ABS塑料表面镀Ni-W镀层工艺与性能及机理研究

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1、摘要摘要ABS塑料质轻，无毒，具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，容易进行电镀加工，但ABS塑料也有它不足之处如：不耐磨、不导电、硬度低等。正是这一些缺陷限制了ABS塑料在工业上的应用，使其不能满足某些工业上的特殊应用。Ni．W合金镀层具有优良的硬度和耐磨性同时具备良好的外观形貌和光泽。对ABS进行Ni．W合金电镀可以大大提高镀层的硬度和耐磨性，并赋予ABS表面金属光泽，扩展ABS塑料的应用范围。本文首次将Ni．W合金镀层应用到ABS塑料表面上，先后采用除油、粗化

2、、敏化、离子型活化、化学镀铜、加厚镀铜，使ABS表面金属化，通过实验确定表面金属化最佳工艺。对金属化后的ABS塑料进行合金电镀，并通过显微观察、表面硬度测试、表面形貌判定、结合力测试等手段研究了工艺参数的改变对电沉积速度、试样表面硬度的影响；应用EDS能谱分析和X射线衍射等现代材料测试技术研究了镀层的组成及结构，分析研究镀层中不同W含量的Ni．W合金的结构形式。ABS塑料表面金属化实验结果和理论分析表明：1)通过反复实验，确定了ABS塑料合会电镀的工艺流程：除油、粗化、敏化、活化、化学镀铜，使A

3、BS表面金属化，再进行加厚电镀铜，最后电沉积Ni-W合金镀层。2)对常用的粗化工艺和活化工艺进行探讨，综合考虑成本及效果，确定了采用高铬酐型粗化液和硝酸银离子型活化液。3)对塑料表面金属化过程的化学镀铜工艺进行了实验，论述了化学镀铜对ABS塑料基体的影响，并探讨化学镀铜参数对镀液稳定性及镀层与基体结合力的影响。根据实验结果，确定了化学镀铜工艺及工艺参数。Ni-W合金电镀试验结果和研究表明：1)随着镀液中硫酸镍含量的提高，镀液中镍离子数量增加，阴极表面集聚的镍离子比氢离子越来越多，析氢反应减少，镀

4、速、表面硬度也随之提高，表面形貌也变佳。而随着钨酸钠含量的提高，镀液中的W042-离子增多，可被诱导析出的金属钨增加，但相对的Ni2+离子浓度便减少，从而影响到阴极表面的镍原子广东‘[业大学一T：学硕十学位论文析出，也减少钨诱导析出的可能，使得镀速先增后减；同时随着钨酸钠增加，Ni．W固溶体晶格畸变增大，硬度提高，但当Ni-W合金从纳米晶态过渡到非晶态后，晶体容易发生滑动，表面硬度降低；钨酸钠含量过高，镍诱导共沉积的能力有限，过多的钨酸钠存在则不利于镀层形成致密的外观，使试样形貌质量下降。柠檬酸

5、作为络合剂，其含量的影响主要体现在当其含量偏低时，不能满足镀液中金属离子形成更多络合物的需要，影响镀速，柠檬酸含量充足即有利于电镀效果，过多的柠檬酸对电镀效果不会带来更大的提高。2)阴极电流密度对试样硬度有直接影响，这是由于镀层的合金晶粒生长受到高镀速的影响，向小尺寸方向发展，表面硬度则因此一直提高增加；随着电流密度增大，电极表面析出的物质就越多，阴极表面沉淀的合金就越多，镀速增加，但析氢随着电流密度增加而变得愈加剧烈，反而阻碍镀速增加，同时金属沉积速度存在上限，镀速趋于稳定；另外过大的电流密度

6、使得在阴极附近电解液中消耗的沉积离子来不及进行补充，导致试样外观质量下降。3)镀液的pH值对试样表面形貌的影响相对其他条件要直接些，在偏酸性条件下得到的镀层外观光亮细致，而随着pH升高，析氢减少，电流效率升高，从而使得镀速、试样硬度增大，但过高的镀速阻碍Ni．W晶粒的细化，所以随着pH继续升高，试样硬度平稳发展不再升高。4)镀液温度升高，金属离子扩散能力增强，增加了阴极扩散层中会属离子的浓度，不仅利于镀速加快，也利于Ni．W晶粒的细化和表面致密，提高表面硬度和外观形貌，但温度过高造成了络合剂及添

7、加剂的分解和挥发，镀液变得不稳定，对镀速、试样表面硬度和形貌造成不良影响。5)通过Ni-W镀层进行XRD的测试，观察和计算证明镀层中Ni．W合金是以Ni为溶剂、W为溶质的置换型固溶体，而且晶粒尺寸为20"--40nm之间，镀层为纳米晶镀层，而随着W含量的增加，Ni．W合金结构逐渐向非晶态转变，当W含量为45．56％时，Ni．W合金镀层即为非晶态镀层。6)通过正交实验结果，分析表明：硫酸镍／钨酸钠的含量比对试样表面硬度的影响最大，对耐磨性和表面形貌都具相当重要影响作用；镀液温度对表面硬度、耐磨性及

8、表面形貌的影响都是四个因素中最小的；镀液的pH值对耐磨性的影响最为显著，对表面硬度的影响也较大，对表面形貌的影响则较小；阴极电流密度II摘要对表面硬度、耐磨性的影响较大，对表面形貌的影响则不太显著。7)通过正交试验优化得到最佳的Ni-W合金电镀配方为：硫酸镍60∥L，钨酸钠1509／L，柠檬酸1309／L，镀液温度65。C，pH值为5，电流密度20A／dm2，施镀时问30min。合金镀层表面硬度达到668．25HV，为纯镍镀层的2．94倍，以纯镍镀层为参考基准，Ni．W合金镀层的相对耐磨性可达4