塑料镀锌原理
塑料电镀 4.7.1 实验目的 （ 1 ）了解塑料电镀的原理和方法； （ 2 ）了解塑料电镀前处理—化学镀的原理和方法。 4.7.2 实验原理 以塑料化学镀及塑料电镀为基础的塑料表面加工工艺已得到广泛的应用。由于产品是由塑料和金属组成的复合材料，它具有美丽的金属外观，质量轻，强度高，硬度大，耐候性好，耐热性佳，耐腐蚀强，加工造型方便，成本低廉等优点，已成为新产品设计和产品加工必不可少的技术手段。 非金属电镀与金属电镀相似。不同的是非金属材料如陶瓷、玻璃、塑料等是非导体，须先将非金属材料的镀件进行化学镀，使之具有导电能力，然后再进行电镀。 （ 1 ）化学镀的原理和方法 化学镀是指使用合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原成金属而沉积在非金属镀件表面的一种镀覆工艺。本实验为化学镀铜。为使金属的沉积过程只发生在非金属镀件上而不发生在溶液中，首先要将非金属镀件表面进行除油、粗化、敏化、活化等处理。 除油处理（常用碱性溶液）可除去非金属镀件表面上的油污，使表面清洁。 粗化处理（常用酸性强氧化剂）可使金属镀件表面呈微观的粗糙状态，增加表面积及表面的亲水性。 敏化处理（常用酸性氧化亚锡溶液）可使粗化的非金属镀件表面吸附一导具有较强还原性的金属离子（如 Sn2+ ），用于还原活化溶液中的金属离子（如 Ag+ ）。 活化处理是使镀件表面沉积一层具有催化活性的金属微粒，形成催化中心，促使 Cu2+ 在这催化中心上发生还原作用。常用的活化剂有氧化金、氯化钯和硝酸银等，因前两者价格较贵，所以一般选用硝酸银作活化剂，当经过氯化亚锡敏化处理的镀件再浸入硝酸银溶液后，将在镀件表面产生如下反应： Sn2+ +2Ag+ =Sn4+ +2Ag 产生的这些金属银微粒具有催化活性，是化学镀铜的结晶中心。经活性处理后，在镀件表面已具有催化活性的金属银粒子，能加速氧化还原反应的进行，使镀件表面很快沉积上铜的导电层而实现非金属材料的化学镀铜。化学镀铜溶液中通常含有以下成分： 1 ）可溶性铜盐（如硫酸铜、硝酸铜） 2 ）配合剂（如酒石酸甲钠、甘油） 3 ）还原剂（如甲醛） 4 ）还原速度抑制剂（如氢氧化钠） 5 ）其他试剂（如碳酸钠、氯化镍） 化学镀铜总的反应方程式： （ 2 ）非金属电镀及其影响因素 非金属镀件经预处理和化学镀后，即可进行电镀。根据不同的要求，可镀锌、镀铜、镀镍等。影响非金属电镀的因素是我方面的，除电镀的浓度、电流密度、温度等因素外，还与非金属材料的本性及造型设计、模具设计等工艺条件有关。 4.7.3 仪器和试剂 （ 1 ）仪器 直流稳压稳流电源，烧杯（电镀池），导线（带鳄鱼夹）， ABS 塑料片或聚乙烯塑料片（ 7cm × 1.5cm ），铜片（ 7cm × 1.5cm ），锌片（ 7cm × 1.5cm ），滴管，玻棒。 （ 2 ）试剂 1 ）化学除油液： ① 碱性除油液： NaOH （ 50g·dm-3）， Na3PO4（ 30g·dm-3）， Na2CO3（ 15g·dm-3），洗涤剂（ 5g·dm-3）。 ② 酸性除油液： K2Cr2O7（ 30g·dm-3），浓 H 2 SO 4 （ 600cm 3 ）， H 2 O （ 400cm 3 ） 2 ）化学粗化液： ① ABS 塑料：浓 H2SO4（ 800cm3）， CrO3（ 10g·dm-3）， H2O(200cm3）。 ② 聚乙烯塑料：浓 H2SO4（800cm3），CrO3（ 35g·dm-3），H2O （ 200cm3）。 3 ）敏化液： SnCl2·H2O（10g·dm-3）,HCl（40cm3），锡粒若干。 4 ）活化液： AgNO3（ 1.5~ 2g·dm-3），氨水滴至褐色浑浊转为稼明。 5 ）化学镀铜法：化学镀铜液分别配成 A ，B 两种溶液，使用时按 A ：B=1 ：3 混合。 A 液： CuSO4·5H2O（7g·dm-3）， NiCl2·6H2O（ 2g·dm-3）， HCHO（37% ，12g·dm-3）。 B 液： NaKC4H4O6（15g·dm-3）,NaOH（25g·dm-3） . 6) 电镀液： ① 镀铜液： CuSO4（150g·dm-3），H2SO4（30g·dm-3），NH4Cl（30g·dm-3）。 ② 镀锌液：ZnSO4（36g·dm-3），NH4Cl（30mg·dm-3） , C6H12O2（ 120g·dm-3），NaAc（15g·dm-3）（调节 pH 为 3~5 ）。 7 ）其他： pH 试纸，砂纸。 4.7.4 实验内容 （ 1 ）化学镀预处理 用自来水把塑料镀件清洗干净，依次浸入除油液、粗化液、敏化液、活化液进行处理，工艺条件参照下表。 化学镀预处理工艺条件表 处理过程 温度 / ℃ 时间 /min 注意事项及清洗 除油 碱性 70~80 10 不断翻动镀件，除油后用自来水彻底清洗，然后吹干或浸入 8%H 2 SO 4 2~5min 酸性 20~25 5 不断翻动镀件，除油后用自来水稳底清洗 粗化 50~60 30 30 不断翻动镀件，粗化后有自来水彻底清洗，角后用蒸镏水清洗 敏化 20~25 3~5 3~5 多次翻动镀件，敏化后将镀件放在蒸镏水中，漂洗 2~5min ，漂洗时，不能剧烈翻动镀件。 活化 20~25 2~5 2~ 镀件进入活化液，表面应很快呈褐色或浅咖啡色，活化后，镀件应用蒸馏水充分清洗 （ 2 ）化学镀铜 用量筒量取 A 液和 B 液（1 ：3 ）并混合制成化学镀铜液，用 pH 试纸测定其 pH 值，并调节 pH=12~13 。把预处理过的塑料镀件在室温下（ 20~ 25 ℃ ）浸入化学镀液中并不断翻动镀件。 25~30min 后，取出镀件用自来水漂洗，晾干或低温烘干，此时塑料镀件已具有导电能力。 （ 3 ）电镀 经化学镀铜的塑料镀件即可进行电镀。 1 ）镀铜：用铜片作阳极，塑料镀件作阴极，按图 4.6.1 接好电镀装置线路，经指导教师检查后可进行电镀。注意：应先将塑料镀件接在阴极位置上，接通电源使塑料镀件带电，再浸入镀铜液中，以防止导电金属薄膜侵蚀或损伤。电镀工艺条件见下表。电镀完毕取出镀件，用自来水清洗。 2 ）镀锌：用锌片作阳极，塑料镀件作阴极，按表中的工艺条件进行电镀，操作及注意事项与镀铜类似。 电镀工艺条件 电镀名称 温度 / ℃ 时间 /min 阴极电流密度/ (A·dm-2） 阳极材料 S 阳：S 阴 镀铜 20~25 10 3~4 铜片 1 ：1 镀锌 20~25 20~-30 0.1~0.2 锌片 1 ：1
一般所说的电镀，是指在基体金属(如铁、铜等)上面镀上一层薄薄的金属(如铬、镍等)，目的是为了增强各种金属物品的防腐性能、耐磨性能，同时使它们更美观。
