论文总字数：16039字

摘 要

1.1化学镀 5

1.1.1化学镀的意义 5

1.1.2化学镀的机理 5

1.2、化学镀的分类及技术运用 6

1.2.1化学镀镍的应用 6

1.2.2 化学镀铜的应用 7

1.2.3 化学镀钴及钴合金的应用 8

1.2.4 化学镀银的应用 9

1.2.5 化学镀锡的应用 10

1.2.6 化学镀金的应用 11

1.2.7 化学镀钯的应用 11

1.3 化学镀技术的展望 12

1.3.1多元合金化学镀 12

1.3.2 激光增强化学镀 12

1.3.3 超声波化学镀 13

1.3.4 粉体化学镀 13

1.3.5 多层化学镀 13

1.3.6 稀土化学镀 14

1.3.7 复合化学镀 14

1.4 课题的目标及研究内容 14

第二章 实验 16

2.1实验药品和仪器 16

2.2溶液配制 17

2.3预处理及镀膜 17

2.3.1镀液配制 17

2.3.2表面预处理 17

2.4 检测手段 18

2.4.1扫描电子显微镜SEM分析法 18

2.4.2 EDS分析 18

2.4.3 镀速分析 18

2.4.4 电化学分析 18

2.5 本章小结 19

第三章 结果与讨论 20

3.1 SEM分析 20

3.2.2 EDS分析 22

3.2.3 镀速分析 23

3.2.4 电化学分析 23

3.3.5 不同CMC浓度MSDS下的体系效果讨论 24

3.3 本章小结 27

第四章 结语 28

4.1 本论文的主要结论 28

4.2 展望 28

致 谢 31

摘 要

本文通过SEM、ESD、镀速分析和电化学分析研究了表面活性剂对纳米氧化铝Ni-P复合体系的影响，实验表明，三种纳米氧化铝Ni-P复合化学镀体系中，在0.5CMC浓度下的MSDS种纳米氧化铝Ni-P复合化学镀体系效果最佳。

关键词：化学镀 、表面活性剂、CMC

Abstract

This article,studys the surface active agent of nanometer alumina Ni - P composite system the surface active agent of nanometer alumina Ni - P composite system through SEM, ESD, plating velocity analysis and electrochemical analysis, the influence of the experimental results show that three kinds of nanometer alumina composite electroless Ni - P system, the CMC concentrations in 0.5 the MSDS of nanometer alumina composite electroless Ni - P system works best.

Key words: Electroless plating, surface active agent and CMC

第一章 前言

1.1化学镀

1.1.1化学镀的意义

化学镀[1](Electroless plating)也称无电解镀或者自催化镀（Auto-catalytic plating），是在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的 1 种镀覆方法。

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。

1.1.2化学镀的机理

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”。

1.2、化学镀的分类及技术运用

1.2.1化学镀镍的应用

化学镀镍通常是指化学镀Ni-P合金，而实际上化学镀镍是一个大家族的统称，对于化学镀层的选取取决于不同的用途。化学镀镍合金层因种类与成分的差异，使其表现出不同的性能，极大地扩充了应用领域。

Ⅰ、化学镀镍基多元合金

化学镀Ni-P合金镀层随着磷质量分数的不同（1%～14%）而分为低磷、中磷和高磷3种，其物理电学性能以及表面特征差别很大。此外，在不同条件下对镀层进行热处理会使其性能有较大的改变。w（P）＜8%的Ni-P合金镀层是铁磁性的，w（硼）为5%的Ni-B合金镀层，其铁磁性较弱，低硼（0．2%～3．0%）Ni-B合金镀层最适于工业应用^[2]。化学镀镍基多元合金的研究始于20世纪70年代初，现已开发出Ni-P合金和Ni-B合金系列。其中Ni-P合金系列较多，已报道的能够与化学镀Ni-P合金共沉积的元素有W、Mo、Cr、Cu、Fe、Zn、Co及Mn等。而能够与化学镀Ni-B共沉积的元素很少，目前仅有Fe、W、Mo及Cu等。这些合金镀层大都具有优良的磁性、硬度及热稳定性等特殊性能^［2］

