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1、P P 塑料化学镀铜的工艺研究王喜然h 2。张英伟1(1 河南科技大学材料科学与工程学院，洛阳4 7 1 0 0 3；2 河南省有色金属材料科学与加工技术重点实验室，洛阳4 7 1 0 0 3)摘要采用配方为硫酸铜3g I。、酒石酸钾钠2 5g I。、甲i f-(质量分数为3 6 4 0)1 0g I。、氢氧化钠7g L 的镀液，通过考察施镀温度、镀液p H 值、施镀时间对镀速的影响，确定了最优工艺参数，并在优化的工艺条件下制备镀层，用扫描电镜和能谱仪对镀层的形貌及成分进行了分析。结果表明：最佳工艺是镀液温度5 0，p H=1 2，施镀时间4 5-5 0m i n；采用此优化工艺条件制备的镀层
2、，表观光亮、均匀，与基体结合力好，成分为单一的铜。关键词化学镀铜；P P 塑料；工艺；沉积速率 中图分类号 T Q l 5 3 1 文献标识码 A 文章编号3 1 0 0 1 3 6 6 0(2 0 1 0)0 5 0 0 7 7 0 3I n v e s t i g a t i o no fP r o c e s sf o rE l e c t r o l e s s。-C u。p l a t i n go nP PP l a s t i cW A N GX i-r a n l“Z H A N Gl i n g w e i l(1 s c h o o lo fM a t e r i a l
3、sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g，H e n a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c e T e c h n o l o g y，L u o y a n g4 7 1 0 0 3，C h i n a；2 H e n a nK e yL a b o r a t o r yo fN o n f e r r o u sM e t a lM a t e r i a l sS c i e n c ea n dP r o c e s s i n g，L u o y a n g4 710 0 3，C h i n a)A b s
4、 t r a c t W i t ht h eb a t hf o r m u l a(C u S 0 43g L，m e t h a n a l1 0g L，p o t a s s i u ms o d i u mt a r t r a t e2 5g La n dN a O H7g i。)，t h ei n f l u e n c e so ft h et e m p e r a t u r e，p Hv a l u ea n dp l a t i n gt i m eont h ep l a t i n gc o p p e rq u a l i t yw e r ed i s c u
5、s s e d T h eo p t i m a lp r o c e s sp a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e da n dt h ec o a t i n gw a so b t a i n e du n d e rt h e e x c e l l e n tc o n d i t i o n s T h es u r f a c em o r p h o l o g ya n dc o m p o n e n t so ft h ec o a t i n gw e r es t u d i e db yS E Ma n dE D S
6、T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo p t i m u mo p e r a t i n gc o n d i t i o ni st e m p e r a t u r eb e i n g5 0，t h eo p t i m u mp Hv a l u eb e i n g1 2a n dp l a t i n gt i m eb e i n g4 5 5 0m i n T h ed e p o s i t so b t a i n e du n d e rt h eo p t i m a lt e c h n i c a lc o n d i t
7、 i o n si Ss m o o t h，u n i f o r m i t ya n dh a st h e b e t t e ra d h e s i o nb e t w e e nt h ed e p o s i t sa n dt h es u b s t r a t e T h ea n a l y s e so fe n e r g yd i s p e r s eX-r a yi n d i c a t et h a tt h es i n g l ec o n t e n ti sc o p p e ri nt h ed e p o s i t s -K e yw o