随着科学技术的飞跃发展，电镀的应用也越来越广，人们对于电镀的要求就不局限于在金属物品上镀金属，而考虑到也要在非金属物品上镀金属了。特别是塑料的广泛应用，过去的不少金属物品，现在大量地用塑料来代替，许多机械制造用塑料来做各种部件、零件，甚至原子能工业、火箭导弹、宇宙飞船也广泛应用塑料。还有各种精密仪器仪表的部件、零件以及飞机的外壳等等，都要采用塑料制品，这样做可以大量地节约有色金属，缩短加工工时，减轻产品的重量，又可以提高产品质量。但是要做到在塑料制品上面镀上金属，并不是一件容易的事情，因为塑料与金属材料不同，塑料不是导体，不像金属材料那样可以直接电镀。怎么办呢?科学家、工程师们经过研究实验，首先把塑料制品进行“粗化”，就是说把塑料制品的表面弄得粗糙些，使它能够吸附一层易氧化的物质，再经过氧化还原反应，使塑料品的表面有一层贵金属膜，再通过“沉铜”，使塑料品的表面沉积出金属铜。这样一来，塑料的表面因为有了一层金属，可以作为导体，于是就可以像金属物品一样来进行电镀了，同样可以镀上铜、镍、铬，使塑料品披上一层光亮的金属“衣服”。
一般最好有效的方法是电镀。用电解液浸泡金属。使其表面覆盖上一层其他金属。
电镀是获得金属防护层的主要方法之一。根据对电镀层不同的要求，电镀层可分为：（1）防护性镀层；（2）防护—装饰性镀层；（3）耐磨和减磨镀层；（4）电性能镀层；（5）磁性能镀层；（6）可焊性镀层；（7）耐热镀层；（8）修复用镀层；以及一些其它特殊功能性要求的镀层。
电镀是一种电化学过程，也是一种氧化还原过程。电镀的基本过程（以镀镍为例）是将零件浸在金属盐的（如NiSO4）溶液中作为阴极，金属镍板作为阳极，接通直流电源后，在零件上就会沉积出金属镍镀层。例如在硫酸镍电镀溶液中镀镍时，在阴极上发生镍离子得到电子还原为镍金属的反应，这是主要反应，其反应式为：
Ni2++2e→Ni0
还有氢离子还原为氢的副反应：
2H++2e→H2↑（氢气）
在电镀过程中是不希望产生这类副反应的。
在镍阳极板上发生镍金属失去电子变成镍离子的反应：
Ni→Ni2++2e
有时还有以下副反应：
4OH-→2H2O+O2↑+4e
不是所有的金属离子都能从水溶液中沉积出来，如果在阴极上氢离子还原为氢的副反应占主要地位，则金属离子难以在阴极上析出。根据实验，金属离子自水溶液中电沉积的可能性，可从元素周期表中得出一定的规律，
能够从水溶液中电沉积的金属主要分布在铬分族以右的第4、5、6周期中，大约有30种。铬分族本身的Mo及W虽可能沉积但比较困难。必须指出，这种分界不是绝对的，如电镀合金，或在有机溶剂及熔融盐中沉积金属，就会出现不同的结果。
为了达到防护要求，对电镀层的基本要求为：
（1）与基体金属结合牢固、附着力好；
（2）镀层完整、结晶细致紧密，孔隙率小；
（3）具有良好的物理、化学及机械性能；
（4）具有符合标准规定的镀层厚度，而且镀层分布要均匀。
ABS塑料电镀，是指在ABS塑料基体的表面，通过特定的加工方法获得金属层。塑料电镀后，既保持了塑料制件重量轻、抗蚀性能强的特点，又赋予其金属的耐磨性和装饰性。新工艺中去除了把活化步骤，既简单了操作，又节约了生产的成本。
二、实验方法
1、基体镀前处理:去油-一水洗一一粗化-一水洗-一氨浸-一水洗一一浸酸-一敏化-一水洗
2、将镀件置于镀液中在搅拌下进行化学镀
3、化学镀后的镀件清洗后，带电人槽进行电镀
4、镀后处理:以水清洗后，干燥
三、结果与讨论
1、镀前处理各流程机理研究镀前处理的目的是通过一定的化学方法，在塑料的表面形成一层具有催化活性的金属微粒的过程。
(1)去油配方:NaOH60g/LNa3PO430叭Na2C0315叭十二烷基苯磺酸钠log/L.
