一种ABS塑料非钯活化化学镀镍工艺研究

宋政伟， 丁莉峰

(太原工业学院化学与化工系，山西 太原 030008)

随着近几年非金属功能材料的发展，使得塑料研究更为广泛，ABS是一种工程中最常用的塑料。ABS塑料表面金属化后使塑料的应用更加广泛，如用于电脑外壳、手机外壳、玩具、汽车装饰、空调部件、轮毂表层等[1-3]。最常见的是在塑料表面沉积铜和镍进行打底，之后再进行电镀铬，获得光亮的金属表面。但是，塑料作为不导电的材料，无法直接电镀，而且是化学镀非活性基材，也不能直接化学镀，必须对塑料表面进行金属化处理。最常见的金属化处理工艺步骤为[4-6]：1) 对表面进行活化处理，使其表面吸附一层具有催化活性的金属颗粒；2) 进行化学镀铜或化学镀镍。其中，第一步的活化工艺对整个化学镀起着决定性作用。关于非活性基材活化的工艺有很多，最常用的活化方法是使用氯化钯进行活化，其活化效果相对来说比较好，但是钯有毒，且价格昂贵，若钯颗粒不慎落入镀液中，会影响镀液的稳定性。最近几年，对于用非钯进行活化的工艺研究也有一些进展，包括热氧化还原法、有机镍热分解法，也有用N型半导体氧化物代替贵金属作为活化剂的活化方法等[7-10]。但各个方法都有自身优缺点，如，有机镍热分解方法，可以用在无机物表面活化，但对于塑料来讲，在高温下会发生变形，无法进行应用。

本文拟采用一种新的无钯活化去代替氯化钯进行活化，并研究活化工艺对镀层性能的影响。

1 实验部分

1.1 前处理及活化

实验所采用的材料为ABS塑料，前处理的工艺流程为：打磨→除应力→除油→粗化→活化。

打磨依次使用320目(45μm)、600目(23μm)、1000目(13μm)耐水砂纸进行，打磨时朝着一个方向进行。之后,将其放入70 ℃烘箱，保温12 h，除去内应力。将洗干净的塑料放入乙醇溶液中进行常温清洗10 min，再将塑料放入碱洗液中进行除油。粗化可以使塑料表面粗糙，有利于吸附更多的活性物质，以便塑料化学镀镍的进行，粗化液是20 g·dm3高锰酸钾，20 g/L氢氧化钠，温度85 ℃。

将0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g的硝酸银分别溶于以乙醇、乙二醇、蒸馏水为主要成分的混合溶剂中(乙醇80%～90%，乙二醇4%～6%，水10%～15%)，配制成0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/L的硝酸银溶液，即为活化液。将粗化后的塑料样品放入活化液中浸泡1 min～25 min，取出后放入65 ℃的烘箱中恒温10 min，之后进行化学镀镍。

1.2 化学镀镍

实验采用2种化学镀镍液。

化学镀镍液配方一：六水合氯化镍20 g/L、硼氢化钠0.8 g/L、硫脲1 mg/L、乙二胺35 mL/L、氢氧化钠110 g/L，温度80 ℃，pH>12。

化学镀镍液配方二：硫酸镍25 g/L、次亚磷酸钠10 g/L、硫脲1 mg/L、柠檬酸10 g/L，温度85 ℃，pH为5～6。

实验采取先在镀液一中施镀10 min，之后，再放入镀液二中施镀30 min。

1.3 镀层性能检测

1) 外观及形貌

用肉眼观察塑料表面上的镀层，是否光亮、均匀，其表面是否起皮、是否有明显的缺陷等。这种用肉眼观察镀层表面性能的方法称为目测法。利用金相显微镜及SEM对塑料表面镀层的微结构进行进一步的观察。

2) 结合力

选用镀层表面均匀、色泽光亮的塑料进行胶带剥离。此方法具体操作如下：将胶带粘到塑料表面，按压1 min左右，然后迅速使塑料与胶带分离，观察塑料表面的镀层情况。若镀层仍然完整无损，则说明镀层结合力好；否则，塑料表面镀层结合力差。

2 结果与讨论

2.1 硝酸银质量浓度对镀层的影响

设定活化工艺为：温度25 ℃，活化时间15 min。表1为硝酸银质量浓度对镀层性能的影响。由表1可以看出，当AgNO3质量浓度为0.1 g/L时，镀层性能差；达到0.25 g/L时，可以形成结合力较好的镀层；达到0.3 g/L～0.4 g/L时，镀层光亮、均匀、完整，且结合力好；但当AgNO3质量浓度达0.5 g/L时，镀层变得不均匀，有起皮现象。综上可得，硝酸银最佳质量浓度为0.3 g/L～0.4 g/L，此活化工艺下，镀层光亮、均匀、结合力好。

表1 硝酸银浓度对镀层的影响

2.2 活化温度对镀层的影响

设定活化工艺为：AgNO3质量浓度0.3 g /L，时间15 min。

表2为活化温度对镀层性能的影响。由表2可以看出，当活化温度低于40 ℃时，镍镀层无光亮，严重起皮；当活化温度为40 ℃～50 ℃，镀层半光亮、均匀、无起皮；当活化温度高于50 ℃时，镀层既无光亮，且严重起皮。综上可得，最佳活化温度为40 ℃，此活化工艺下，镀层光亮、均匀、结合力好。

2.3 活化时间对镀层的影响

设定活化工艺为：AgNO3质量浓度0.3 g/L，温度40 ℃。表3为活化时间对镀层性能的影响。当活化时间少于15 min时，镀层发暗，表面不均匀，有起皮；当活化时间为20 min时，被分解的银均匀分布在在塑料表面上，所得镀层均匀，光亮；当活化时间增加到25 min时，镀层不光亮、有起皮，由于表面形成的银颗粒过多，导致镀层与基底结合力下降，从而出现起皮现象。综上可得，最佳活化时间为20 min，此活化工艺下，镀层光亮、均匀、结合力好。

表2 硝酸银浓度对镀层的影响

表3 活化时间对镀层性能的影响

2.4 表面形貌表征

根据所得的条件，0.3 g/L～0.4 g/L AgNO3，活化温度为40 ℃，活化时间为20 min，活化后对活化表面形貌进行SEM表征，结果见图1。从图1可以看出，所形成的纳米银颗粒大小均匀，颗粒直径约为25 nm，能够为后续的化学镀镍提供足够的化学镀活性位点，保证施镀均匀完整。

图1 活化20 min后表面SEM图

根据所得条件，0.3 g/L～0.4 g/L AgNO3，活化温度为40 ℃，活化时间为20 min，对ABS进行处理后施镀，通过SEM观察试样的表面微观形貌，见第12页图2。从图2可以看出，所得镀层有典型化学镀Ni-P层结构，表面由10 μm左右的晶胞相互连接而成，晶胞之间结合紧密，无裂缝。

3 结论

用硝酸银溶液对塑料表面进行活化，探究活化工艺对镀层性能的影响，确定了用硝酸银活化进行化学镀镍的最佳的活化工艺为：0.3 g/L～0.4 g/L AgNO3溶液，活化温度40 ℃，活化时间20 min。此工艺制备的镍镀层呈现银白色、表面没有明显的缺陷，镀层与基体的结合力良好。该工艺能够在一定范围内替代钯活化，起到降低生产成本的目的，也可应用到其他非活性基材化学镀中。

图2 化学镀镍层微观形貌图