康强 董国华 傅月理 谢玉璇 林晨 李玉洁 王丹
（中山大学化学学院，98级化学基地班，广州 510275） 摘要: 本文研究了如何在ABS塑料表面镀上金属铜、镍和金的方法，筛选出合理的配方，确立了ABS塑料电镀的最佳工艺。 关键词：ABS，塑料，电镀。
一、前言
随着塑料在日常生活中的广泛应用，塑料电镀制品越来越受到人们的青睐。塑料经电镀之后，其机械性能有了很大的改进，例如抗拉应力、扭应力和冲击应力都增大许多。塑料电镀制品能大大增强抗腐蚀能力，能增加塑料的散热能力。而且在重量上，塑料制品比其它以金属为基底的制品轻许多。塑料制品的成本较金属制品的低很多，生产效率也高。由于塑料电镀制品具有上述优点，故对塑料电镀方法的研究及生产工艺的开发具有很大的实际意义。
塑料电镀的方法有湿法电镀、真空喷镀（涂）及离子线射镀等。其中，湿法电镀以其良好的结合力，耐蚀和耐热性而得到广泛应用。本实验对湿法电镀工艺流程的关键工序进行了研究，在ABS塑料钮扣上进行镀铜、镀镍实验，取得了满意的效果。通过本文实验，作者初步掌握了在塑料上进行电镀的配方、工艺条件和方法。
二、ABS电镀铜
1．原材料、试剂及配方
ABS塑料钮扣。
无水碳酸钠, 磷酸三钠, 硫酸, 铬酐, 氯化亚锡, 盐酸, 硝酸银, 氨水, 甲醛, 酒石酸钾钠, 氢氧化钠, 硫酸铜, 氯化镍, 硫酸镍, 硼酸。以上试剂均为分析纯。
① 化学除油液配方
无水碳酸钠 20~30g/l
磷酸三钠 40~50g/l
洗净剂 40~50g/l
T / oC 40~50
t/ min 20~30
② 化学粗化液配方
硫酸 1000ml
铬酐 180~200g/l
水 400ml
T/ oC 55~60
t/min 30
③ 敏化液配方
氯化亚锡 10~14g/l
盐酸 40ml/l
锡条 1根
T/ oC 室温
t/min 3~5min
④ 活化液配方
硝酸银 1.5~2g/l
氨水 滴至溶液透明
T/ oC 室温
t/min 3~5min
⑤ 还原液配方
甲醛 （36~38%）1份
水 9份
T/ oC 室温
t/min 5~30S
⑥ 化学镀铜液配方
甲液：酒石酸钾钠 40g/l
氢氧化钠 9g/l
无水碳酸钠 42g/l
乙液：硫酸铜 14g/l
氯化镍 4g/l
甲醛（37%） 53ml/l
化学镀铜时按甲液 : 乙液 = 3 : 1混合使用。
⑦ 酸性光亮镀铜液配方
硫酸铜 170~200g/l
硫酸 50~70g/l
氯离子 0.02~0.06g/l
KG-5光亮剂 5ml/l
T/ oC 10~40
电流密度/ A/dm2 4
阳极 0.3%含磷铜板
⑧ 光亮镀镍液配方
硫酸镍 250~280g/l
氯化镍 45~50 g/l
硼酸 30~35 g/l
自制光亮剂 3ml/l
T/ oC 45~55充气包装袋
pH 4.8~5.2
电流密度/ A/dm2 3
2．实验器材
烧杯，玻棒若干，试剂瓶若干，毫安电流计2台、导线若干、电加热炉。
3．电镀装置图
4．工艺流程
化学除油→流水洗→化学粗化→流水洗→敏化处理→流水洗→纯水洗→活化处理→流水洗→还原处理→化学镀铜→流水洗→光亮镀铜→流水洗→光亮镀镍→流水洗→镀金
5．实验步骤及实验现象
实验过程中的现象列于表1。
表1 ABS电镀铜的实验现象
实验步骤 | 现 象 |
① 将ABS镀金塑料钮扣（从市面购回）放入一烧杯中，加入浓硝酸使其表面的金属溶解。6小时后，将钮扣用蒸馏水清洗干净。 | 钮扣表面的镀金属溶于硝酸中，并放出棕红气体（NO2）。6小时后，钮扣表面呈灰白（此为ABS塑料）。 |
② 化学除油：将已洗净的钮扣放入除油液中，浸泡20~30min，并不断搅拌，取出，用大量蒸馏水冲洗。 | 塑料表面由灰白逐渐变成淡黄，除油液也逐渐变黄，除油液表面有微小的油珠。 |
③ 化学粗化：将除油后的钮扣放入粗化液中，搅拌，加热到55~60oC，30分钟后取出，用蒸馏水冲洗干净。 | 塑料表面无明显变化现象，粗化液经多次使用后逐渐由红变成绿。 |
④ 敏化、活化：将上述处理过的钮扣放入敏化液中3~5min，取出，用清水清洗后，再放入活化液3~5min，取出清洗。 | 敏化时，塑料表面无明显现象发生；活化时，塑料在活化液中表面很快变为黄褐。 |
⑤ 还原、化学镀铜：将活化后的钮扣放入还原液中，5~30s后取出，放入化学镀铜液中，20min后取出，用大量蒸馏水清洗。催化剂12.1 | 还原时，塑料表面无明显现象； 化学镀时，塑料表面出现气泡，而且数目越来越多，表面上逐渐附上一层红的铜层，铜层覆盖均匀，但不光亮。 |
⑥ 电镀Cu：将化学镀铜后的塑料钮扣用铜丝钩住，置于电镀Cu液中，并将铜丝接在电流计的负极上；将一铜片置于电镀Cu液中，接电流表的正极。以4A/dm2的电流通电20min，并随时振动钮扣，待镀上Cu层后，取出用蒸馏水反复冲洗。 | 电镀液中的铜片表面有一层均匀的黑膜，并且铜片不断溶解。20min后，塑料表面有一层均匀光亮的铜层。 |
