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金屬表面化學鍍及複合化學鍍層
一、概述
化學鍍是通過化學催化反應在金屬或非金屬表面沈積一層非晶態物質，如常用的Ni-P合金層。
由於施鍍過程不需要電流，零件的不同形狀的各個部位沈積層很均勻，鍍層度也可嚴格控制，所以有很好的仿形性，能滿足精密尺寸的要求。
這種非晶態的Ni-P 化學鍍層可以改變材料的表面性能使其具備優異的耐蝕、耐磨等性能。
特別是在Ni-P化學鍍層中加入S iC陶瓷顆粒形成複合鍍層，可以在保持原有良好的性能基礎上，使其耐磨性能大幅度提高。
由於該鍍層具有良好的耐蝕、耐磨性能，在機械工業、化學工業和石油工業方面有廣泛的應用前景，在一定範圍內可以取代不銹鋼和合金鋼，同時在耐磨差的不銹鋼和有色金屬上應用也可以大幅度提高其使用壽命。
二、主要性能、技術指標
1、結合力：採用合適的預處理工藝，可以獲得很好的結合力，試片經180度彎曲後鍍
層無脫層現象。
2、硬度：
鍍層：Ni-P鍍層Hv500-550；
熱處理後：Ni-P鍍層Hv1000-1100。
3、耐磨：
鍍層由於硬度高，而且磨擦係數小，因此具有良好的耐磨性。
4、耐蝕：
對鹽酸、硫酸、磷酸、熱燒鹼的耐腐蝕性能優於不銹鋼。
三、技術經濟分析
本技術可以對鋼、鑄鐵、銅、鋁及其合金和鑄件施鍍。
化学镀工艺简介化学镀是指在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在基体表面，形成镀层的一种表面加工技术。
被镀工件浸入镀液中，化学还原剂在溶液中提供电子使金属离子还原沉积在镀件表面，其反应式为M n++ne→M。
该过程是一个催化的还原过程，还原作用仅仅发生在催化表面上。
如果被镀金属本身是反应的催化剂，则化学镀的过程就具有自催化作用。
反应生成物本身对反应的催化作用，使反应不断继续下去，因此化学镀又称自催化镀(Auto catalytic plating)、无电解镀(Electroless plating)。
应当注意的是不能把化学镀与置换沉积相混淆，因为后者存在着基体金属的溶解。
此外，也不能把化学镀与均相的化学还原过程(如浸银)相混淆，因为此时沉积过程会发生在与溶液接触的所有物体上。
化学镀是在催化剂作用下，溶液中的金属离子被生长着的镀层表面所催化，不断地被还原，沉积在基体表面。
在这个过程基体表面的催化作用相当重要，元素周期表中的Ⅷ族金属元素都具有化学镀过程中所需的催化效应。
金属离子与还原剂在镀液中同时存在，是处于热力学的不稳定状态。
选择使金属离子趋于稳定的强络合剂对提高镀液稳定性有利，但使沉积速度降低。
选择适当的络合剂可控制稳定性和沉积速度，改善镀层光亮度和耐蚀性，同时还能改变还原反应的活化能，实现低温施镀。
酸性镀液常用的络合剂有乳酸、氨基乙酸、羟基乙酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、硼酸、水杨酸等。
碱性镀液常用的络合剂有氯化铵、醋酸铵、柠檬酸铵和焦磷酸铵等。
化学镀的络合剂正向复合应用方向发展。
若被镀材料不具备自动催化作用，如塑料、陶瓷等非金属材料，还需经过前处理，使镀面活化后再进行化学镀。
在施镀过程中，因种种原因不可避免地在镀液中产生活性的结晶核心，致使镀液自行分解而失效，稳定剂可对活性结晶核心进行掩蔽，达到防止镀液分解的目的。
常用的稳定剂有铅离子、硫脲、锡的硫化物、硫代硫酸盐、铝酸盐和碘酸盐等。
化学镀技术概述硬盘、CPU和内存被称为计算机的“三大件”。
随着计算机技术的发展，计算机硬盘逐步向小型、薄型、大容量和高速度方向发展。
在计算机硬盘中用于存储数据的是盘片，它由铝镁合金制成，然后在表面进行化学镀Ni-P或Ni-P-Cu，作为后续真空溅射磁记录薄膜的底层。
该镀层要求非磁性、低应力、表面光洁和均匀。
图5-17所示为计算机硬盘及化学镀镍后的CPU。
1.化学镀的原理和特点（1）化学镀的原理化学镀也称为无电解镀或自催化镀，在表面处理中占有重要的地位。
