3.15 非金属材料上的化学镀镍及其应用

3.15.1 非金属材料导电化处理有哪些方法？

众所周知，非金属材料一般不具备导电性，特别是在化学镀镍中不具备催化活性，因而要获得与非金属材料基体结合力良好的化学镀镍层最为重要的是这些材料的镀前预处理工作。化学镀往往作为金属材料导电化的处理方法，而后多要进行电镀加厚处理。

非金属材料导电化处理方法有三种：①采用粗化敏化活化法；②采用非金属无机导电膜法（石墨、金属硫化物等）；③采用涂覆有机导电高分子膜层的方法。其中②对于塑料件的导电化处理是非常简单和实用的方法。由于铬、铅、锌、铁、镍、钴、钯、银、铜都十分容易生成硫化物，例如，铜和硫反应生成非整比的硫化物的分子式为Cu_2-xS（0＜x＜1），而且这些金属的硫化物都具有导电性。

3.15.2 ABS塑料的化学镀镍流程是什么？

在种类繁多的塑料中，工程塑料是目前发展很快，也是应用越来越广泛的一类材料。所谓的工程塑料必须具备如下性能：

1）在很宽的温度范围内具有优秀的机械强度。

2）具有长期的耐化学药品、耐热、耐气候变化等诸多性能。

3）具有优秀的绝缘性和介电性。

4）具有优良的加工性，同时能够保证尺寸的高精密性和稳定性。常用的工程塑料有尼龙、聚碳酸酯、聚缩醛树脂、聚苯氧基树脂、聚酰亚胺等。

图3-99 ABS塑料化学镀镍生产流程示意图

原则上任何一种塑料都可以通过适当的预处理后进行化学镀镍。然而目前应用最为广泛的是被称为“可镀塑料”的ABS塑料。ABS塑料是由A组分（丙烯腈）、B组分（丁二烯）、S组分（苯乙烯）三元共聚而成的。其中A与S发生的是共聚，B组分是自聚成球形状态后分散在AS共聚组分中。丁二烯自聚后存在着大量的碳碳双键，碳碳双键容易发生氧化断键，丁二烯能够溶解在强氧化性的铬酸与硫酸的混合溶液中。ABS塑料之所以容易进行金属化处理就在于其中存在高度弥散的球状丁二烯组分。ABS塑料化学镀镍及后续工艺流程如图3-99所示。处理后的ABS塑料断面示意图如图3-100所示。

图3-100 处理后的ABS塑料断面示意图

3.15.3 什么是粗化？

粗化是用硫酸和铬酐将ABS塑料中的B组分溶解掉，同时在其表面引入亲水的基团如羟基、磺酸基、羰基使工件表面由憎水变为亲水。粗化液的配方及工艺条件如表3-68所示。ABS的粗化作用断面示意图如图3-101所示。

表3-68 粗化液的配方及工艺条件

经常采用的是高浓度的硫酸而后采用的是高浓度的铬酐，这是由于高浓度硫酸溶液中的粗化时间要长，条件范围窄，粗化液不能再生使用。高铬酐溶液的优点是不容易粗化过度，得到的表面粗糙度均匀，容易获得均匀光亮的化学镀镍层。

3.15.4 改性聚苯氧树脂（PPO）的粗化处理工艺是什么？

PPO树脂是美国捷内拉尔公司开发的改性聚苯氧树脂，它具有优秀的耐热性，在低温环境下仍具有耐冲击性，而且有很好的成型精度，所以是很重要的一类工程塑料。它的粗化一般采取三步进行：第一步的粗化液采用的是体积比为10%的专用粗化液，处理温度为25～35℃，时间为2～5min；第二步采用的是400g/L的铬酐，200mL/L的硫酸水溶液，温度为65～68℃，时间为6～8min；第三步采用的是200g/L的铬酐，30mL/L的硫酸水溶液，温度为60～65℃，时间为3～5min。

图3-101 ABS的粗化作用断面示意图

3.15.5 聚酰胺树脂（PA）的粗化工艺是什么？

聚酰胺树脂（PA）的粗化分两步进行：第一步粗化液含有190～210mL/L的浓盐酸，以及适当的有机酸及表面活性剂，处理的温度为30～40℃，粗化的时间为6～12min；第二步粗化采用的是50～80mL/L的浓盐酸，处理温度为20～30℃，时间为1～2min。

