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镀钛|镀铬|PVD涂层 » Archivers » PVC塑料上微波辅助化学镀镍

摘要：研究了在微波辅助下PVC塑料上沉积Ni-P合金的工艺,以及镀液的主要成分对沉积速率和镀层性能的影响,确定了镀液的最佳配方,且与常规镀进行了比较。结果表明,利用微波加热可显著提高化学镀Ni-P合金的镀速、降低施镀温度,可以在PVC塑料上获得表面平整致密、与基体结合良好、耐蚀性良好、具有银白色金属光泽的镍磷镀层。

关键词:PVC塑料;微波;化学镀镍

中图分类号:TQ153.2 文献标识码:A 文章编号:1005-748X(2010)06-0463-03

0引言

工程塑料聚氯乙烯(PVC)具有质量轻、比硬度高、耐蚀性好以及生产成本低等优点,在工业、农业、国防和日常生活的各个领域有着广泛的应用,其发展速度已超过了金属材料。但随着现代工业不断发展,塑料本身的性能已不能完全满足某些特殊环境下的使用要求。因此,在塑料表面上采用化学镀的方式沉积金属和合金镀层,使其兼有塑料和金属的特性,对进一步提高塑料性能,扩大塑料的应用范围有着重要的实际意义。

为保持化学镀镍液稳定的操作温度,常采用的加热方式有蒸汽加热、电加热。蒸汽加热价格便宜、安全,但设备复杂,一次性投资大;电加热设备简单、效率高、控温方便,但价格贵、镀液局部温度过高。现在,超声波辅助加热也已用在化学镀中。微波加热具有许多常规加热所不具备的优点,微波辅助化学镀目前研究较少。

本试验在PVC上采用微波辅助化学镀镍,沉积速度快,施镀温度低,镀层性能优良。

1试验部分

1.1试验材料、药品与仪器

仪器:LWMC-201型微电脑微波化学反应器(南京陵江科技开发有限公司),KQ3200DB型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司),PHS-3B型精密pH计(上海精密仪器有限公司),501型超级恒温器(上海市实验仪器厂),AB204-N电子天平(河南巩义市英峪豫华仪器厂),LK98BⅡ微机电化学分析系统(天津兰力科公司),日本岛津SS-550型扫描电镜。

药品:次亚磷酸钠,柠檬酸三钠,氟化氢铵,六水合硫酸镍,三乙醇胺,硼酸钠,乳酸,乙酸钠,酒石酸,硫脲,氟化钠,氟化铵,丙酮,硅酸钠,磷酸钠,碳酸钠,高锰酸钾,氯化亚锡,环己酮,氯化钯,琥珀酸,化钠,磷酸二氢钠,氢氧化钠,盐酸,均为分析纯。材料:2.6cm×2.6cm×0.7cm的PVC塑料

1.2试验方法

(1)预处理工艺流程[1,6]去应力(丙酮清30min)→水洗→超声波辅助化学碱性除油(NaO10g/L,NaSiO33g/L,Na3PO4·2H2O12g/Na2CO38g/L,15min)→水洗→表面粗化(KMn50g/L,20min)→水洗→敏化(SnCl210g/L,HCml/L,5min)→水洗→活化(PbCl20.7g/L,HCg/L,5min)→还原(NaH2PO220g/L,4min)水洗。

(2)化学镀镍将预处理后的PVC塑料基放入试验镀液中,在微波中施镀1h,pH值为8.温度恒定在50℃左右。施镀完毕后,将镀片放在水中静置5min,用水洗再吹干,计算沉积速率[7]。(3)检测方法镀层沉积速率按GB/T139-1992中的“增重法”测定,镀层结合强度的检测照GB5270-1985中的“锉刀试验”和“划线、划格验”方法,镀层耐蚀性的检测采用三电极体系,用机电化学分析系统研究。辅助电极为铂电极,参电极为232型饱和甘汞电极,扫描速度为0.V/s。镀件表面形貌用SEM观察。

2试验结果及分析

2.1缓冲剂选择

试验选择乳酸,乙酸钠,柠檬酸钠作为缓冲剂试验结果见表1。

由表1可知,配方1镀液不稳定,镀层颜色较暗。配方2和配方3沉积速度都较快,且镀层较光亮,镀液稳定,经过进一步选择,配方3重现性较好。因此,选择柠檬酸钠作为缓冲剂。

