,当镀液中次磷酸钠浓度增大时,Ni-P 合镀层的沉积速率也随之增大,次磷酸钠浓度达到25 g/ L ,沉积速率出现最大值,约为32182μm/ h ;随着浓度的进一步增大,沉积速率明显下降. 所以次磷酸钠的质量浓度取25 g/ L 为佳.

2.2.3 配体浓度对镀速的影响

本文所选用的配体是一种由4 种物质混合而成的混合型配合剂. Ni2+ 生成稳定的配合物,含量较低时,镀液易于混浊,含量过高,镀液较稳定,但镀速有所减慢,所以一般浓度控制在60 mL/ L 左右. 这样能有效地配合Ni2+  ,抑制合金镀层中的Ni 含量,从而提高镀层中的磷含量.

2.3 镀层的组成及表面形貌研究

2  PVC 表面Ni2P 镀层的能谱图

1 a b 分别显示了PVC 塑料表面化学镀镍前后的表面形貌. 可以看出Ni2P 合金起到了很好的整平作用,镀层表面致密,且结晶均匀、细致.

从图2 PVC 表面化学镀Ni-P 镀层的EDS 能谱图可以看出:镀层表面主要由Ni-P 组成,少量C 的存在可能来源于表面污染或基体,O 峰的存在表明镀层表面部分已被氧化,镀层中各主要成分的原子百分比分别是:Ni 56137 % ,P 26179 % ,O 11128 % ,C 5156 % ,后期的性能实验也证明金属化后的PVC 耐蚀性能明显提高.

3 结论

在少量加速剂S 共存的条件下,用复合配位剂进行的塑料表面化学镀Ni2P 合金镀层,镀速较快,镀层中含磷量较高. 镀层表面光亮,结晶均匀、致密. 最佳镀液组成为:硫酸镍30 g/ L ,次磷酸钠25 g/ L ,复合配体60 mL/ L ,加速剂S 微量.

 

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