3.15.6 聚碳酸酯（PC）/ABS合金塑料的粗化处理工艺是什么？

这种由PC和ABS塑料构成的合金塑料兼有两种组分的优点，具有优秀的耐热性、耐冲击性及尺寸稳定性，而且价格便宜。塑料合金的构成比例不同性能也不尽相同。它的粗化分两步进行：第一步采用的溶液是质量分数为50%的二甲基甲酰胺，处理温度为30～40℃，时间为2～3min；第二步采用的粗化液为400g/L硫酸与400g/L的铬酐水溶液，处理温度为65～75℃，时间为7～15min。

3.15.7 聚缩醛树脂（POM）的粗化工艺是什么？

聚缩醛树脂（POM）是具有优秀强度的晶态树脂，能够代替金属，目前实用范围广泛。这种树脂分为两类，一类是共聚物，一类是单分子聚合型，其结构式如图3-102所示。

图3-102 聚缩醛树脂结构式

a）共聚聚缩醛树脂结构式 b）单分子聚缩醛树脂结构式

粗化的时间和表面状态有着密切的关系，对于共聚物的POM树脂采用的粗化液是130mL/L的浓盐酸与300mL/L的浓硫酸的水溶液，处理温度为25℃。对于单分子聚合型的POM树脂的粗化液采用的是200mL/L（质量分数）为98%的磷酸与300mL/L的浓硫酸水溶液，处理温度为25℃。

3.15.8 聚丁烯对苯二甲酸酯（PBT）的粗化工艺是什么？

聚丁烯对苯二甲酸酯（PBT）的粗化也分为两步进行：第一步的粗化液为550g/L的浓硫酸与220g/L的铬酐水溶液，处理温度为65～68℃，时间为4～6min；第二步的粗化液为氢氧化钠200g/L，PET专用粗化液200mL/L，处理温度为70～75℃，时间为15～25min。

3.15.9 分步活化法内容是什么？

活化的作用是使基体表面形成一层非连续的贵金属颗粒，使基体表面具有催化还原铜的能力，从而使化学镀铜反应在整个催化处理过的基体表面上顺利进行。化学镀铜的活化方法多年来一直采用敏化-活化两步处理法。首先用5%（质量分数）的氯化亚锡水溶液进行敏化处理，敏化是在含氯化亚锡40g/L、盐酸100mL/L的溶液中浸渍，不清洗直接浸入活化液，其目的是减少水分带入。此步有时也称为“预浸”。然后再用1%～3%（质量分数）的PdCl₂、AuNO₃或AgNO₃的水溶液进行活化处理。活化的实质是在工件表面植入具有对次磷酸氧化和镍离子还原具有催化活性的金属离子，目前最为广泛的是氯化钯法。活化液的配方及工艺条件如表3-69所示。

表3-69 活化液的配方及工艺条件

3.15.10 分步活化法存在什么问题？

分步活化法存在两个严重的问题：①孔金属化的合格率低，在化学镀铜后有个别孔沉积不上铜，其主要原因是Sn^2-很易氧化，特别是敏化后水清洗时间稍长，Sn^2-被氧化为Sn^4-，从而失去敏化效果，使个别孔沉积不上铜；②活化剂采用的单盐化合物和铜箔产生置换反应，在铜表面上产生一层松散的贵金属置换层，如果在上面直接化学镀铜，会造成镀铜结合不牢，特别是多层板造成金属化孔和内层线连接不可靠。解决金属化孔内层印制导线连接不可靠，真正用于实际生产的是一次活化法的胶体钯活化法和分步活化法的螯合离子钯活化法。这两种活化法从根本上解决了Pd²⁺和铜之间产生置换反应的问题。

3.15.11 锡离子和钯离子吸附脱附时有什么区别？

锡离子和钯离子吸附动力学曲线如图3-103所示。由图3-103可看出，一次浸时，在10min之前吸附量上升很快，之后变化不大。然而在玻璃上多次浸时，在20min后锡的吸附仍未饱和（曲线3）。曲线4为多次敏化后钯的吸附。敏化后钯的吸附量是未进行敏化时的钯的吸附量的50倍。