2.2加速剂选择

固定主盐、还原剂及缓冲剂浓度,分别选择琥珀酸、氟化氢铵、氯化钠作为加速剂,试验结果见表2。

由表2可知,琥珀酸、氟化氢铵做为加速剂,镀液稳定性好,并且氟化氢铵做为加速剂镀层外观较亮,沉积速率高。所以选择氟化氢铵作为加速剂。

2.3络合剂选择

固定主盐、还原剂、缓冲剂、加速剂的组成及浓度,分别选择硼酸钠,酒石酸,三乙醇胺作为络合剂,试验结果见表3。

由表3可知,酒石酸做为络合剂镀液稳定性差并且镀层外观较暗,硼酸钠做为络合剂沉积速率较低,而三乙醇胺做为络合剂不仅镀液稳定性好,镀层外观较亮,而且沉积速率较高,所以选择三乙醇胺作为该镀液的络合剂。

2.4稳定剂选择

分别选择硫脲、氟化钠作为稳定剂。通过试验得知,硫脲为稳定剂时,镀液温度达90℃都没上镀。而氟化钠为稳定剂,镀速较快,但镀液稳定性较差,镀层外观颜色较暗。经试验,不加稳定剂效果良好,所以本试验不再另加稳定剂。

2.5镀液各组分浓度及工艺条件的筛选

试验中固定其它条件,依次改变硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠、三乙醇胺、氟化氢铵的浓度和pH值的大小,根据沉积速度快慢、镀层性能的优劣等因素确定各组分最佳浓度为硫酸镍25g/L、次亚磷酸钠30g/L、柠檬酸钠80g/L、三乙醇胺10ml/L、氟化氢铵10g/L,pH值控制在8.0~8.5之间。并按以上条件进行重复性试验,所得结果重现性好。

2.6与常规化学镀镍工艺比较

将微波辅助化学镀镍与常规化学镀镍工艺进行对比试验,镀液配方及pH值相同,施镀温度前者为50℃,后者90℃才能起镀,结果见表4。

微波辅助施镀所得镀层呈镍金属色,较光亮,沉积速度明显提高,且镀液的稳定性较好。

2.7镀层性能

(1)镀层耐蚀性将2.6中二个试样分别浸入10%稀盐酸中,用微机电化学分析系统研究,其结果见图1。由图1可知,经过微波辅助化学镀镍后镀层腐蚀电位较常规化学镀的正移,腐蚀电流减小,塔菲尔曲线也变得平缓,说明微波辅助化学镀镍后镀层耐蚀性较常规化学镀增强。

(2)镀层结合力按前述镀层结合强度测试方法测试微波辅助镀层的结合力,未见起皮起泡现象。

(3)镀层形貌以优选的最佳微波辅助工艺参数施镀可得到表面平整致密、具有银白色金属光泽的镍磷镀层。图2为镀层表面的SEM照片。可以看出:镀层既有许多胞状突起物,又有相对平坦的区域,立体感比较明显。胞状物较为致密,但相互间有明显的界限,说明这些胞状物是不同的晶核独自长大所得,并且在长大过程相互挤压,使镀层结构致密。胞状物的形成可能与施镀过程中的总界面自由能有关,当总界面自由能趋于最小时,形核将沿着基体表面以胞状方式三维生长。

3结论

(1)在PVC表面化学镀镍磷合金的较优工艺条件是:硫酸镍25g/L、次亚磷酸钠30g/L、柠檬酸钠80g/L、三乙醇胺10ml/L、氟化氢铵10g/L,pH值控制在8.0~8.5之间。施镀时间60min。

(2)在最佳工艺条件下可获得表面平整致密、具有银白色金属光泽的镍磷镀层。镀层由许多致密胞状物组成,并具有非晶态结构,镀层与基体结合良好。与常规化学镀镍工艺相比,微波辅助化学镀镍施镀温度低,能耗低,镀液稳定性较好,且可以明显提高沉积速度,所得镀层耐蚀性较常规化学镀要好。致谢:SEM图由南开大学分析测试中心测定,在此表示致谢。

参考文献:

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[6]王红艳.塑料上表面快速金属化新工艺研究[J].淮阴师范学院学报(自然科学报),2007,6(2):161-163.

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