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解析ABS電鍍制品表面金屬化處理
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作者:200402wxsanxin
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發布時間: 2020-04-15
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隨著工業的迅速發展、塑料電鍍的應用日益廣泛,成為塑料產品中表面裝飾的重要手段之一.目前國內外已廣泛在ABS、聚丙烯（PP)、聚砜、聚碳酸酯(PC）、尼龍（PA）、酚醛玻璃纖維增強塑料、聚苯乙烯等塑料表面上進行電鍍,其中尤以ABS塑料電鍍應用最廣,電鍍效果最好。但通常塑料是電的不良導體，要像金屬一樣進行電鍍加工，就必須使它表面具有導電性。因此，多采用化學鍍的方法使塑料的表面附著一層金屬膜，稱為電鍍工程的前處理，前處理工藝主要是化學鍍工藝，后處理工藝主要是電解電鍍工藝。
一、化學鍍工藝（前處理）
ABS制品→脫脂(凈化)→水洗→腐蝕→水洗→敏化→水洗→活化→水洗→化學鍍品(銅或鎳，厚度0.1~0..3μm)。
1.脫脂去油
鍍膜前首先要除去ABS制品在成型或運輸時制品表面沾附的不純物和油污等，同時降低ABS制品的表面張力，賦予其表面親水性。多數使用堿性或酸性去油劑，前者含有苛性鈉、磷酸三鈉、碳酸鈉和其他一些助劑，操作溫度70℃左右，去油效率較高。后者含有鉻酸鹽，其去油后不必洗滌制品，就可直接放置于酸性的粗化液之中。堿性或酸性去油劑作用時間約為3~5min。
表1 ABS制品脫脂去油參考配方
組分
配方1
配方2
氫氧化鈉/(g·L-1)
100
100
磷酸三鈉/(g·L-1)
166.6
200
碳酸鈉/(g·L-1)
100
120
2.表面調整
由于去污過程中的高溫浸泡，成型品表皮部分含有的空氣會因膨脹面形成氣泡，這樣就會使粗化處理不夠完全；同時由于去污材料的使用，會在制品表面生成硅酸、鹽酸皮膜，或是由于界面活性劑與樹脂的親和力過強等，都會影響粗化處理的效果。所以，在粗化處理之前要對制品的表面進行調整，主要是用硫酸溶液來浸泡。
3.粗化處理(ABS電鍍極為重要的一個步驟）
塑料和金屬鍍層之間的結合力只能是分子間引力，在光滑的塑料表面上與金屬鍍層結合是很困難的，粗化處理的目的一是粗化表面以增大金屬鍍層和塑料的粘結力，二是使塑料表面親水，使塑料表面各部分被水均勻潤濕，以便均勻吸附金屬離子。粗化方法主要有：高壓噴砂法和化學粗化法
A、高壓噴砂法：采用細度很高的金剛砂進行高壓噴砂，使塑料表面形成極微細的麻坑，以增大表面積，提高結合力。
B、化學粗化法：是把制品全部浸沒在強氧化劑溶液如鉻酸、硫酸、磷酸、硝酸、重鉻酸鉀等混合液中，使ABS表面的聚丁二烯被浸蝕掉，因此塑料表面形成極微細的麻坑，制品表面被粗化。
在進行化學粗化處理時，浸蝕條件很重要。浸蝕時間短，麻坑不能完全形成，時間長，有可能破壞基體。一般浸蝕時間根據制品情況從幾分鐘到1h不等，浸蝕溫度一般60℃左右。到目前為止ABS制品廣泛采用的化學粗化配方有兩種，一是CrO3-H2SO4-H2O浸蝕體系，二是CrO3-H2SO4-H3PO4浸蝕體系，其中都含有六價鉻成分。另外還可加入一些助劑，以保證浸蝕的均勻性。
4.中和處理
粗化處理后，制品表面形成的溶坑中殘留的鉻酸不能在水洗槽中被完全沖洗掉，此時鉻酸是以6價鉻的形態存在的。中和處理十分必要，否則將無法使化學沉積鍍層的引發順利進行。中和劑的選用、用量和處理時間都對制品電鍍性能有影響。也可將制品放入鹽酸浴槽中浸潰，使其6價鉻還原為3價鉻，然后用水將制品沖洗干凈。
5.敏化一活化處理
敏化一活化處理分兩步進行：先敏化，后活化。敏化劑實際上是一種還原劑，活化劑則是一種貴金屬鹽。當有敏化劑附著于塑料制品表面上時，它可以使活化劑的貴金屬離子還原成為一層貴金屬膜，這層膜對以后的導電層沉積起催化作用。最常用和最有效的敏化劑是氯化亞錫(二氯化錫SnCl2)溶液，此外，鈦、鉻、釷的化合物也可做敏化劑材料。在用氯化亞錫配制敏化劑時，通常要加入鹽酸和金屬錫于溶液中，加鹽酸的目的是防止SnCl2水解生成堿式氯化亞錫而使溶液渾濁，污染塑料表面，加金屬錫的目的是防止空氣中的氧逐漸把溶液的二價錫氧化成為四價錫而使溶液失去敏化作用.