玻璃上钯的吸附量与锡的吸附量的对比如图3-104所示。从图中可以看出，在玻璃上钯的吸附量要远比锡的吸附量大。

图3-103 锡离子和钯离子的吸附动力学曲线

1、2、3—锡离子从SnCl₂·2H₂O吸附到光玻璃 4—多次敏化后钯的吸附 5、6—锡离子从SnCl₂·2H₂O吸附到石英

注：其中1、2、5为新样品，3、4、6在同一样品上进行。

图3-104 玻璃上钯的吸附量与锡的吸附量的对比

1—Sn在光玻璃上的吸附 2—Pd在光玻璃上的吸附 3—Sn在石英上的吸附

锡和钯离子在水溶液中的脱附情况如图3-105、图3-106所示。由图可以看出，锡离子的存在不仅保证了钯的吸附量，还增加了钯与表面吸附键强度。

图3-105 锡离子在水溶液中的脱附情况

注：Sn离子从水溶液（1、4、5）中的脱附动力学及在同溶液（2、6）中同位素离子交换脱附动力学，以及在PdCl₂·2H₂O溶液（3）中被Pd离子替换动力学，其中1、3曲线在光玻璃上进行，4、6在石英上。

图3-106 钯离子在水溶液中的脱附情况

注：Pd离子从水溶液（1、4）中的脱附及在同溶液（2、3）中同位素离子交换脱附动力学。

经锡、钯和次磷酸离子依次处理后的X射线衍射光谱如图3-107所示，由图可以看出，锡和钯的吸附是以接近其氯化物的初始形式存在的。没有在活化过程中被还原的钯离子，在次磷酸中被还原了。

图3-107 X射线衍射光谱

3.15.12 胶体钯活化法的内容是什么？

敏化-活化一步法是化学镀前催化处理的一个重大改进，在目前的塑料电镀、印制板孔金属化生产上得到广泛的应用。目前国内应用的胶体钯溶液一般是按表3-70和表3-71配制的。

表3-70 胶体钯溶液的配制（Ⅰ）

表3-71 胶体钯溶液的配制（Ⅱ）

将70g氯化亚锡加入到100mL浓盐酸中，不断搅拌至完全溶解，加入7g锡酸钠，搅拌均匀，此为Ⅱ液。将1g氯化钯加入200mL浓盐酸中搅拌至完全溶解，再加100mL蒸馏水在（30±2）℃下，加入2.54g氯化亚锡，并不断搅拌，此为Ⅰ液。从加入氯化亚锡起计时，将Ⅰ液搅拌反应12min后，立即将Ⅱ液慢慢倒入Ⅰ液中。将配好的胶体钯溶液置于（45±5）℃的水溶液中保持3h，再加去离子水至1L，即得到性能优良的胶体钯活化液。保温不仅提高钯微粒的催化活性，还可延长活化溶液使用寿命。

3.15.13 胶体钯活化非金属时的工艺条件是什么？

用胶体钯活化非金属时，溶液温度为18～30℃。温度过低，活化效果不好；温度过高，会缩短溶液的使用寿命。活化时间一般为3～10min。活化后的工件经水洗后需浸入表3-72的配方溶液中解胶。

表3-72 解胶溶液配方

解胶的作用是将钯粒周围的二价锡离子脱去，露出具有催化活性的金属钯微粒。

3.15.14 胶体钯活化液的活性和稳定性受哪些因素影响？

胶体钯活化液的活性和稳定性取决于Ⅰ液（见3.15.12题，下面所提Ⅱ液也见3.15.12题）中Sn²⁺与Pd²⁺浓度比值，以及溶液的配制方法。Sn²⁺和Pd²⁺浓度比为2︰1时，所得到的活化液活化性能最好。这是由于不同的Sn²⁺与Pd²⁺浓度比所产生的形态不同。在30℃条件下反应12min，大约有90%以上的络合物中钯离子被还原成金属钯，它们极其细小的金属颗粒分散在溶液中，如果此时加入过量的Sn²⁺和Cl^-，则这些细小的钯核表面上很快吸附大量的Sn²⁺和Cl^-，形成带负电性的胶体化合物。这些胶体化合物悬浮在水溶液中不会聚沉。

胶体钯的活化性和稳定性除了与Ⅰ液中的Sn²⁺与Pd²⁺浓度比有关以外，还和配制过程非常有关。如果在30℃条件下反应时间太短就加入Ⅱ液，由于Ⅱ液中存在大量的Sn²⁺和Cl^-，就会反应形成另一种新的非常稳定的络合物。此络合物为草绿色，它非常稳定，不能还原出金属钯，所以过早加入Ⅱ液，则所配制的活化液没有活性。但是I液中Sn²⁺和Pd²⁺的混合时间也不能过长，否则形成的钯核聚集过大，这样的胶体钯虽然活化性能好，但溶液的稳定性太差，胶体颗粒太大易于沉淀。