8、r d s e l e c t r o l e s sc o p p e rp l a t i n g；p o l y p r o p y l e n e；p r o c e s s；d e p o s i t i o nr a t e塑料表面金属化可使塑料既保持自身特点，又具有金属的装饰性、导电性、导磁性和可焊性，且表面机械强度更高，寿命更长【I-3 J，因此广泛应用于汽车、建筑装饰、电子丁业及家庭用品等领域。其巾，塑料化学镀铜以其良好的装饰性、延展性、导热性和导电性及化学镀所特有的无边缘效应 4 1，也得到了广泛应用。随着现代丁业，尤其是高新技术的飞速发展，人们对塑料化学镀铜工艺提出了更高
9、的要求。需要发展和应用可靠、先进的塑料化学镀技术，生产高品质的表面金属化塑料制品。因此，更多与化学镀相关的研究课题得以提出，包括不同化学镀铜体系的反应过程、催化原理和工艺条件等，这对于提高镀液稳定性、提高沉积速率、获得良好镀层、降低生产成本、减少环境污染等都具有重要意义。文巾以P P 塑料为基体，拟通过考察温度、p H 值、施镀时间对塑料化学镀铜的影响，优化出相对较好的工艺条件，以期对实际生产提供参考。1实验I I 化学镀铜工艺所用基材为3c m 2c i r i 的P P 塑料片，在其表面 收稿日期3 2 0 1 0 0 5 3 1；修回日期3 2 0 1 0 0 7 2 7 基金项目 河南
10、科技大学青年科学研究余(2 0 0 7 Q N 0 0 7)作者简介 王喜然(1 9 7 8 一)，女，河南洛阳人，硕士。讲师，主要研究方向为表面工程、离子液体应用。万方数据进行化学镀铜的工艺流程为：塑料件一去应力一碱性除油一水洗一粗化一水洗一中和还原一水洗一活化和敏化一解胶一水洗一化学镀铜。实验中，用电热恒温鼓风干燥箱烘干实验所用玻璃仪器，用恒温水浴锅控制各步所用溶液的温度。各步骤的具体操作参数如下。1)碱性除油。溶液成分为：氢氧化钠6 0g L，碳酸钠1 5g L，洗衣粉4 1 5g L。温度6 5，时间5m i n。2)粗化。溶液成分为：三氧化铬4 0 0g I。，硫酸3 8 0g L。
11、温度8 0，时间2 0 2 5m i n。3)中和。室温下，将样品在5 0 1 0 0g L 的N a o H 溶液中浸泡大约2m i n。4)活化及敏化。溶液成分为：氯化钯0 1g L，氯化亚锡1 0g I。，3 7o A(质量分数)盐酸1 0 0m I，去离子水2 0 0m L。处理时间为3 0m i n。5)解胶。将样品浸入在3 0 的N a O H 溶液(N a O H 为4 0g L)中浸泡1 2m i n。6)化学镀铜。镀液配方为：硫酸铜3g L，酒石酸钾钠2 5g L，甲醛(质量分数为3 6 4 0)1 0g L，氢氧化钠7g L，自制添加剂适量。前期研究工作发现，镀液温度低于4
12、 0 时，镀速小，且镀层发暗；镀液温度高于6 0 时，镀液中会出现大量红色粉末，铜难以在基体上沉积。故初步确定施镀温度在4 0 6 0 之间。同时发现，p H 值低于1 1 时，甲醛几乎没有还原能力，无法施镀；p H 值大于1 3 时，镀液稳定性大大降低，有大量红色粉状物析出，严重影响施镀。所以初步确定镀液p H 值在1 1 1 3 之间(实验中用酸度计测量镀液p H 值)。此外，施镀时间过短或过长，镀层质量均很差，所以初步确定施镀时间分别为3 0，4 0，5 0，6 0m i n。以上具体操作中所用的化学试剂均为分析纯。1 2 分析手段1)沉积速率。镀层的沉积速率可(t i m h)根据下式
13、计算；可一垃2 二要坚型(1)=一Illp 5 1 t式中：m。和m：分别为试样施镀前后的质量(g)，由电子天平测得；D 一8 9g c m 3，为镀层密度；S。为试样浸镀面积，c m 2；t 为施镀时间，h。2)用J S M 一5 6 1 0 L V 扫描电镜观察铜沉积层的形貌，并用自带能谱仪分析铜沉积层的化学成分。3)结合力测试。采用划格实验。在镀铜试样的表面用小刀划若干个1m m 1m m 的正方形，一段时间后，观察是否有卷边现象。2 结果与分析2 1 镀液p H 值对沉积速率的影响控制镀液温度分别为4 0，5 0，6 0，在不同p H 值条件下进行化学镀铜，得到各温度下镀层的沉积速率与
