第45卷第15期 2017年8月 广州化工 Vo1.45 No.15 Aug.2017 Guangzhou Chemical Industry 陶瓷表面镍胶体活化化学镀镍工艺研究术 程岚,宝冬梅,杨玲,彭桃燕,王吉兰,龙青素,肖 寒 550025) (贵州民族大学化学与生态环境工程学院(民族医药学院),贵州 贵阳摘 要:传统工艺中采用氯化亚锡和氯化钯对陶瓷进行敏化和活化,消耗大量的贵金属钯、成本高昂、污染环境、耗时长。 本实验使用镍胶体活化大大缩短了生产周期,不污染环境,活化时间由传统的30 min缩短至2 min,大大提高了效率,并详细研 究了陶瓷表面镍胶体活化化学镀镍工艺,探讨了镍胶体的组成成分、镀液pH、施镀时间t、反应温度T等因素的影响,并对镀层 性能进行了表征。 关键词:镍胶体;无钯活化;化学镀;Ni—P合金;A1 0 陶瓷 中图分类号:TB33 文献标志码:A 文章编号:1001—9677(2017)15—0108—04 Research Progress on Nickel Colloidal Activation Electroless Plating on Ceramic Surface CHENG Lan,BAO Dong—mei,YANG Ling,PENG Tao—yan,WANG Ji-lan,LONG Qing一5 ,XIAO Han (School of Chemistry and Eco-Environmental Engineering(School of Chinese Pharmacy),Guizhou Minzu University, Guizhou Guiyang 550025,China) Abstract:In the traditional electroless plating process,stannous chloride sensitized and palladium chloride activated ceramic were used,but a large amount of precious metal palladium were consumed,and this could result in high cost, environmental pollution.The use of nickel colloid activation greatly shortened the production cycle.did not pollute the environment,tactivation time was shortened from the traditional 30 min to 2 min,and the eficiency was greatly improved.f The process of nickel colloid activated the electroless nickel plating on ceramic surface was studied.The composition of Colloidal Nickel and optimum process conditions were explored,and the influence factors of pH plating solution,plating time and reaction temperature were also discussed. Key words:nickel colloid;palladium free activation;chemical plating;Ni—P alloy;A12 O3 ceramics 化学镀是陶瓷表面金属化处理的一种有效手段 ,使用化 学镀可以改善陶瓷的性能。自从1947年Brenner和Riddell首次 提出沉积非粉状镍的方法后,化学镀飞速发展,在金属材料、 1 实验 ’ 1.1试剂与仪器 长宽为18 mmX18 mm,厚度为0.4 mm。 塑料制品、玻璃、陶瓷等方面应用广泛 。传统的活化方法使 用钯/银活化工艺,但均为贵金属,成本高,污染环境 。。