3.15.15 盐基胶体钯活化法的内容是什么？

在胶体钯活化液中盐酸含量很高，有的配方每升溶液中含盐酸高达600mL，产生的强烈酸雾对健康和设备产生有害的影响。为解决这一缺点，人们对胶体钯进行了一些改进，如在其中加入尿素来抑制酸雾的产生。特别值得提出的是，在其中加入含氯离子的盐来代替大部分盐酸的盐基胶体钯催化液。操作时完全没有酸雾产生，但同样具有较好的催化活性、稳定性和结合力。而且，配制时不一定要像酸基胶体钯那样按照严格的步骤进行。例如，按下述方法配制的盐基胶体钯溶液可以应用于ABS塑料表面的催化处理。

把0.3g氯化钯溶于10mL浓盐酸和10mL蒸馏水的混合溶液中，在其中加入12g氯化亚锡。另称取160g氯化钠溶于1L蒸馏水中，将两液在不断搅拌下混合，并在45～60℃保温2～4h，即得盐基胶体钯溶液。另一种配制方法是：将0.5g氯化钯加入50mL浓盐酸和50mL水中，搅拌直至完全溶解，在其中加入1.5g氯化亚锡，搅拌溶解。另称取75g氯化钠溶于350mL水中，在其中加入3.5g锡酸钠和25g氯化亚锡，搅拌均匀后与前溶液混合，也在45～60℃保温2～4h。这两种配制方法得到的活化液效果相同。

3.15.16 如何保持胶体钯的活化液稳定性？

活化液中加入尿素，它和溶液中Sn²⁺和Cl^-反应生成稳定的络合物[CO（NH₂）₂]SnCl₃^-，由于形成了锡的络合物，改变了Sn²⁺的氧化还原电位，空气中的氧不易使Sn²⁺变成Sn⁴⁺，同时防止了盐酸的挥发，使溶液的pH值稳定，因此加入尿素对胶体钯的活化液稳定性起到重要的作用。为了使盐基胶体钯保持长久的活化性能，以及不聚沉，应注意以下维护要点，一般可连续使用一年以上。

1）控制活化液的密度为1.12g/cm³，密度不足时补加NaCl。

2）Sn²⁺含量，每周分析一次SnCl₂·2H₂O含量，维持在3.2g/L，不足时补加固体SnCl₂·2H₂O。但补加不能太多，否则溶液活化性能变差。

3）每周测量pH值一次，维持在pH值为0.3～0.7，pH值不足时，补加盐酸和尿素，每补1mL盐酸，同时补加5g尿素。

4）Pd含量分析：如不够应及时补加浓缩胶体钯活化液。

5）浓缩液配方如表3-73所示。

表3-73 浓缩液配方

3.15.17 离子钯活化法的内容是什么？

近年来，德国和日本在胶体钯的基础上推出了一种比胶体钯更稳定，与铜层附着力更好的离子型活化液，被称为第三代活化液。由于溶液中不含亚锡离子，因此可以长期使用而不沉降分离。同时克服了胶体钯活化过程中基体表面吸附一层亚锡离子和锡离子影响化学镀铜层均匀性和附着力的缺点。

离子钯催化溶液本质上是一种钯的络合物的水溶液。氯化钯不易溶于水，却可以被过量的氯离子所络合形成水溶性的[PdCl₄]^2-络离子。在上述溶液中加入某种既能络合钯又对基体有较强吸附力的化合物（如胺），所生成的离子钯溶液就能对非金属基体的化学镀产生催化作用，且较胶体钯稳定，与铜层结合力好，污染小。适合于配制离子钯溶液的络合物很多。

3.15.18 塑料基体化学镀镍的内容是什么？

由于ABS塑料不耐高温，因而不应采用高温的化学镀镍液进行化学镀，一般采用以次磷酸钠为还原剂的中温和低温化学镀镍液。以硼氢化肼（N₂H₄BH₃）为还原剂的中性化学镀镍液，工作温度为30～35℃。塑料基体化学镀镍工艺如表3-74所示。

表3-74 塑料基体化学镀镍工艺

3.15.19 如何用化学镀的方法制备封闭蜂窝材料？

一种含高温塑料聚苯乙烯的封闭蜂窝材料的新制造方法如下：

通过化学镀的方法在高分子粉末上镀覆一层镍磷合金，并进行高温烧结，得到了含高分子聚合物的金属封闭蜂窝材料。SEM和EDS（能量色散谱）分析表明经热处理后聚合物仍处于封闭空间里。这种材料具有低的弹性模量和高的能量吸收性能、高的衰减系数。