化学镀是指在没有外加电流通过的情况下，利用镀液中还原剂提供的电子，使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在工件表面，形成镀层的表面处理技术。
酸性化学镀镍溶液中，还原沉积时的反应式为式中，H2PO2是还原剂。
图5-17 计算机硬盘及化学镀镍后的CPU化学镀镍溶液的组成及其相应的工作条件必须使反应只在具有催化作用的工件表面上进行，镀液本身不发生氧化还原反应，以免溶液自然分解、失效。
如果被镀金属本身是催化剂，则化学镀的过程就具有催化作用。
镍、铜、钴、铑、钯等金属都具有催化作用。
（2）化学镀的特点化学镀与电镀相比，具有如下特点：1）镀层厚度非常均匀，化学镀液的分散能力非常好，无明显的边缘效应，几乎是工件形状的复制。
所以化学镀特别适用于形状复杂的工件，尤其是有深孔、不通孔、腔体等的工件的电镀。
化学镀层非常光洁平整，镀后基本不需要镀后加工。
2）可以在金属、非金属、半导体等各种不同基材上镀覆。
化学镀可以作为非导体电镀前的导电底层镀层。
3）镀层致密，孔隙低，基体与镀层结合良好。
4）工艺设备简单，不需要外加电源。
5）化学镀也有其局限性，例如镀层金属种类没有电镀多，镀层厚度一般没有电镀高，化学镀的镀液成本一般比电镀液成本高。
2.化学镀镍化学镀镍是化学镀中应用最为广泛的一种方法。
化学镀镍多采用次磷酸盐、硼氢化物、氨基硼烷、肼及其衍生物等作为还原剂，其中次磷酸盐由于价格便宜，被广泛应用。
化学镀化学镀是一种在无电流通过的情况下，金属离子在同一溶液中还原剂的作用下通过可控制的氧化还原反应在具有催化表面(催化剂一般为钯、银等贵金属离子)的镀件上还原成金属，从而在镀件表面上获得金属沉积层的过程，也称自催化镀或无电镀。
化学镀最突出的优点是无论镀件多么复杂,只要溶液能深入的地方即可获得厚度均匀的镀层,且很容易控制镀层厚度。
与电镀相比，化学镀具有镀层厚度均匀、针孔少、不需直流电源设备、能在非导体上沉积和具有某些特殊性能等特点；但化学镀镀层质量不很好，厚度上不去，且可镀的品种不多，故主要用于不适于电镀的特殊场合。
在化学镀中，金属离子是依靠在溶液中得到所需的电子而还原成金属。
化学镀溶液的组成及其相应工作条件必须是反应只限在具有催化作用的制件表面，而溶液不应自己本身发生氧化还原，以免溶液自然分解，造成溶液过快地失效。
化学镀所需仪器:电热恒温水浴锅；8522型恒温磁力搅拌器控温搅拌；增力电动搅拌机。
化学镀工艺流程：机械粗化→化学除油→水洗→化学粗化→水洗→敏化→水洗→活化→水洗→解胶→水洗→化学镀→水洗→干燥→镀层后处理。
1化学镀预处理需进行化学镀的镀件一般不溶于水或者难溶于水。
化学镀工艺的关键在于预处理，预处理的目的是使镀件表面生成具有显著催化活性效果的金属粒子，这样才能最终在基体表面沉积金属镀层。
由于镀件微观表面凸凹不平,必须进行严格的镀前预处理,否则易造成镀层不均匀、密着性差,甚至难于施镀的后果。
1.1 化学除油镀件材料在存放、运输过程中难免沾有油污，为保证预处理效果，必须首先进行除油处理，去除其表面污物，增加基体表面的亲水性，以确保基体表面能均匀的进行金属表面活化。
化学除油试剂分有机除油剂和碱性除油剂两种；有机除油剂为丙酮(或乙醇)等有机溶剂，一般用于无机基体如鳞片状石墨、膨胀石墨、碳纤维等除油；碱性除油剂的配方为：NaOH：80g/l，Na2CO3(无水)：15g/l，Na3PO4：30g/l，洗洁精：5ml/l，用于有机基体如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等除油；无论使用哪种除油试剂，作用时都需要进行充分搅拌。
化学镀技术摘要化学镀是一种在无电流通过的情况下，金属离子在同一溶液中还原剂的作用下通过可控制的氧化还原反应在具有催化表面(催化剂一般为钯、银等贵金属离子)的镀件上还原成金属，从而在镀件表面上获得金属沉积层的过程，也称自催化镀或无电镀。