Ⅱ、复合化学镀

复合化学镀是在化学镀液中添加固体微粒在搅拌力的作用下，这些固体微粒与金属或合金共沉积，从而获得一系列具有独特的物理、化学和机械性能的复合镀层。在化学镀Ni-Ce-P合金的基础上，加入纳米TiO₂进行化学复合镀，以改善合金表面的耐磨、耐腐蚀及抗菌性能。（Ni-P）-WC纳米微粒复合镀层和（N-P）-ZrO₂纳米微粒复合镀层比Ni-P合金层有更高硬度和耐蚀性能。（Ni-Co-P）-CNTs复合镀层是一种良好的微波吸收剂^［3］。（Ni-P）-Si₃N₄纳米微粒复合镀层比Ni-P合金镀层的耐磨性提高将近4倍。（Ni-P）-Al₂O₃纳米微粒复合镀层中，当w（Al₂O₃）为10．1%时，（Ni-P）-Al2O3纳米微粒复合镀层的硬度较Ni-P合金增大28%，磨损质量减少20%以上。与在相同参数下制备的Ni-P合金，（Ni-P）-SiC，（Ni-P）-CNTs及（Ni-P）-CNTs-SiC复合镀层相比，（Ni-P）-CNTs-SiC纳米微粒复合镀层表现出最低的摩擦系数与最好的耐磨性。

1.2.2 化学镀铜的应用

化学镀铜中用作还原剂的物质有甲醛、二甲胺基硼烷（DMAB）、硼氢化物和肼等，其中甲醛价格低廉，成为最常用的还原剂。20世纪80年代以后，甲醛的致癌性越来越受到社会的关注，尽管用甲醛作还原剂的化学镀铜方法仍占据主导，但是对于其替代品的研究已引起人们的重视。H．Honma^［4］研究了用乙醛酸替代甲醛作还原剂的化学镀铜方法，该方法镀速高、镀液稳定，能减轻环境污染。S．Mizu-moto^［5］发现，氨基乙酸可替代甲醛，所得镀层延展性能良好。K．Kondo^［6］等研究了三乙醇胺作络合剂的化学镀铜，以一定比例配成的工作液有很高的镀速和稳定性，在络合剂用量与沉积速率关系中，当三乙醇胺、三异丙醇胺用量超过一定值时，镀速会急剧减小，虽然EDTA的用量对镀速的影响不大，但其速率要比三乙醇胺类的小得多。超级化学镀铜是一种不同于一般均匀填充的铜填充形态，铜在道沟或微孔底部的沉积速率大于在其表面的沉积速率，从而使铜完全填充整个道沟或微孔，没有任何的空洞或缝隙产生。化学镀铜技术主要用作印制线路板（PCB）孔金属化和塑料电镀。PCB孔金属化的过程除极少数用直接电镀方法外，大多采用化学镀铜技术。无论是装饰性还是功能性的塑料电镀，多数都需要化学镀铜，以保证获得良好导电性能的底层而最终得到良好的镀层。与其它塑料表面金属化的方法相比较，化学镀铜是最经济最简单的方法。一些特殊功能的陶瓷要求表面金属化，一方面解决陶瓷微粒与金属基体的浸润问题，一方面还可以通过焊接使陶瓷与电子元件相连，以适应航空和军事方面的特殊要求。在影响结合力的诸多因素中，化学镀铜层的物理性质，如延展性、抗张强度、内应力及致密性等具有重要作用^［7］。化学镀铜也可以包覆粉末来制造复合粉体，例如，化学镀的钼铜复合材料是由高熔点、高强度的金属钼和高塑性、高导电性的金属铜所组成的互不相溶的两相复合材料，可广泛应用于航天、电子、机械及电器等工业部门，特别是一些高技术的领域。化学镀铜聚酯微粉可用做导电填料。粉煤灰空心微粉化学镀铜可以作为电磁屏蔽和吸波材料。铜-石墨自润滑金属基复合材料是其中一种重要的新型功能材料，由于它既具有较高的导电以及导热性，又具有较好的耐磨、润滑性，较高的机械强度和良好的防咬合性能，用于要求导电、导热和耐磨、减摩的电接触零部件材料。化学镀铜的参考文献有许多。^{［8］-［11］}