表2 ABS敏化的參考條件
組成
條件1
條件2
氯化亞錫/(g·L-1)
40
20
鹽酸/(d=1.19)(g·L-1)
40~80
60
錫屑
適量
適量
處理溫度/℃
室溫
室溫
處理時間/min
30 ~ 60
20
6.化學鍍銅
經過表面敏化一活化處理的，ABS制品就可在其上沉積導電層，通常用化學方法沉積上一層銅或鎳，稱為化學鍍銅或化學鍍鎳，這是一種在低溫下的自動催化還原反應。堿性化學鍍銅，將表面經過敏化一活化處理的ABS制品浸入混合液中，在其表而銀層的催化作用下，發生還原反應，生或銅并沉積在制品上，鍍層厚度約為0.2~0.4μm。沉積銅后的制品就可像金屬件一樣進行電鍍了。
7.附著觸媒
粗化處理后的制品表面需要附著觸媒。觸媒化溶液是一種功能很強的塑料化學鍍引發溶液，是目前敏化一活化處理過程的發展，其基本組成是也是敏化一活化溶液的組成，它可使化學鍍層緊緊吸附在塑料表而上。觸媒化多數用來沉積化學鎳。一般采用金屬把作為觸媒，使其完全附著于制品表面。作法是將制品放入含有觸媒與鹽酸的溶液中浸漬。處理溫度為15~30℃，處理時間為1~2min。
8.化學鍍鎳
除用沉積銅作導電層外，也可用沉積鎳作導電層?；瘜W鎳溶液比化學銅溶液穩定且易控制，沉積鎳層比銅層耐腐蝕?；瘜W鎳溶液有堿性法和酸性法。堿性溶液的pH值在8.5一9.0之間，其操作成本低，易于控制，鍍層亦較光滑；酸性法的pH值在5一7之間，其沉積速度快，但pH對沉積速度和光澤形響很大，pH控創十分重要。
化學鎳溶液的組成一般有辣鹽、絡合荊、級沖劑、還原劑、穩定劑和pH值調節劑等。鎳鹽主要是Ni2+的鹽類，絡合劑主要是一些有機物的羥基羧酸及其鹽類、EDTA等，還原劑主要是次磷酸鹽、硼氫化物等。
二、電解電鍍工藝(后處理）
完成了化學鍍工藝之后，就轉入→觸擊電鍍(銅或鎳)→鍍鎳→鍍鉻→成品(厚度15~30μm}。
1.活性化
這一處理是為了除去非電鍍鎳表面形成的氧化皮膜，提高下而電鍍工序的附著力。
2.鍍鎳
為了提高下一工序的附著力和光澤度，加強被覆于制品表面的鎳膜強度面進行電解鍍鎳。
3.硫酸銅電鍍
將ABS制品放入含有光澤劑的硫酸銅和硫酸的電鍍液中進行鍍銅處理。與其他鍍銅液相比，硫酸銅和硫酸價格低廉、工藝簡單，鍍膜柔軟且伸展性好，所以很適用子在塑料電鍍中使用。因其價格較低，所以電鑄模具的制造廣泛采用這一方法。
4.半光澤鍍鎳
這一工序主要作用是提高制品的耐腐蝕性，電鍍液由俄酸鎳、氛化鎳及適量的光澤劑組成。
5.中間鍍鎳
與前一工序處理的作用相同，同時保護前道工序完成的電鍍皮膜。
6.光澤鍍鎳
本工序除了提高制品的附腐蝕性外，更主要的是賦予制品以美觀性。由于添加了光澤劑，使制品表面平滑具有光澤。
7.焦耳鍍鎳
這一工序的電鍍浴液中加入了不導電的極細的粉末，通過空氣攪拌使粉末分散，均一地附著在制品的表面，這些粉末與鎳共析，成為多孔性電鍍，而在其上再進行鍍鉻形成多孔質鍍鉻層。
8.鍍鉻鍍鉻
可大致分為裝飾性鍍鉻與工業用鍍鉻。鍍鉻層在2μm以上的一般作為工業用。而一般作裝飾用的最表層的鍍鉻，雖然比較薄，但光澤好，通常在大氣中不會氧化，所以廣泛作為鍍鎳的保護層而被采用。電鍍液中主要有鉻及少量的硫酸等
一、化學鍍工藝（前處理）