封闭蜂窝材料制造过程示意图如图3-108所示。

1）在10μm聚苯乙烯上化学镀0.46μm厚的镍。

2）将聚苯乙烯粉末放置在8mm或16mm的小球内，进行90℃衡压200MPa压缩。

3）进行真空800℃高温烧结1h。

封闭蜂窝材料的抗压应力与压应变的关系图如图3-109所示，应力与应变关系具有良好的线性关系。这对应了高能吸收性能，表明这种材料具有高能吸收特性可以用于冲击能量的吸收。

图3-108 封闭蜂窝材料制造过程示意图

3.15.20 在陶瓷上进行化学镀镍的作用是什么？

陶瓷具有高硬度、高耐蚀性、高介电性等诸多优点，因而作为功能材料用途越来越广泛，特别是纳米陶瓷的出现引起人们高度重视。然而陶瓷不具有导电性、韧性、焊接性等性能，所以使用陶瓷时往往要进行表面部分或全部的金属化处理。由于素烧陶瓷存在大量的孔隙，较为古老的方法是先用树脂将陶瓷表面进行封闭，以防处理液的进入，接着再进行一系列的粗化、敏化、活化处理以获得具有催化活性的可镀表面。由于素烧陶瓷板为制备几层乃至几十层的复合印制电路板的最佳材料，为此人们开发出一种丝网印刷技术，在陶瓷板上直接印刷上含有催化金属微粉的涂料。印刷所用的溶液组分含有Pd或Ag的氧化物0.15g、乙基纤维素6g、乙醇60mL、乙基溶纤剂40mL，以及适量的添加剂。而后将其在400℃烧结30～40min，使有机组分生成二氧化碳而挥发，则复杂的电路图的线条上均匀残留具有催化活性的金属钯微粒，在化学镀镍中起到诱发的效果。

图3-109 封闭蜂窝材料抗压应力与压应变的关系图

3.15.21 陶瓷材料上化学镀镍前的准备工艺有哪些？

陶瓷材料在化学镀镍前的准备工艺流程如图3-110所示：

图3-110 陶瓷材料化学镀镍前准备的工艺流程

一般采用的清洗液为有机溶剂或弱碱性脱脂液，超声波清洗是为了彻底清除含在陶瓷微孔中的脱脂液。脱水烘干是为了将陶瓷含浸的水彻底脱掉，一般采用200～400℃的温度进行烘干。

粗化目前广泛采用的有两种方法：一种是化学粗化；另一种是薄膜改性粗化。化学粗化法所用的溶液有两种：一种是氟化物粗化液，所采用的溶液是10%～20%（质量分数）的氢氟酸或者是20%～40%（质量分数）的氟化氢铵的水溶液，也可以采用硝酸和氢氟酸的混合溶液，采用氟化物处理液的目的是溶解陶瓷中的二氧化硅，造成表面的凸凹不平；另一种是强碱性的氢氧化钠或氢氧化钾粗化液，强碱性粗化液是由400～900g/L氢氧化钠或氢氧化钾溶液组成的。

薄膜改性粗化法的具体方法是将耐热的特殊玻璃涂覆在陶瓷表面进行烧结，玻璃膜层的厚度为几微米，使熔融的液态玻璃渗入到陶瓷的微孔中，然后再采用氟化物以及强碱性溶液对其表面进行粗化。薄膜改性粗化示意图如图3-111所示，粗化时间对镀层结合力的影响如图3-112所示。采用氢氧化钠粗化，粗化时间对镀层结合力的影响如图3-113所示。

图3-111 玻璃薄膜改性粗化示意图

a）玻璃涂覆在陶瓷表面烧结 b）液态玻璃渗入陶瓷中 c）表面粗化

图3-112 薄膜改性的粗化时间对镀层结合力的影响

图3-113 氢氧化钠的粗化时间对镀层结合力的影响

粗化之后要进行超声波清洗与干燥，而后要进行500～750℃的热处理。用800g/L的NaOH进行不同时间的粗化后，再进行300℃的热处理。薄膜改性的热处理时间对镀层结合力的影响如图3-114所示，热处理温度对镀层结合力的影响如图3-115所示。

陶瓷的敏化与活化一般有三种方法：第一种方法是常规的采用氯化亚锡溶液作为敏化液，氯化钯作为活化液；第二种方法是敏化活化一步法，即采用胶体钯溶液作为敏化活化处理液，采用硫酸水溶液作为解胶液；第三种方法是直接采用含有二价钯离子以及有机物的混合液进行处理，而后进行水洗，再在还原性溶液中浸渍使二价钯离子还原成金属钯。