1.2.3 化学镀钴及钴合金的应用

化学镀钴层的美观性、耐蚀性、硬度和耐磨性虽不比化学镀镍层好。但化学镀钴层的最大优点是具有强磁性，而且具有适合高密度磁记录的磁性，尤其是Co-P合金膜。磷的质量分数在2%～6%镀膜的结构是P在α-Co中的固溶体，它的磁性能可以通过镀液组成及工艺参数变化予以调整。Co-P合金膜的矫颓力随晶粒大小、取向及膜厚等在很宽范围内变化，所以化学镀钴在磁性材料领域具有比较广泛的应用前景。Co-Ni-P三元合金镀层是一种高密度磁性膜层，该合金兼具了Ni-P合金和Co-P合金的优点，具有较高的矫顽力、较小的剩磁和优良的电磁转换性能，多用于计算机磁记录系统。这种合金镀层制成的磁盘线密度大，镀膜硬度高，耐磨性好，为大容量化提供了可能，而且还能增加其使用寿命。Co-Fe-P合金镀层也有较好的电磁性能，镀层的矫顽力和合金中的铁含量有密切关系，通常随镀层中铁含量增加，矫顽力明显下降。Co-W-P合金薄膜材料具有良好的耐蚀性、耐磨性和磁性，可以在不改变剩磁条件下提高矫顽力。Co-Ni-W-P合金镀层，其磁性能要比Co-Ni-P合金和Co-W-P合金好得多。Co-Zn-P合金镀层的磁性能比Co-P合金好，当Co-Zn-P合金镀层δ为0．5μm时，其矫顽力Hc=1080Oe（Co-P合金只有20～50Oe），矫形比为0．6～0．7。化学镀Co-Cu-P合金是以化学镀Co-P合金为基础，通过加入铜离子化学沉积Co-Cu-P三元合金。由于铜的加入，合金的导电性变好，并有极低的残磁性，可用于金属材料的表面防护、磁盘磁记忆底层及电磁屏蔽层等^［12］。

1.2.4 化学镀银的应用

银粉具有导电性好、抗氧化能力强、化学性能稳定等优点,但价格昂贵限制了其广泛应用^[13]。普通粉体表面镀银可节约银用量,如果表面包覆比较完整,可在一定情况下代替银粉。而且这些粉体自身也有其特殊性能,能充分发挥两种材料的作用。镀银有电镀、化学镀、气相沉积等方法^[14]-[15],其中化学镀具有工艺简单、适用于不规则的基体材料、成本较低等优点;化学镀层具有高致密度、厚度均匀、良好的抗蚀性和耐磨性等性能。近年来,粉体表面的化学镀银取得了一定进展。表面镀银的复合粉体应用十分广泛^[16],如:在铜粉表面镀银可用作电子浆料、电极材料、催化剂和电磁屏蔽材料等;在空心或实心微球(玻璃或陶瓷)表面镀银可用作厚膜电路材料、电容器、垫圈和密封材料;在高密度聚乙烯薄膜制成的微囊表面镀银可作为临床上介入疗法使用的球囊电极等^[17]-[18]。目前许多工作者都在致力于化学镀银的研究,不断探索采用简单的工艺、低廉的成本制备优良的化学镀层。

化学镀银层的导电性能和导热性能优异，可焊性良好，能为其他难焊接的材料提供可焊性。由于几乎可以在任何金属及非金属材料上施镀，使得化学镀银广泛用于印刷电路、电子工业、光学（镀镜子）及装饰等领域。但是，由于银价格昂贵，化学镀银溶液稳定性差而限制了它的使用范围。近年来的电子工业领域，大量使用银的微细粉末作为导电胶或者电磁波屏蔽涂料的导电填料。尽管Ag价格昂贵，但与Ni、Fe及Cu相比，Ag具有优良的耐气候性和导电性，因此工业上大量的使用Ag，此外银还常用作催化剂、抗菌剂等材料^［19］。

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