化学镀最突出的优点是无论镀件多么复杂,只要溶液能深入的地方即可获得厚度均匀的镀层,且很容易控制镀层厚度。
与电镀相比，化学镀具有镀层厚度均匀、针孔少、不需直流电源设备、能在非导体上沉积和具有某些特殊性能等特点；关键词：化学镀，表面工程，金属；化学镀技术及发展概况近年来, 化学镀技术得到了越来越广泛的应用，在各种非金属纤维、微球、微粉等粉体材料上施镀成为研究的热点之一；用化学镀方法可以在非金属纤维、微球、微粉镀件表面获得完整的非常薄而均匀的金属或合金层，而且镀层厚度可根据需要确定。
这种金属化了的非金属纤维、微球、微粉镀件具有良好的导电性，作为填料混入塑料时能获得较好的防静电性能及电磁屏蔽性能,有可能部分取代金属粉用于电磁波吸收或电磁屏蔽材料。
毛倩瑾等采用化学镀的方法对空心微珠进行表面金属化改性研究,发现改性后的空心微珠具有较好的吸波性能，可用于微波吸收材料、轻质磁性材料等领域。
化学镀所需仪器电热恒温水浴锅；8522型恒温磁力搅拌器控温搅拌；增力电动搅拌机。
化学镀工艺流程机械粗化→化学除油→水洗→化学粗化→水洗→敏化→水洗→活化→水洗→解胶→水洗→化学镀→水洗→干燥→镀层后处理。
1化学镀预处理需进行化学镀的镀件一般不溶于水或者难溶于水。
化学镀工艺的关键在于预处理，预处理的目的是使镀件表面生成具有显著催化活性效果的金属粒子，这样才能最终在基体表面沉积金属镀层。
由于镀件微观表面凸凹不平,必须进行严格的镀前预处理,否则易造成镀层不均匀、密着性差,甚至难于施镀的后果。
1.1 化学除油镀件材料在存放、运输过程中难免沾有油污，为保证预处理效果，必须首先进行除油处理，去除其表面污物，增加基体表面的亲水性，以确保基体表面能均匀的进行金属表面活化。
化学镀铝和铝合金有易产生晶间腐蚀,表面硬度低,不耐磨损等弱点。
在其表面进行化学镀处理，可以改善一些性能：改善耐腐蚀性，提高耐磨性，良好的耐磨性，高硬度，提高装饰性。
而纳米TiO2的加入，可以显著提高镀层的耐磨性，硬度，自润滑性，耐腐蚀性等性能。
化学镀概述化学镀:也称无电解镀，是在无外加电流的化学沉积过程。
借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。
也叫做”自催化镀”,”无电解电镀”。
化学镀可以分为“置换法”,“接触度”,“还原法”。
一．化学镀相对电镀优点①化学镀可以用于各种基体，包括金属，非金属以及半导体。
②化学镀镀层均匀，无论工件如何复杂，只要采用合适的施镀方法，都可以在工件上得到均一镀层。
③对于可以自催化的化学镀而言，理论上可以得到任意厚度的镀层。
④化学镀所得到的镀层有很好的化学，机械，磁性性能。
⑤化学镀相对电镀而言最大的优点是镀层厚度均匀，针孔率低。
二．发展概况1.1844年，A．Wurtz通过亚磷酸盐还原镍得到了金属镍的镀层。
2.1911年，Bretean发表有关沉积过程是镍与次磷酸盐的催化过程的化学镀研究报告。
3.1916年，Roux从柠檬酸盐一次亚磷酸盐体系中得到了镀镍层，注册了第一份化学镀镍专利。
4.1944年，美国国家标准局从事轻武器改进研究的A.Brenner与G.Riddel在枪管实验中证实了次亚磷酸钠催化还原镍，1946年，1947年，两人公布了研究结果。
5.20世纪五十年代，美国通用运输公司对化学镀镍溶液组成与工艺进行系统研究。
为后来化学镀镍工业应用奠定基础。
6.1955年，开发出“Kanigen”技术；1964年，开发出“Durapositli”技术；1968年，开发出“Durnicoat”技术；1978年至1982年，开发成“诺瓦泰克”商品镀液。
7.20世纪六十年代，小规模化学镀镍工艺进入美国市场。
8.20世纪七十年代末至八十年代初，化学镀镍研究重点转向高磷镀层。
化学镀基础知识化学镀是在无电流通过(无外界动力)时借助还原剂在同一溶液中发生氧化还原作用，从而使金属离子还原沉积在自催化表面表面上的一种镀覆方法。