在陶瓷完成以上一系列的表面准备之后，就可以进入镀槽进行化学镀镍。

图3-114 薄膜改性的热处理时间对镀层结合力的影响

图3-115 薄膜改性的热处理温度对镀层结合力的影响

3.15.22 陶瓷化学镀镍的应用有哪些？

陶瓷化学镀镍层有着广泛的用途，特别在电子行业中，如印制电路板、微型电容器、薄膜电阻、集成电路等方面。这里介绍在薄膜电阻上的应用。事实上为了提高电阻的温度系数，所镀的镀层是三元化学镀镍磷合金镀层，如镍钴磷、镍铁磷、镍铬磷、镍钼磷、镍钨磷等。采用的陶瓷材料含三氧化二铝92%～98%（质量分数）。由于这种电阻的体积非常小，所有的镀前处理及化学镀镍都是在滚筒中进行的。薄膜电阻的制作工艺流程是在陶瓷表面均匀镀上了这种多元合金镀层之后，采用激光束对镀层进行螺旋刻纹处理，再接上两端的导线，就做成了薄膜电阻，如图3-116所示。

图3-116 薄膜电阻的制作

a）原始材料 b）激光刻蚀后 c）成品

3.15.23 硅上化学镀镍工艺有哪些？

硅上化学镀镍工艺如表3-75所示。

表3-75 硅上化学镀镍工艺

注：镀液B为用于比较的电镀液。

3.15.24 硅上化学镀镍的机理是什么？

在化学气相沉积了SiO₂膜的Si上，化学镀镍的机理如图3-117所示。在化学镀过程中，镍优先在Si表面上沉积而不在SiO₂上沉积，在Ni沉积的同时伴随着Si的氧化生成SiO₂。

在两步法中，先在镀液B（见表3-75）中浸泡5min成核，后在镀液A（见表3-75）中生长，如图3-118所示。

图3-117 化学镀镍的机理

图3-118 两步组成过程示意生成图

a）核的生成 b）颗粒长大

3.15.25 粉体上化学镀镍的作用是什么？

粉体上的金属镀层能够给粉体新的功能，如抑制粉体的分解，提高粉体的耐蚀性，给粉体导电性，给粉体美丽的外观等。在电池行业常常要对电极材料的粉体进行化学镀，以对其进行包覆，例如，在镍氢电池中，一般采用粒度为200目左右的镧镍合金作为储氢材料，在反复的充放电过程中，在氢的溶解与放出过程中，微粉的体积要发生膨胀和收缩，这种过程容易导致粉体的崩溃，采用化学镀的方法对粉体进行包覆后有效地抑制了粉体的崩溃。当粉体表面镀有1～2μm金属铜的时候，电极的寿命可达5000次充放电。又例如，对金属进行增强及改性时，也常常采用将陶瓷粉末进行化学镀镍后使其分散在金属中，这种陶瓷粉体上的化学镀镍层可以提高陶瓷与金属之间的结合力。这种金属化了的陶瓷粉末在粉末冶金的压铸件上有很好的应用。随着科学技术的发展，粉体上的化学镀越来越广泛。

3.15.26 粉体上化学镀镍的方法有哪些？

那些具有催化性的粉体可直接进行化学镀镍，具有导电性的粉体可以采用流动床的方法进行电镀镍，不具备催化活性及导电性的粉体必须通过赋予催化活性及化学镀起始层后才能进行电镀。通常采用的办法与塑料上的化学镀过程相似。目前常使用的方法是利用表面活性剂使胶体钯吸附在粉体表面上，然后在还原性的溶液中将钯离子还原成金属钯，这样粉体表面就具有了化学镀镍需要的催化活性。

图3-119 滴注式连续补加与调整装置

A—分散微粒所采用的原溶液 B—滴注溶液

粉体具有巨大的比表面积，所以粉体化学镀镍溶液的装载量需要特别大，这是粉体化学镀的最大难点。1g粒径为5～10μm的聚丙烯树脂的粉体的比表面积有时能达到16m²，在化学镀的初期反应十分剧烈，因此所用的溶液必须非常稳定。而采用间断调整补充镀液时，又容易造成镀层的层状结构或导致镀液的过载分解。在连续搅拌的条件下的滴注式连续补加与调整镀液的方法，可获得很好的化学镀镍层，其装置如图3-119所示。分散微粒所采用的溶液和补加溶液组成及工艺条件如表3-76所示。