查 阅大量文献,鲜少有文献对陶瓷表面镍活化进行研究,几乎都 实验材料:选用工业氧化铝陶瓷基片,型号:1608—13C, 是用钯活化,少数用高温热处理、银活化或镍活化 。其中的 镍活化主要对塑料、玻璃、纺织品等进行活化,这类研究多采 用甲醇和乙酸镍配制成活化液,还原液用硼氢化钠和甲醇配 制,但活化液配置流程复杂,活化过程时间长达30 min之久, 活化以后还需要陈化等步骤,生产周期长 。本实验采用硫 酸镍和酒石酸钾钠制成的镍胶体活化液,活化液配制简易操 作,活化时间只需2 min。这种活化工艺既节约成本又不污染 主要仪器:HH一6数显恒温水浴锅;AKRY—UP一1816型实 验室超纯水机;GZX一9070MBE型电热鼓风干燥箱;数字酸度 计;JSM一6610分析型扫描电子显微镜;S8一TigerX射线荧光光 谱仪;金相显微镜。 主要试剂:六水合硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠、乳 酸、无水乙酸钠、酒石酸钾钠等,所有试剂均为分析纯,所有 用水均为UP水。 1.2实验方法 化学镀镍的工艺流程见图1。 环境,活化过程中采用硼氢化钠作还原剂,可大大缩短生产周 期 . 基金项目:贵州省2015年大学生创新创业训练计划资助项目(201510672010)。 第一作者:程岚(1994一),女,贵州民族大学化学与生态环境工程学院2013级应用化学专业本科生。 通讯作者:肖寒。 第45卷第15期 n 程岚,等:陶瓷表面镍胶体活化化学镀镍工艺研究 表1化学镀镍的镀液组成 茎塑 H照 }- 蒸馏水洗 109 陶瓷基体卜叫冷水洗H卜 有机瞄 HTable 1 The composition of the electroless plating nickel solution H塑 H H 图1 化学镀镍工艺流程图 H燮 组成 六水合硫酸镍 作用 主盐 还原剂 Chemical nickel plating process flow diagram 次亚磷酸钠 柠檬酸钠 乳酸 无水乙酸钠 钼酸铵 1.2.1除油工艺 复合络合剂 复合络合剂 缓冲剂 增效剂 未经除油的陶瓷表面有灰尘和油污,会导致镀层不光滑、 产生气泡。陶瓷作为一种无机非金属材料,除油工艺分为有机 除油和碱性除油:①有机除油使用无水乙醇浸泡约30 min,清 洗;②碱性除油:使用氢氧化钠(280 g/L)和磷酸钠(30 g/L) 的混合溶液在80℃下浸泡30 min,清洗。 1.2.2化学粗化 化学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,造成表面微观粗糙以增大基体的表面积,有利于 活化时形成尽量多的分布均匀的催化活性中心 J。本实验选用 氢氟酸溶液对陶瓷进行腐蚀,VH :VH o=1:1。 1.2.3活化工艺说明 陶瓷基体表面没有催化活性,若不对陶瓷基片进行活化处 理,则不能成功施镀”j。活化液包括镍胶体和还原液,其中镍 胶体的制备方法如下:23 g/L硫酸镍和12 g/L酒石酸钾钠的混合 溶液用NaOH调节pH至8左右,在45。C下反应6 min。还原液为 l8 L硼氢化钠水溶液,不可放置太久,否则活化效果不佳。 活化过程:陶瓷片先在还原液中反应50 s,再于加有少量 还原液的镍胶体溶液中反应50 S,取出清洗。 1.2.4化学镀装置 烧杯渡槽 陶瓷镀件 恒 图2化学镀实验装置 Fig.2 Equipment of eleetroless plating experiment 施镀过程:按照表配制一定浓度的镀液,镀液的pH为 4.8,反应温度80 ,在此实验条件下,将前处理后的陶瓷基 体放入图2的装置里,施镀5 min即可。 2结果与讨论 2.1 镀液和活化液成分的确定 镀液组分是化学镀过程中最重要的一部分,本实验镀液组 分选取为硫酸镍(主盐),酸性镀液中采用次亚磷酸钠作为还原 剂。镀液成分如表1所示。 陶瓷作为一种非金属材料,表面没有催化活性,需经过特 殊处理,Pd、Ag、Pt、Ni等具有催化活性的金属原子,可以使 其表面具有表面活性_9 J。还原剂硼氢化钠具有活化效率高、时 间短、污染小、常温即可反应等优点。 