⑦ 电镀Ni：将电镀Cu后的钮扣置于电镀Ni液中镀Ni，通过3A/dm2的电流5分钟，待镀上一Ni层后，取出用清水反复冲洗。 | Ni片不断溶解，5分钟后，塑料表面有一光亮的镍层，呈银白。 |
⑧ 用上述方法镀出一些表面为Ni层的钮扣后，挑出几颗镀金。将塑料钮扣置于镀金液中，通电流密度为0.1A/dm2的电流2~3min。取出用蒸馏水冲洗干净，用滤纸吸干水份，用胶袋密封好。 | 塑料钮扣在镀金液中逐渐由银白变为金黄，镀上一层光亮的金。 |
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6．问题讨论
（1）在25oC下，将塑料件浸入冰醋酸中0.5~2min。如果发“白”，说明该处有应力；应力越大，发“白”现象越严重。需消除应力，否则在工件化学镀铜后易产生起泡、龟裂等缺陷。内应力消除的办法：将塑料件在50oC下恒温16h，使其内部分子重新排列以减少或消除应力，经此处理的制品，镀层结合力较未除应力的制品高50%以上。采用水和丙酮的混合液（4 : 1）作整面剂，在18~25oC下浸渍5~10min，既可以除应力，又能脱脂，还能提高镀层的结合力。
（2）粗化时，工件必须全部浸泡在溶液中，并不断搅拌，以保证粗化均匀。粗化时溶液中的Cr6+被还原成Cr3+，当溶液颜变为绿时，不能再使用，需更换新液。
（3）敏化处理是让塑料表面上粘着一连续的金属薄膜，使其能胜任电镀时载荷电流的许多工作，它是整个工艺流程中最重要的一环。敏化剂的作用是加速塑胶之类表面上沉积反应的引发。
SnCl2 + H2O = Sn(OH)Cl + HCl
加入HCl于溶液中后，则溶液中的氢氧根（OH－）离子的浓度就会降低，于是就减少了Sn(OH)Cl生成的机会；另一方面，为了保持阳离子在溶液中为Sn2+状态，应在溶液中加入锡阳极来处理。敏化后处理相当重要，如果处理或洗涤不善，则所得的化学镀铜膜层会十分粗糙，同时铜膜本身不纯，颜不够红亮而呈黑棕，这时电导效率就不够思想，直接影响电镀铜和电镀镍时表层的均匀性和光亮性。
（4）在电镀过程中，电流密度的大小对镀层的光泽性影响很大。电流密度过大，会使镀层起泡；电流密度过小，电导效率低，使镀层的光泽性降低。本实验研究得出的合适电流密度是：电镀Cu为4A/dm2，电镀Ni为3A/dmpdb培养基2。
（5）在电镀镍过程中，应严格控制电镀液的pH值。pH值高时用10%稀H2SO4调整，pH值低时用10%NaOH调整，控制pH值在4.8~5.2之间，否则镀层易出现雾状发花现象。
由于影响电镀镀层质量的因素多，如每一流程产品的后处理，配方的合理性，电流密度的大小等，都会导致电镀实验失败。但如果严格按照工艺流程的步聚，注意敏化后处理，配方及电流密度的调整，就能得到质量较高的ABS塑料电镀产品。
三、化学镀镍
化学镀镍的活化液配制不同于化学镀铜工艺流程中活化液的配制。化学镀镍的活化液配制如下：
甲液： 氯化钯：1g ； 蒸馏水：200ml ； 结晶氯化亚锡SnCl2·H2O：2.53g ；盐酸：100ml。
乙液：锡酸钠：7g ； SnCl2·H2O：75g ； HCl：200ml。
使用液的配制：先将乙液配制好，配成的溶液为白乳浊液。再将PbCl21g溶于100mlHCl及200ml蒸馏水的混合溶液中，在30±0.5oC和不断搅拌下加入准确称量好的结晶氯化亚锡（固体）。加入后，搅拌12分钟，然后立即与已配制好的乙液混合，激烈搅拌均匀，得棕褐溶液，将此溶液在60~65oC的水浴中保温三小时，保温后用蒸馏水稀至1升即可使用。
由于氯化钯价格昂贵，我们采用了以下的活化液配方。通过改变化学镀镍液配方及实验条件的方法来研究成本较低的镀镍工艺。
活化液配方：硝酸银 1.5~2g/l
氨水 滴至溶液透明
T/ oC 室温
t/min 3~5min
实验结果见表2。
表2 ABS化学镀镍的实验现象
化学镀镍液配方 | pH值 | T/ oC | 现 象 |
Ⅰ：NiSO4·6H2O： 40g/l NaH2PO2·H2O：30g/l 三乙醇胺： 20g/l 柠檬酸钠： 50g/l | 9.0~10.0 | 60 | 无明显反应 |
Ⅱ：NiSO4·6H2O：原子菲 35g/l NaH2PO2·H2O：25g/l 洒石酸钠钾： 50g/l | 4.0~5.5 | 90 | 有少许气泡，但镀层不明显。 |
Ⅲ：NiSO4·6H2O： 30g/l 自来水供水系统NaH2PO2·H2O：30gl 柠檬酸： 19g/l 柠檬酸三钠： 45g/l | 4.0~5.5 | 90 | 有大量气泡产生，有明显的银白镍镀层生成。发泄工具 |
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