表3-76 化学镀镍溶液配方及工艺条件

3.15.27 粉体镀镍的应用有哪些？

目前一些细小的电子元件的接口的连接已经不允许采用焊接操作，这是因为焊点要非常小，电子元件也不允许局部的过热。因而人们考虑采用超细的粉末导体来进行连接。这些导电粉末还可以用来制作感应压电材料与压力传感器。为了减轻密度，也为了粒子具有一定的弹性，有人对聚乙烯树脂粉末进行化学镀镍处理。所采用的聚乙烯树脂的平均粒径为7.2μm，密度为1.02g/cm³，所采用的镀前预处理工序为粗化、敏化、活化。由于粒子团聚性质在化学镀镍液中，所以必须采用适当的表面活性剂使粒子在镀液中分散。采用阳离子表面活性剂可以使粒子得到很好的分散。

作为磁头的材料需要能在高频保持高磁通量。为了获得能满足这种要求的具有软磁性的物质，有人对铝硅铁粉进行了化学镀镍处理。采用的粉末为Fe-9.6Si-5.4Al，其粒径小于298μm。共沉积时间与共沉积量的关系如图3-120所示。这种材料在高频下的磁性特性如表3-77所示。

图3-120 共沉积时间与共沉积量的关系

1—＜30μm 2—53～75μm 3—150～300μm

3.15.28 如何制备导电及导磁性的无机化合物粉体？

为了制备导电及导磁性的无机化合物粉体，有人采用乙酰基乙酸作为络合剂在碳酸钙纤维上进行了化学镀镍处理，所采用的碳酸钙纤维的直径为1.0μm左右，长度为15～20μm，这种碳酸钙的比表面积为7.8m²/g，在化学镀过程中发现，采用不同浓度的镍的络合物，碳酸钙纤维上镀层的形貌不同。

在SiC粉末上化学镀镍的配方和工艺如表3-78所示。

表3-77 高频下的磁性特性

表3-78 在SiC粉末上化学镀镍的配方和工艺

3.15.29 金刚石粉末上如何进行化学镀镍？

金刚石是自然界存在的最硬的物质，在现代高科技领域内有着广泛的应用。它与石墨同是碳的同素异构体，在室温常压下呈亚稳态，因而耐热性差，加热时易石墨化和氧化。人造金刚石粉末表面存在裂纹等缺陷，强度不高，作为磨料在制作磨具时，与基体结合剂之间润湿性较差，影响其结合强度，在工作时易脱落。因此，国外在金刚石使用前，大都在其表面进行金属化。金刚石进行化学镀镍包覆后，砂轮的切削性能会提高3～5倍。

化学镀工艺过程如下：

为了防止金刚石粉末的沉降采用超声波搅拌镀液。随着化学镀镍的时间增加，镀层厚度的增加，金刚石的抗氧化能力随之增强，如图3-121所示。此外，化学镀镍层以填隙、补平等方式消除或减少了金刚石表面的裂纹、缺口等缺陷，减少了加热到高温时产生的热应力集中，因此减少和削弱了金刚石的热损伤。同时由于镍磷非晶态合金本身具有高硬度和高强度，使金刚石强度增加，强度最大可增加47%左右，如图3-122所示。

图3-121 化学镀时间与金刚石增重及其氧化温度的关系

图3-122 化学镀时间与金刚石强度及其强度损失率的关系

3.15.30 如何合成超细TiO₂-NiP颗粒？

TiO₂准备：将无水TiCl₃溶解到蒸馏水中，体积比为1∶10，得到透明悬浮的胶体，将悬浮液在高压140℃加热8h，室温冷却，在PdCl₂的催化下用pH值为2.5的NaH₂PO₂还原10min生成沉淀物。将溶液倒入25g/LNaH₂PO₂·H₂O溶液中进行机械搅拌30min生成悬浮液，然后将悬浮液直接引入化学镀溶液中。镀液组成：NiSO₄·6H₂O（30g/L）、NaH₂PO₂·H₂O（25g/L）、乳酸（20g/L）、C₃H₆O₂（4g/L）、NaAc（20g/L）、十二烷基硫酸钠（2g/L）、稳定剂（3mg/L）。用NH₃·H₂O调节pH值到4.6。混合后缓慢加热，加热到85℃后白色悬浮液变成黑色，将黑色悬浮液在85℃加热10min得到黑色沉淀物后，快速冷却到室温。将沉淀物过滤，经丙醇反复清洗5次，于100℃真空炉中烘干2h得到超细TiO₂-NiP颗粒。

