(1．哈尔滨理工大学化学与环境工程学院，黑龙江哈尔滨150040； 2．黑龙江工程学院机电控制及自动化系，黑龙江哈尔滨150050) 摘要： 陶瓷表面经化学镀镍处理后既可以保证陶瓷原有的机械物理性能，又可以使陶瓷具有导电、导热、耐蚀等性能。采用正交实验的方法，得出陶瓷表面化学镀镍的最佳工艺配方和条件。采用扫描电子显微镜观察镀层微观形貌，利用能谱仪分析其化学成分，通过热震实验测试镀层与陶瓷的结合力。结果表明：陶瓷表面镀层覆盖完整、均匀、致密，镀层与陶瓷结合良好，镀层中P的质量分数为13.46 %,Ni的质量分数86.54 %。 关键词：化学镀Ni-P合金；陶瓷；覆盖度；结合力 中图分类号：TQ 153 文献标识码：A 文章编号：1000-4742(2011)03-0019-03 O前言 近年来，陶瓷及其制品的应用越来越广泛，但由于陶瓷与金属之间的结合力较差，使其应用受到极大的限制[1]。若能在陶瓷表面镀上一层金属，则会：大大改善其与金属之间的结合力及其他的一些物理性能（如导电性、导热性等）[2-5]。陶瓷表面金属化技术很多，有化学气相沉积( CVD)，物理气相沉积( PVD)，离子注入，激光表面改性，离子萃取等口1，但这些技术具有成本高，无法大批量生产等缺点。与上述方法相比，化学镀具有其独特的优势，它适用基体广、均镀和深镀能力好、生产方便，改变镀层成分及其质量分数可实现多种功能[7-14]。本文采用化学镀的方法在陶瓷表面沉积Ni-P合金，镀层与陶瓷表面结合良好，既可以保证陶瓷原有的机械物理性能，又可以使陶瓷具有导电、导热、耐蚀等性能。 l 实验 1.1 实验材料 基体采用普通陶瓷。1.2 工艺流程 除油—→水洗—→粗化——→水洗—→活化—→化学镀—→水洗—→吹干 1.3预处理工艺 陶瓷与镀层之间无法形成金属键合，只能形成机械结合[15]，要具有良好的结合力就必须经过预处理。陶瓷是非导体，要在陶瓷表面上进行化学镀，必须有活性中心（金属晶核），这是化学镀还原反应的催化剂。因此陶瓷表面的预处理是化学镀的关键步骤。 (1)除油 将陶瓷片置于丙酮中，除油10 min。(2)粗化 粗化的实质是对陶瓷表面进行刻蚀，使表面形成无数凹槽、微孔以增大基体的表面积，确保化学镀所需要的“锁扣效应”，从而提高镀层与基体的结合强度。将陶瓷片放入VHF：VH2O=1：1的溶液中，室温下粗化5 min。 (3)活化 本实验采用无钯活化，活化液是一种镍盐溶液。在活化处理时，陶瓷表面能吸附足够的镍盐溶液，适当热处理后，镍盐在陶瓷表面及表面的微孔中被还原为活性中心。镍作为化学镀镍的初始沉积点，具有较高的活性，可很快催化生成均匀、完全的覆盖层。按比例称取NiS04·6H2O，NaH2PO2分别置于两个烧杯中，用量筒量取一定量的H2O分别倒入两烧杯中，微热溶解，再将两溶液混合，加入一定量的乙醇，配制成活化液。活化液各组分的最佳质量浓度由正交实验获得。将陶瓷片放入活化液中在室温下浸渍一段时间，取出，放入烘箱中进行活化热处理。 1.4化学镀镍工艺 NaAc(缓冲剂)12 g/L，柠檬酸（配位剂）12g/L，硼酸8 g/L；主盐为NiS04·6H2O，还原剂为NaH2P02，根据正交实验结果调整主盐和还原剂的质量浓度，用氨水调节镀液的pH值。用水浴加热到施镀温度后，将活化后的陶瓷片放入镀液中，开始施镀，时间为30 min。 1.5 性能与表征 通过热震实验表征镀层与基体的结合力，将镀好的样片置于烘箱中，在250℃下保持30 min，取出后迅速放入冰水中，观察镀层是否有起皮、剥落的现象；若没有，再重复上述实验，直至脱落为止。若热震实验的循环次数超过5次，说明镀层与基体的结合力良好。 覆盖度为陶瓷表面金属层的面积与陶瓷总面积的比值： C=（S金属层/S总）×100% 式中：C为覆盖度，%；S金属层为金属层面积，Cm2；S总为陶瓷总面积，Cm2。 采用FEI Sirion型扫描电子显微镜对预处理后的陶瓷表面和镀层微观形貌进行测试，并用EDAX能谱仪分析镀层的成分。 采用DT-9205型数字万用表测量陶瓷表面化学镀镍层的导电性能。 2 结果与讨论 2.1正交实验 经初步实验，选出重要影响因素，采用L18(37)正交实验优化工艺配方及工艺参数。 由实验结果可知：活化液各成分的质量比为mNiS04·6H20：mNaH2 P02：mC2H5OH：mH20 =1:1:8:10，活化浸渍时间为12 min，活化热处理温度为280℃，活化热处理时间为18 min；镀液中NiS04·6H20的质量浓度为30 g/L，还原剂NaH2PO2的质量浓度为30 g/L，施镀温度为70℃，pH值为4.2。另外，活化液各成分的质量比对镀层覆盖度的影响最大，施镀温度对镀层覆盖度的影响最小。对优化后的方案进行验证实验，所得镀层均匀、细致，覆盖度为100%，经6次热震实验后仍无起皮、剥落的现象，表明结合力良好。 2.2 微观形貌及成分分析 图1为经最佳活化工艺处理后所得陶瓷表面的SEM图。由图1可知：陶瓷表面均匀地覆盖了一层薄膜，表面的小裂纹是活化热处理形成的龟裂纹；膜内含有微小的镍氧化物，在施镀过程中其被还原成金属镍，对化学镀起催化作用[16]。
图2为所得镀层表面的SEM图。由图2可知：镀层完整、致密、细致、分布较均匀。图3为所得镀层的能谱图。由图3可知：镀层由Ni，P两种元素组成，其中P的质量分数为13.46%，Ni的质量分数为86.54%，属于高磷镀层。
2.3导电性能 镀前陶瓷的电阻无穷大，为非导体；镀后金属化陶瓷的电阻趋近于零，为导体，导电性能良好。 3 结论 通过正交实验优化了陶瓷表面化学镀Ni-P合金的工艺参数，确定最佳活化工艺：活化液各成分的质量比为mNiS04·6H20：mNaH2 P02：mC2H5OH：mH20 =1:1:8:10，活化浸渍时间为12 min，活化热处理温度为280℃，活化热处理时间为18 min;最佳施镀工艺为：NiS04·6H20 30 g/L，NaH2P0230g/L，pH值4.2，70℃。 镀层在陶瓷表面覆盖完整、均匀，覆盖度达到了100%。经6次热震实验后无起皮、剥落现象，说明镀层与基体的结合力较好。镀层由Ni，P元素组成，其中P的质量分数为13.46%，Ni的质量分数为86.54%。 参考文献：略 |