氟化钠 稳定剂 2.2实验条件设置 2.2.1正交试验 选取实验中7个重要镀液组分设计正交实验,制成7因素 3水平L (3 )正交表安排实验,需做l8组实验。实验条件设 置也是化学镀过程中的重要组成部分,实验的条件设置有镀液 pH、施镀时间t、反应温度T。选用化学镀中的酸性化学镀。 表2正交实验表 Table 2 Orthogonal experiment table ll0 广州 化T 得 最佳镀液配方和最佳实验条件设置:镀液组分浓度: 28 g/L硫酸镍、3O L次亚磷酸钠、30 g/L柠檬酸钠、l0 g/L 乙酸钠,实验条件设置:镀液pH为5、反应时间t为6 min、 反应温度T为75 qC。 正交实验只设置了3个水平,为了得到更加准确和规律性 的实验结果,对7个因素逐个做了单因素影响实验。 2.2.2单因素影响实验 (1)镀液组分埘镀速的影响 主盐和还原剂对镀速的影响见图3。如图3A所示,当硫酸 镍浓度过高时,镀层镀速减小,硫酸镍浓度在28~33 L范围 内,镀层沉积速率较高。如 3B所示,当次亚磷酸钠浓度在 图5 基体粗化前后的表面形貌 Fig.5 Substrate surface mnrpholn ̄'before and alter the coarsening 30 L左有时,镀层沉积速率达到最高。 用SEM观察到表面粗糙度为1.31 Ixm,腐蚀效果好。 2.3.2镀层形貌分析 对镍胶体活化化学镀得到的镀层做SEM分析,如 6所 示。}}l图6A可以清楚地看到,这种紧密的结构,全面覆盖了 基体表面,有效隔绝了外界环境对陶瓷本身性能的影响和腐 蚀,保证陶瓷的使朋寿命。化学镀镍层沉积的金属厚度在基体 图3 主盐和还原剂对镀速的影响 Fig.3 the effect of primary salt and reducer on the plating speed 表面都是均匀的,几乎与它的形状无关,此结论与实验结果一 致。如图6C所示,镀层平均膜厚为147 Ixm。 (2)实验条件对镀速的影响 实验条件对镀速的影响见图4。南图4A可知,当施镀时间 达到6 min时,已经能用肉眼观察到镀层表面出现少量的细孔, 所以施镀最好时间为5 rain 冈4B说明反应温度较低时,镀速 很低,反应温度在80℃左右,镀速达到最高。如 4C所示, 镀液pH在3.8~5.8这个范同内均可反应,但镀液pH太低时, 镀速很低,当镀液pH在4.8左右时,镀速达到最大。 蠢0 囊。1 r≯ ≥ _l ÷ l图6 化学镀镍磷镀层的形貌 Fig.6 The appearance of the electroplated nickel——phosphorus coating 2.3.3成分分析 使用SEM扫描得到镀层成分分析见表3,镀层元素能谱分 析如图7所示。镀层的成分有C、O、A1、Ni、P,镀层为镍磷 合金。由于镀层不厚,检测出来的元素包含氧化铝陶瓷基体, 由表3可看出,镀层是镍磷合金,镍的含量较大,镀层属于低 磷层 图4实验条件对镀速的影响 Fig.4 The effects of experimental conditions on the plating speed 表3镀层元素组成与含量 Table 3 Composition and content of coating elements 2.3镀层性能分析 2.3.I粗化前后对比 用HF刻蚀陶瓷基片表面 ,如图5所示,A、B分别为 粗化前后的陶瓷基片SEM形貌,可见陶瓷表面受到比较充分的 刻蚀,A1:O,晶粒表面刻蚀坑近圆形,形成的小蚀孔明显,这 些孑L为后续的化学镀反应提供了场所。 (下转第150页) l50 广州化]一 2017年8月 ELSD仪器较昂贵,适用性不强,加之实验条件有限,本实验 采用紫外检测器,用末端吸收进行测定,首先对检测波长进行 r筛选.结果发现在192 nnl波长处色谱峰响应均较大,基线 噪音较小,冈此选择192 nm作为检测波长;同时对于色谱条 猪去氧胆酸的质量控制。 参考文献 [1]Sehayek E,Ono J G。