ABS制品→脫脂(凈化)→水洗→腐蝕→水洗→敏化→水洗→活化→水洗→化學鍍品(銅或鎳，厚度0.1~0..3μm)。
1.脫脂去油
鍍膜前首先要除去ABS制品在成型或運輸時制品表面沾附的不純物和油污等，同時降低ABS制品的表面張力，賦予其表面親水性。多數使用堿性或酸性去油劑，前者含有苛性鈉、磷酸三鈉、碳酸鈉和其他一些助劑，操作溫度70℃左右，去油效率較高。后者含有鉻酸鹽，其去油后不必洗滌制品，就可直接放置于酸性的粗化液之中。堿性或酸性去油劑作用時間約為3~5min。
表1 ABS制品脫脂去油參考配方
組分
配方1
配方2
氫氧化鈉/(g·L-1)
100
100
磷酸三鈉/(g·L-1)
166.6
200
碳酸鈉/(g·L-1)
100
120
2.表面調整
由于去污過程中的高溫浸泡，成型品表皮部分含有的空氣會因膨脹面形成氣泡，這樣就會使粗化處理不夠完全；同時由于去污材料的使用，會在制品表面生成硅酸、鹽酸皮膜，或是由于界面活性劑與樹脂的親和力過強等，都會影響粗化處理的效果。所以，在粗化處理之前要對制品的表面進行調整，主要是用硫酸溶液來浸泡。
3.粗化處理(ABS電鍍極為重要的一個步驟）
塑料和金屬鍍層之間的結合力只能是分子間引力，在光滑的塑料表面上與金屬鍍層結合是很困難的，粗化處理的目的一是粗化表面以增大金屬鍍層和塑料的粘結力，二是使塑料表面親水，使塑料表面各部分被水均勻潤濕，以便均勻吸附金屬離子。粗化方法主要有：高壓噴砂法和化學粗化法
A、高壓噴砂法：采用細度很高的金剛砂進行高壓噴砂，使塑料表面形成極微細的麻坑，以增大表面積，提高結合力。
B、化學粗化法：是把制品全部浸沒在強氧化劑溶液如鉻酸、硫酸、磷酸、硝酸、重鉻酸鉀等混合液中，使ABS表面的聚丁二烯被浸蝕掉，因此塑料表面形成極微細的麻坑，制品表面被粗化。
在進行化學粗化處理時，浸蝕條件很重要。浸蝕時間短，麻坑不能完全形成，時間長，有可能破壞基體。一般浸蝕時間根據制品情況從幾分鐘到1h不等，浸蝕溫度一般60℃左右。到目前為止ABS制品廣泛采用的化學粗化配方有兩種，一是CrO3-H2SO4-H2O浸蝕體系，二是CrO3-H2SO4-H3PO4浸蝕體系，其中都含有六價鉻成分。另外還可加入一些助劑，以保證浸蝕的均勻性。
4.中和處理
粗化處理后，制品表面形成的溶坑中殘留的鉻酸不能在水洗槽中被完全沖洗掉，此時鉻酸是以6價鉻的形態存在的。中和處理十分必要，否則將無法使化學沉積鍍層的引發順利進行。中和劑的選用、用量和處理時間都對制品電鍍性能有影響。也可將制品放入鹽酸浴槽中浸潰，使其6價鉻還原為3價鉻，然后用水將制品沖洗干凈。
5.敏化一活化處理
敏化一活化處理分兩步進行：先敏化，后活化。敏化劑實際上是一種還原劑，活化劑則是一種貴金屬鹽。當有敏化劑附著于塑料制品表面上時，它可以使活化劑的貴金屬離子還原成為一層貴金屬膜，這層膜對以后的導電層沉積起催化作用。最常用和最有效的敏化劑是氯化亞錫(二氯化錫SnCl2)溶液，此外，鈦、鉻、釷的化合物也可做敏化劑材料。在用氯化亞錫配制敏化劑時，通常要加入鹽酸和金屬錫于溶液中，加鹽酸的目的是防止SnCl2水解生成堿式氯化亞錫而使溶液渾濁，污染塑料表面，加金屬錫的目的是防止空氣中的氧逐漸把溶液的二價錫氧化成為四價錫而使溶液失去敏化作用.