3.15.31 聚丙烯纤维上如何进行化学镀镍？

聚丙烯纤维无纺布是一种多孔基体，表观面积为20dm²的基体其真实面积远大于20dm²，在纤维表面吸附Pd原子，以Pd原子为催化反应的活性中心，在纤维表面形成连续导电层。由于纤维的巨大比表面积，吸附Pd原子后形成足够大量的反应活性中心，使化学镀镍反应可在2～3min迅速完成。与常规化学镀相比较，采用超载化学镀有施镀面积大、时间短、无自分解现象、废弃液中残留NiSO₄·6H₂O浓度低等优点；而且对于只要求在表面得到导电层的非金属化学镀，采用超载化学镀的方法所得镀层可以满足要求；超载化学镀可以在单位体积的镀液中施镀最大限度量的面积；超载化学镀可使镀液中NiSO₄·6H₂O消耗迅速至极低浓度。镀后镀液可直接废弃或通过维护重复使用。在孔隙率为80%聚丙烯纤维无纺布上化学镀镍液的配方及工艺条件如表3-79所示。不同时间、不同温度的活化处理对镀后的表面状况及电阻的影响分别如表3-80、表3-81所示。

表3-79 在孔隙率为80%聚丙烯纤维无纺布上化学镀镍液的配方及工艺条件

表3-80 不同时间的活化处理对镀后表面状况及电阻的影响（45℃）

表3-81 不同温度的活化处理对镀后表面状况及电阻的影响（30min）

3.15.32 光纤维上如何进行化学镀镍？

光纤维上化学镀镍目的是改变目前光纤维在连接时必须用粘结剂的现状，因为这种连接方法在苛刻的条件下使用时其气密性、粘接强度、耐久性、耐热性往往不能满足要求。将直径125μm的光纤维导线端部的塑料皮剥下，露出30mm的纤维，采用类似ABS塑料电镀的前处理的方法进行处理后进行化学镀镍。镀液的稳定性不同，所镀的镍层形貌也不同。通过强度测试，良好镍镀层的结合强度可以提高到6.37N。

3.15.33 碳纤维上如何进行化学镀镍？

碳纤维上化学镀镍是最好的电磁干扰（EMI）屏蔽填充物。

镀液组成为：氯化镍30g/L，次磷酸钠10g/L，乙酸钠65g/L，氯化铵50g/L。

化学镀过程：SnCl₂/HCl敏化→PdCl₂/HCl活化→清洗→化学镀。

经对比镀前镀后的结果，可得到如下结论：

1）负载量在6g/L以下为好，当大于6g/L时镀层连续性不好，在与ABS混合220℃成型后，其屏蔽性能不好。当负载量为2g/L时其屏蔽性能最好。

2）pH值影响。在pH值为8时所得到的表面较平滑，pH值为9、10时表面差别不大，均有结瘤状。且当pH值为10时，镀液稳定性很差。在pH值为9、负载为2g/L时屏蔽性能最好，pH值为8、负载为2g/L时屏蔽性能次之。

3）在化学镀过程中，较低的温度能提高其屏蔽性能。在70℃时最好，但是其沉积速率较低。

3.15.34 石墨纤维上如何进行化学镀镍？

可以在石墨纤维表面上进行均匀连续的化学镀镍，镀层沉积速率主要通过HCHO、NaOH、酒石酸钾钠的浓度来控制。拉伸强度测试结果表明有镀层的仅比无镀层的低一点。同时发现通过压力渗透途径可以成功地将化学镀镍的石墨纤维与铝基体结合在一起，且有均匀分布镀层的纤维和铝基体界面之间无明显的反应，阻止了Al₄C₃的生成。

该镀液组成为：10gNiSO₄，10gNaOH，10mL36%（质量分数）HCHO，50g酒石酸钾钠，与水成1∶1（体积比）比例混合。在这里酒石酸钾钠起到稳定剂作用。化学镀过程中需要搅拌以去除气泡，得到均一的镀层。HCHO、NaOH、酒石酸钾钠的浓度对化学沉积速率的影响如图3-123～图3-125所示。

图3-123 HCHO浓度对沉积速率的影响

图3-124 NaOH浓度对沉积速率的影响

图3-125 酒石酸钾钠浓度对沉积速率的影响