14、镀液p H 值的关系，见图1。p H罔1p H 值与镀层沉积速率的关系F i g 1T h ep Hv a l u eV St h ep l a t i n gd e p o s i t i o nr a t e由图1 可见，在镀液p H 值为1 1 1 3 的范围内，随着p H 值的升高，沉积速率先增大、后减小，p H 值约为1 2 时，沉积速率达最大值。化学镀铜的总反应如下：C u 2+2 H C H o+4 0 H 一一C u+2 H C O O+2 H：0+H 2 十(2)当p H 1 1 时，甲醛的还原电位E e 可由(3)式得出：E o 一+0 3 2 一O 1 2 p H(3)根
15、据(3)式，随着p H 值的升高，甲醛的还原电位随之降低，因此反应式(2)的反应速率增大，铜的沉积加快。但是，甲醛在碱性溶液中不仅能把二价铜还原成金属铜，还能把它还原成一价铜，从而导致生成C u 0 H、C u：O、铜粉(由一价铜歧化生成)等的副反应发生，在铜的沉积速率增大的同时，副产物生成的反应速率也在增大。若p H 值过大，则溶液内部沉积速率过大，容易造成C u 2+浓度过低，副反应物增多，镀液的不稳定程度加剧，使得还原铜离子的反应受抑制；同时，铜的溶解加剧也会导致沉积速率降低。因此，p H值应控制在1 2。2 2 温度对沉积速率的影响控制镀液p H 值分别为1 1，1 2，1 3，在不同
16、温度下进行化学镀铜，得到各p H 值条件下镀层的沉积速率与温度的关系，见图2。由图2 可以看出，在4 0 6 0 的实验温度范围内，温度对沉积速率的影响也是先增加、后减小，在5 0时，v 沉积出现最高值。依据碰撞理论，离子的有效碰万方数据图2 温度与镀层沉积速率的关系F i g 2T h et e m p e r a t u r eV St h ep l a t i n gd e p o s i t i o nr a t e撞占总碰撞的分数q 可由(4)式表示：，。、口一e x p l 一-i c(4)尼B1 式中，。为反应临界能；k B 为B o l t z m a n n 常数。离子的有效
17、碰撞占总碰撞的分数随着温度丁的升高而增大，冈而反应(2)的反应速率常数也随之增大，镀层沉积速率加快。但温度过高，铜离子的自催化作用加强，生成氧化亚铜、铜粉的副反应也随之加快，得到的镀层疏松、粗糙、颜色暗沉，且镀液稳定性变差。实验中发现，在5 0 施镀时，所得镀层致密、光亮，与基体结合力良好。因此，温度应控制在5 0。2 3 时间对沉积速率的影响在温度为5 0，p H 一1 2 的条件下，施镀不同的时间，计算出镀层的沉积速率，并作时间与镀层沉积速率的关系曲线，见图3。从图3 可见，化学镀铜的沉积速度随施镀时间的延长而降低。图3 镀层沉积速率与施镀时间的关系F i g 3T h ep l a t
18、i n gt i m ev st h ep l a t i n gd e p o s i t i o nr a t e在施镀初期，活化的基体催化活性中心较多，反应物浓度大，故沉积速率高。随着施镀时间的延长，溶液中C u 2+和甲醛的浓度不断下降，导致反应(3)的反应速率减慢；同时，随着镀层的增厚，铜原子的自催化活性会随之降低，也导致镀速下降。实验中发现，施镀时间短，则镀层薄，颜色暗淡；施镀时间过长，镀液易发生分解，会导致镀层质量下降；施镀时间为4 5 5 0r a i n 时，镀层外观红亮，表面光滑，附着力好。因此，化学镀铜的时间应控制在4 5 5 0m i n。2 4 镀层分析采用优化的工艺
19、参数(p H 一1 2，温度5 0，施镀时间4 5 5 0m i n)进行施镀，镀层的沉积速率可达1 3 7 2 8 1 m h，所得镀层表面光亮、均匀，无明显缺陷，结合力测试表明，镀层没有卷边和起皮现象，说明与基体结合良好。其形貌和成分分析结果分别见图4、图5。图4 中，镀层均匀平整、结晶良好，白色亮点为金属颗粒反光所致，微孔可能是在化学镀过程中有氢气溢出而产生的。图5 的分析则表明，优化工艺所得镀层的成分为单一的铜，不含杂质。网4 化学镀铜层的表面形貌F i g 4S u r f a c em o r p h o l o g yo fe l e c t r o l e s sc o p p
20、 e rp l a t i n g图5 化学镀铜层的E D S 分析F i g 5E D Ss p e c t r o g r a mo fe l e c t r o l e s sc o p p e rp l a t i n g3结论1)在P P 塑料上进行化学镀铜的最佳工艺为：p H一1 2，温度5 0，施镀时间4 5 5 0r a i n。2)采用最优工艺在P P 塑料上化学镀铜，沉积速率可达1 3 7 2 8“m h，所得镀层表面光亮，均匀致密，孔隙率小，与基体结合良好，镀层成分为单一的铜。参考文献-1 3 吴连波，张伟塑料的金属化T 艺 J 吉林工学院学报，2 0 0 2。2 3(1