化学镀与电镀的区别在于不需要外加直流电源，无外电流通过，故又称为无电解镀(Electroless Plating)或“自催化镀”(Autocatalytic Plating)。
所以化学镀可以叙述为一种用以沉积金属的、可控制的、自催化的化学还原过程，其反应通式为：上述简单反应式指出，还原剂Rn+经氧化反应失去电子，提供给金属离子还原所需的电子，还原作用仅发生在一个催化表面上。
因为化学镀的阴极反应常包括脱氢步骤，所需反应活化能高，但在具有催化活性的表面上，脱氢步骤所需活化能显著降低。
化学镀的溶液组成及其相应的工作条件也必须是使反应只限制在具有催化作用的零件表面上进行，而在溶液本体内，反应却不应自发地产生，以免溶液自然分解。
对于某一特定的化学镀过程来说，例如化学镀铜和化学镀镍时，如果沉积金属(铜或镍)本身就是反应的催化剂，那么，这个化学镀的过程是自动催化的，基本上是与时间成线性关系，相当于在恒电流密度下电镀，可以获得很厚的沉积层。
如果在催化表面上沉积的金属本身不能作为反应的催化剂，那么一旦催化表面被该金属完全覆盖后，沉积反应便终止了，因而只能取得有限的厚度。
例如化学镀银时的情形，这样的过程是属于非自动催化的。
化学镀不能与电化学的置换沉积相混淆。
后者伴随着基体金属的溶解；同时，也不能与均相的化学还原过程(如浸银)相混淆，此时沉积过程会毫无区别地发生在与溶液接触的所有物体上。
随着工业的发展和科技进步，化学镀已成为一种具有很大发展前途的工艺技术，同其他镀覆方法比较，化学镀具有如下特点：(1)可以在由金属、半导体和非导体等各种材料制成的零件上镀覆金属；(2)无论零件的几何形状如何复杂，凡能接触到溶液的地方都能获得厚度均匀的镀层，化学镀溶液的分散能力优异，不受零件外形复杂程度的限制，无明显的边缘效应，因此特别适合于复杂零件、管件内壁、盲孔件的镀覆；(3)对于自催化的化学镀来说，可以获得较大厚度的镀层，甚至可以电铸；(4)工艺设备简单，无需电源、输电系统及辅助电极，操作简便；(5)镀层致密，孔隙少；(6)化学镀必须在自催化活性的表面施镀，其结合力优于电镀层；(7)镀层往往具有特殊的化学、力学或磁性能。
简介化学镀简介化学镀一、化学镀（chemical plating）化学镀是一种新型的金属表面处理技术，该技术以其工艺简便、节能、环保日益受到人们的关注。
化学镀使用范围很广，镀金层均匀、装饰性好。
在防护性能方面，能提高产品的耐蚀性和使用寿命；在功能性方面，能提高加工件的耐磨导电性、润滑性能等特殊功能，因而成为全世界表面处理技术的一个发展。
化学镀技术是在金属的催化作用下，通过可控制的氧化还原反应产生金属的沉积过程。
与电镀相比，化学镀技术具有镀层均匀、针孔小、不需直流电源设备、能在非导体上沉积和具有某些特殊性能等特点。
另外，由于化学镀技术废液排放少，对环境污染小以及成本较低，在许多领域已逐步取代电镀，成为一种环保型的表面处理工艺。
目前，化学镀技术已在电子、阀门制造、机械、石油化工、汽车、航空航天等工业中得到广泛的应用。
二、化学镀原理化学浸镀（简称化学镀）技术的原理是：化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。
化学镀常用溶液：化学镀银、镀镍、镀铜、镀钴、镀镍磷液、镀镍磷硼液等。
目前以次亚磷酸盐为还原剂的化学镀镍的自催化沉积反应，已经提出的理论有“原子氢态理论”、“氢化物理论”和“电化学理论”等。
在这几种理论中，得到广泛承认的是“原子氢态理论”。
三、对非金属的化学镀需要敏化活化处理敏化就是使非金属表面形成一层具有还原作用的还原液体膜。
这种具有还原作用的处理液就是敏化剂。
好的敏化效果要求具有还原作用的离子在一定条件下能较长时间保持其还原能力，并且能控制其还原反应的速度，要点是敏化所要还原出来的不是连续的镀层，而只是活化点。
目前最适合的还原剂只有氯化亚锡。
目前，对于非金属化学镀镍用得最多的是Pd活化工艺。
当吸附有Sn的非金属表面接触到Pd活化液时，Pd会被Sn还原而沉积到非金属表面形成活化中心，从而顺利进行化学镀。