表2 ABS敏化的參考條件
組成
條件1
條件2
氯化亞錫/(g·L-1)
40
20
鹽酸/(d=1.19)(g·L-1)
40~80
60
錫屑
適量
適量
處理溫度/℃
室溫
室溫
處理時間/min
30 ~ 60
20
6.化學鍍銅
經過表面敏化一活化處理的，ABS制品就可在其上沉積導電層，通常用化學方法沉積上一層銅或鎳，稱為化學鍍銅或化學鍍鎳，這是一種在低溫下的自動催化還原反應。堿性化學鍍銅，將表面經過敏化一活化處理的ABS制品浸入混合液中，在其表而銀層的催化作用下，發生還原反應，生或銅并沉積在制品上，鍍層厚度約為0.2~0.4μm。沉積銅后的制品就可像金屬件一樣進行電鍍了。
7.附著觸媒
粗化處理后的制品表面需要附著觸媒。觸媒化溶液是一種功能很強的塑料化學鍍引發溶液，是目前敏化一活化處理過程的發展，其基本組成是也是敏化一活化溶液的組成，它可使化學鍍層緊緊吸附在塑料表而上。觸媒化多數用來沉積化學鎳。一般采用金屬把作為觸媒，使其完全附著于制品表面。作法是將制品放入含有觸媒與鹽酸的溶液中浸漬。處理溫度為15~30℃，處理時間為1~2min。
8.化學鍍鎳
除用沉積銅作導電層外，也可用沉積鎳作導電層?；瘜W鎳溶液比化學銅溶液穩定且易控制，沉積鎳層比銅層耐腐蝕?；瘜W鎳溶液有堿性法和酸性法。堿性溶液的pH值在8.5一9.0之間，其操作成本低，易于控制，鍍層亦較光滑；酸性法的pH值在5一7之間，其沉積速度快，但pH對沉積速度和光澤形響很大，pH控創十分重要。
化學鎳溶液的組成一般有辣鹽、絡合荊、級沖劑、還原劑、穩定劑和pH值調節劑等。鎳鹽主要是Ni2+的鹽類，絡合劑主要是一些有機物的羥基羧酸及其鹽類、EDTA等，還原劑主要是次磷酸鹽、硼氫化物等。
二、電解電鍍工藝(后處理）
完成了化學鍍工藝之后，就轉入→觸擊電鍍(銅或鎳)→鍍鎳→鍍鉻→成品(厚度15~30μm}。
1.活性化
這一處理是為了除去非電鍍鎳表面形成的氧化皮膜，提高下而電鍍工序的附著力。
2.鍍鎳
為了提高下一工序的附著力和光澤度，加強被覆于制品表面的鎳膜強度面進行電解鍍鎳。
3.硫酸銅電鍍
將ABS制品放入含有光澤劑的硫酸銅和硫酸的電鍍液中進行鍍銅處理。與其他鍍銅液相比，硫酸銅和硫酸價格低廉、工藝簡單，鍍膜柔軟且伸展性好，所以很適用子在塑料電鍍中使用。因其價格較低，所以電鑄模具的制造廣泛采用這一方法。
4.半光澤鍍鎳
這一工序主要作用是提高制品的耐腐蝕性，電鍍液由俄酸鎳、氛化鎳及適量的光澤劑組成。
5.中間鍍鎳
與前一工序處理的作用相同，同時保護前道工序完成的電鍍皮膜。
6.光澤鍍鎳
本工序除了提高制品的附腐蝕性外，更主要的是賦予制品以美觀性。由于添加了光澤劑，使制品表面平滑具有光澤。
7.焦耳鍍鎳
這一工序的電鍍浴液中加入了不導電的極細的粉末，通過空氣攪拌使粉末分散，均一地附著在制品的表面，這些粉末與鎳共析，成為多孔性電鍍，而在其上再進行鍍鉻形成多孔質鍍鉻層。
8.鍍鉻鍍鉻
可大致分為裝飾性鍍鉻與工業用鍍鉻。鍍鉻層在2μm以上的一般作為工業用。而一般作裝飾用的最表層的鍍鉻，雖然比較薄，但光澤好，通常在大氣中不會氧化，所以廣泛作為鍍鎳的保護層而被采用。電鍍液中主要有鉻及少量的硫酸等