21、)：2 7 3 0(下转第1 1 4 页)一IJlmi一、瓣锻鼷蜉一土mi一、静馏聪蛙万方数据脱附。各有机物都显示出可脱附性。表3 超疏水性T M M O S Q C M 对各种有机物响应的灵敏性T a b 3C h e m i c a ls e n s i t i v i t yo fI-2 aM W P C V Df i l mt ov a r i o u so r g a n i cs u b s t a n c e s3结论采用微波等离子C V D 方法对Q C M 传感器电极表面进行改性，控制成膜条件获得了一层超疏水性薄膜，静水滴接触角达到1 5 0。该超疏水性薄膜增大了Q C M
22、传感器电极的比表面积，提高了Q C M 对有机分子的应答灵敏度及在高湿度环境下对有机分子的选择性吸附。参考文献 1 J a n s h o f fA，G a l l a HJ，S t e i n e mC P i e z o e l e c t r i cM a s s S e n s i n gD e v i c e sa sB i o s e n s o r 争A nA l t e r n a t i v et OO p t i c a l 3 4 5 6 7 B i o s e n s o r s J A n g e wC h e mI n tE d，2 0 0 0，3 9(2 2)：4
23、 0 0 44 0 3 2 X i a u gCH，X i eQJ。H uJM，e ta 1 S t u d i e so nE l e c t r o c h e m i c a lC o p o l y m e r i z a t i o no fA n i l i n ew i t hO P h e n y l e n e d i a m i n ea n dD e g r a d a t i o no ft h eR e s u l t a n tC o p o l y m e r sV i aE l e c t r o c h e m i c a lQ u a r t zC r y
24、s t a lM i c r o b a l a n c ea n dS c a n n i n gE l e c t r o c h e m i c a lM i c r o s c o p e J S y n t hM e t，2 0 0 6，1 5 6(5)：4 4 4 4 5 3 S n o o kGA，C h e nGZ T h eM e a s u r e m e n to fS p e c i f i cC a p a c i t a n c e so fC o n d u c t i n gP o l y m e r su s i n gt h eQ u a r t zC r
25、y s t a lM i c r o b a I a n c e J JE l e c t r o a n a lC h e m。2 0 0 8，6 1 2(1)：1 4 0 1 4 6 D i n gB，L iCR，M i y a u c h iY，e ta 1 F o r m a t i o no fN o v e l2 DP o l y m e rN a n o w e b sV i aE l e c t r o s p i n n i n g J N a n o t e c h n o l o g y，2 0 0 6，1 7：3 6 8 5 3 6 9 1 D i n gB，L iCR
26、，F u j i t aS 1 a y e r-b y L a y e rS e l f-a s s e m b l e dT u b u l a rF i l m sC o n t a i n i n gP o l y o x o m e t a l a t eo nE l e c t r o s p u nN a n o f i b e r s J C o l l o i d sa n dS u r f a c e sA：P h y s i c o t h e mE n g A s p e c t s，2 0 0 6 2 8 4：2 5 7 2 6 2 江雷，冯琳仿生智能纳米界面材料 M
27、北京：化学T 业出版社，2 0 0 7 W uY，S u g i m u r aH，I n o u eY，e ta 1 T h i nF i l m sw i t hN a n o t e x t u r e sf o rT r a n s p a r e n ta n dU l t r aW a t e 卜r e p e l l e n tC o a t i n g sP r o d u c e df r o mT r i m e t h l m e t h o x y s i l a n eb yM i c r o w a v eP l a s m aC V D J C h e mV a