Duncan E M,et a1.Hyodeoxyeholic acid efficiently suppresses atherosclerosis formation and plasma cholesterol 件也进行了优化,考虑到甲醇在205 rllll处也存在末端吸收, 敞采用乙腈一磷酸盐作为流动相进行洗脱,获得较好的分离效 果,而且噪音波动较小。 levels in mice[J].J Lipid Res,2001,42(8):1250一l256. [2] Watanabe S, Fujita K.Dietary. byodeoxycholic acid execs hypolipidemic effects by reducing famesoid X receptor antagonist bile 4 结论 acids in mouse enterohepatie tissues[J].Lipids,2014,49(10):963— 973. 本研究通过对猪胆粉中猪去氧胆酸提取、鉴定,并进行含 量测定,结论如下: (1)采用加热碱化水解的方法,使得猪胆粉中结合型胆汁 酸水解,提高猪去氧胆酸含量,有利于样品检测分析。 (2)标准方程为Y=1.498X+2.892,在3。5185~21.11l g 范围内具有良好的线性关系,标准曲线的相关系数r=0.9998。 本实验猪去氧胆酸的提取方法简单易行,建立的HPLC测 定猪去氧胆酸含量的方法,具有专属性强,简便可靠,可用于 [3] 李菲,闫玲,孔婧,等.牛黄甘油搽剂质量标准研究[J].中国实验 方荆学杂志,2009.15(5):13一I4. [4] 宋卫中,刘蔚,万绍晖,等.肠安口服液中猪去氧胆酸的含量测定 [J].时珍国医国药,2006,17(2):204—205. [5] 唐元军,陈育琳,陈庆辉.HPLC—ELSD法同时测定猪胆粉中猪去氧 胆酸和鹅去氧胆酸的含量[J].中药新药与临床药理,2010,21(6): 651-653 e \. I、 \ 名 、 .石 \! lI、 石 -、 石 、 II、 '_、 石 牙、l I、 石 I、蛤 石 ! 、 :- (上接第110页) 度:硫酸镍25~3O g/L、次亚磷酸钠3O I 、柠檬酸钠25 L、 乳酸lO g/L、乙酸钠10 L、氟化钠l g/L、钼酸铵0.叭异/L。 最佳实验条件:镀液pH为4.8,反应温度8O oC,施镀时间 5 rain。且研制出了镍胶体活化液,通过对镀层性能进行表征, 使用镍胶体对基体活化,可以得到外观光亮平整,表面致密均 匀,导电性好,与基体结合得好等优点的镀层。用镍胶体活化 图7镀层元素能谱分析 Fig.7 Fhe coating elements call be analyzed 的工艺既不污染环境,又大大降低了成本,而且活化过程中采 用硼氢化钠作还原剂,缩短了大大生产周期。 参考文献 [1] 张桂敏,张安富.雷家珩,ZrO2陶瓷表面化学镀镍沉积机理分析 [J].兵器材料科学与T程,2007,30(I):5I一55. [2] 高彦静.压电陶瓷表面化学镀镍磷及镀层性能探讨[D].北京:北 京化工大学,200I. 2.3.4结合强度 镀层余基体结合力,与镀前粗化处理密不可分。把试样放 在烘箱中慢慢加热至3000 oC(罔8A),取出后立即放人室温的 水中骤冷保温0.5~1 h(罔8B),接着在空气中冷却。检查规 定烘箱3000℃,然后放进试样,保温I h后在空气中冷却 (图8C)。检查镀层均未见鼓泡或脱落。 [3] 祝文沙.玻璃表面无钯活化及化学镀镍磷 艺研究[D].秦皇岛: 燕【IJ大学,2013. i 图8陶瓷基片热震处理 Fig.8 Ceramic substrate heat treatment [4] 刘峥,削l顷华,林原斌.ABS塑料表面化学镀镍无钯活化工艺研究 [J].材料保护,2006(I1):29—3I. [5] 高岗强.术材化学镀镍的活化1=艺研究[D].呼和浩特:内蒙古农 业大学,2007. [6] 刘峥,削顺华,林原斌.ABS塑料表面化学镀镍无钯活化。_I二艺研究 [J].材料保护.2006(I1):29—31. 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