ABS塑料表面有许多油脂污染物，去油的目的是除去基体表面的污垢，使制件在化学粗化液中能更快地、均匀地被水所浸润，从而确保粗化均匀，提高镀层结合力。同时，去油溶液不仅能清除塑料表面的污垢，而且还能稍微改变塑料表面的组织结构，为粗化提供良好的表面结构。若去油不净，粗化层便不均匀，镀层结合力不一致，严重时导致镀层局部脱落去油时溶液温度过高则制件容易变形，温度过低则影响速度。实验采用碱性除油液，温度为65-7000，时间为20钟。去油后，特别是有的盲孔较深的制件，可能残留碱液，易与粗化液发生酸碱中和，降低粗化液的使用效果和时间，因此需经酸浸、水洗后再进行下一道工序。
(2)粗化配方:Cr203180g/LH2S04(d=1.84)350ml/L
ABS塑料是非极性的，它是一种疏水体，为了达到增大镀层的接触面和亲水的目的，必须进行粗化。ABS塑料的内部结构是由A和S组份共聚构型，而橡胶状的B组份则以球形分散于S-A构型中。粗化液中的硫酸将制件表面的B组份蚀刻掉，对S-A构型则基本无影响，同时在酸性条件下，氧化剂也可对丁二烯起氧化作用，在制件表面生成较多的亲水性基团，如拨基(>C=0)、经基(-OH),磺酸基(-OH)等。这些极性基团的存在，极大地提高了制件表面的亲水性，有利于化学结合，从而有利于提高镀层的结合力。铬配一硫酸粗化液能迅速完全地除去制件表面的污垢，而且粗化均匀，对制件表面光洁度及尺寸精度影响都很小。同时，由于粗化液只有两种成分，配制简单，而且很容易通过化学分析的方法，对溶液进行调整和维护。粗化时间与镀层的结合力关系密切，粗化时间太短，镀层的结合力不够时间太长，镀层的结合力反而下降。另外，温度始终处于恒定值时，达到最佳粗化度的时间较短，粗化速度较快。实验条件为:温度:65-70%，时间为30分钟。
(3)敏化配方:SnC123.5g/100m1HCl10-20mU100m1
敏化处理是将粗化过的制件置于含有敏化剂的溶液中进行浸泡，在制件表面吸附一层易于氧化的二价锡离子。当二价锡离子的数量较多时，活化后可在制件的表面形成较多的活化中心，以获得结合力好、光滑一致的化学镀层若二价锡离子的数量太少，活化后制件表面形成的活化中心少，化学镀难以进行但若二价锡离子的数量太多，易使镀层粗糙、疏松，结合力反而下降。敏化在制件表面形成的凝胶状的活化中心，不是在敏化液中形成的，而是在下一道工序水洗时产生的，所以敏化效果与制件在敏化液中的持续时间无关，而与敏化剂的酸度、二价锡的含量及塑料的结构、塑料表面的粗化度、塑料制件本身形状的复杂层度、清洗条件等有关。敏化时，要翻动制件，使敏化均匀，提高敏化效果。敏化剂易失效，故最好现用现配。
2、化学镀化学镀银是一种化学还原过程，依靠还原剂的催化还原而连续地沉积银，从而为电镀银创造条件。
(1)化学镀银配方银氨溶液:硝酸银:1.6g/100m1KOH:0.8g(100nml(氨水调清)酒石酸钾钠液:1.5幼00m1温度:15-209C时间:10-15分钟。
(2)影响因素镀银液中氨的含量高，化学镀的起始速度降低，但溶液的稳定性和镀层加厚溶液的温度过高则银大量析于溶液中，过低则沉积速度太慢，影响工作效率。化学镀时间延长理论上可降低镀件电阻，但10-15分钟已达要求，再增加电阻降低有限。
3、电镀
(1)电镀银配方A邪l35-40叭KCN65-80必银盐含量过低，阴极电流密度的上限下降，镀银速度慢含量过高，虽然镀银速度较快，但镀层较粗糙，也不利于溶液的稳定。实验选取A邪l和KCN为电镀液主盐，纯板为阳极，阴极电流密度为0.1一0.5A/dm’，于25℃下进行电镀。
(2)注意事项
*带电人槽，防止产生露塑现象。
*保持很好的导电性，如果接触不良，会发生镀不上去或化学镀层腐蚀的现象。
*保持溶液清洁，否则影响镀件表面光洁度。
*严禁用高电流冲击，否则会产生条纹花斑状的镀层和破坏溶液。
*电镀后可采用浸亮或电化学钝化的方法提高镀层的抗腐蚀能力。