28、pD e p o s i t i o n，2 0 0 2，8；4 7 5 0 客能欲众客艄盒客客盒客套奢詹能客盘盍客瓮盒盘盎度客能客客能能能盒盒盒奢盘盒度客能能客客能能客盒客客盒庶度客裔盎能能盒盒穴能客客客禽盍盒盘能客盒套客能客客盒度能客盒客盒度；姥(上接第7 9 页)2 李丽波，安茂忠。武高辉塑料化学镀 J 电镀与环保，2 0 0 4，2 4(3)：1 4 3 陈亮。仵亚婷，甘雪萍，等塑料表面化学镀金届化的进展 J 电镀与涂饰，2 0 0 7，2 6(1 2)：1 0 一1 3 4 乔永莲，许茜，刘会军，等导电塑料表面电化学镀镍和镀层表征 J 表面技术。2 0 0 8，3 7(2)：1 3
29、5 张玉峰。谢双显聚酰胺(P A)工程塑料表面刷镀镍磷合金工艺研究F J l 表面技术，2 0 0 9。3 8(3)：4 6 4 7 6 郑雅杰邹伟红，易丹青，等化学镀铜及其应用 J 材料导报。2 0 0 5。1 9(9)：7 6 7 7 7 李能斌，罗韦因，刘钧泉。等化学镀铜原理、应用及研究展望 J 电镀与涂饰，2 0 0 5，2 0(1 0)：4 6 4 9 8 余祖孝P E T 塑料化学镀铜 J 塑料科技。2 0 0 7，3 5(2)：2 8 3 3 9 朱绒霞P E 塑料化学镀铜的研究 J 现代化工，2 0 0 9 3 8(1 1)：1 6 2 9 1 6 3 0 1 0 匡新谋，郑长
30、征。杨红智，等A B S 塑料化学镀铜工艺的研究 J 西安T 程大学学报。2 0 0 9，2 3(1)：3 1 3 4 1 1 l。iD a p e n g，K a t eG o o d w i n，Y a n gC h e n-l u E l e c t r o l e s sC o p p e rD e p o s i t i o no nA l u m i n u m s e e d e dA B SP l a s t i c s J JM a t e rS c i。2 0 0 8。4 3(1 0)：7 1 2 l 一7 1 3 1 万方数据PP塑料化学镀铜的工艺研究PP塑料化学镀铜的工
31、艺研究作者：王喜然，张英伟，WANG Xi-ran，ZHANG Ying-wei作者单位：王喜然,WANG Xi-ran(河南科技大学,材料科学与工程学院,洛阳,471003;河南省有色金属材料科学与加工技术重点实验室,洛阳,471003)，张英伟,ZHANG Ying-wei(河南科技大学,材料科学与工程学院,洛阳,471003)刊名：表面技术英文刊名：SURFACE TECHNOLOGY年，卷(期)：2010,39(5)参考文献(11条)参考文献(11条)1.朱绒霞 PE塑料化学镀铜的研究期刊论文-现代化工 2009(11)2.余祖孝 PET塑料化学镀铜期刊论文-塑料科技 2007(02)
32、3.李能斌;罗韦因;刘钧泉 化学镀铜原理、应用及研究展望期刊论文-电镀与涂饰 2005(10)4.郑雅杰;邹伟红;易丹青 化学镀铜及其应用期刊论文-材料导报 2005(09)5.张玉峰;谢双显 聚酰胺(PA)工程塑料表面刷镀镍磷合金工艺研究期刊论文-表面技术 2009(03)6.乔永莲;许茜;刘会军 导电塑料表面电化学镀镍和镀层表征期刊论文-表面技术 2008(02)7.陈亮;件亚婷;甘雪萍 塑料表面化学镀金属化的进展期刊论文-电镀与涂饰 2007(12)8.李丽波;安茂忠;武高辉 塑料化学镀期刊论文-电镀与环保 2004(03)9.Li Da-peng;Kate Goodwin;Yang C
33、hen-lu Electroless Copper Deposition on Aluminum-seeded ABS Plastics外文期刊 2008(10)10.匡新谋;郑长征;杨红智 ABS塑料化学镀铜工艺的研究期刊论文-西安下程大学学报 2009(01)11.吴连波;张伟 塑料的金属化工艺期刊论文-吉林工学院学报 2002(01)本文读者也读过(7条)本文读者也读过(7条)1.PE塑料化学镀铜的研究期刊论文-应用化工2009,38(11)2.周仲承.王克军.易家香.刘智.ZHOU Zhong-cheng.WANG Ke-jun.YI Jia-xiang.LIU Zhi 次磷酸盐化学镀
34、铜体系主组份变化研究进展期刊论文-印制电路信息2010(10)3.李瑞海.顾宜 聚苯乙烯塑料表面化学镀铜的研究期刊论文-高分子材料科学与工程2004,20(5)4.赵鹏.浦玉萍.黄春晖.吕广庶.ZHAO Peng.PU Yuping.HUANG Chun-hui.LU Guang-shu 超声波对聚氨酯泡沫塑料化学镀铜的影响期刊论文-材料工程2008(4)5.薛岳.张新胜 ABS塑料镀铜工艺研究期刊论文-化学工程与装备2011(1)6.梁剑涛.刘祥萱.王煊军.Liang Jiantao.Liu Xiangxuan.Wang Xuanjun 铝活化塑料表面化学镀铜新工艺研究期刊论文-工程塑料应用2007,35(1)7.余祖孝.Yu Zuxiao PET塑料化学镀铜期刊论文-塑料科技2007,35(2)本文链接：http:/