王宏

（濰坊學(xué)院機電工程學(xué)院，山東 濰坊 261061）

【化學(xué)鍍】

Al2O3陶瓷制品化學(xué)鍍銅與表面處理工藝

王宏

（濰坊學(xué)院機電工程學(xué)院，山東 濰坊 261061）

提供了一種 Al2O3陶瓷制品化學(xué)鍍銅的工藝，其溶液由組分A(含酒石酸鉀35 ～ 45 g/L、氫氧化鈉7 ～ 9 g/L和碳酸鈉3 ～ 4 g/L)和組分B(含硫酸銅7 ～ 14 g/L、氯化鎳1 ～ 2 g/L和甲醛15 ～ 20 g/L)按體積比3∶1混合而成。給出了表面預(yù)處理(包括除油、粗化、敏化、活化、還原等工序)的配方及工藝條件。介紹了市場需求量較大的鍍銅后五色系實用著色工藝配方及參數(shù)。Al2O3陶瓷制品應(yīng)用該工藝配方處理后，所得鍍層外觀平整、光亮，在獲得優(yōu)雅外觀的同時，大大延長了使用壽命。這些技術(shù)均已在生產(chǎn)實踐中獲得成功應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。

氧化鋁陶瓷制品；表面預(yù)處理；化學(xué)鍍銅；電鍍；著色

Author’s address: School of Mechanical and Electrical Engineering, Weifang University, Weifang 261061, China

1 前言

Al2O3陶瓷是無機非金屬材料，熔點、硬度和化學(xué)穩(wěn)定性很高，具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、絕緣性好等特點，被廣泛用于制造日常生活制品和一般電工、化工及機械元件?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展使陶瓷的特性得到進一步發(fā)揮，成為繼金屬材料、高分子材料后的第三種獨立的固體材料品種。隨著人們生活水平的日益提高，對Al2O3陶瓷材料性能的要求已不僅局限在使用性能方面，通過對其表面進行電鍍著色，在延長使用壽命的同時，獲得了宜人優(yōu)雅的外觀，大大拓寬了其應(yīng)用范圍。

2 Al2O3陶瓷制品的預(yù)處理及化學(xué)鍍銅

為了提高電鍍層在陶瓷表面的附著力，必須先對陶瓷表面進行預(yù)處理。

2. 1 除油

陶瓷制品表面常沾有油污、手汗，它們會使電鍍層附著力變差，產(chǎn)生龜裂、起泡和脫落。電鍍前應(yīng)進行除油處理。通常用汽油或酒精清洗，然后進行化學(xué)除油?；瘜W(xué)除油液的組分及工藝條件如下：

氫氧化鈉 20 ～ 30 g/L

磷酸三鈉 40 ～ 60 g/L

碳酸鈉 20 ～ 40 g/L

OP-10乳化劑 5 ～ 10 mL/L

t 10 ～ 15 min

θ 50 ～ 60 °C

試劑均為化學(xué)純，由萊陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)精細化工廠生產(chǎn)。與鋼鐵材料的電鍍前處理除油工藝[1]不同之處是：為提高除油效果，適當(dāng)增大了磷酸三鈉和乳化劑的用量，并且去掉了不便于徹底清洗的硅酸鈉。化學(xué)除油后應(yīng)徹底清洗工件表面殘留的堿液，采用溫水洗后再流水洗。

2. 2 粗化

粗化的目的是提高陶瓷制品的表面親水性和形成適當(dāng)?shù)拇植诙?，以保證鍍層有良好的附著力。它是決定鍍層附著力大小的最關(guān)鍵的工序。粗化方法有多種，效果不一。就提高鍍層附著力而言，化學(xué)浸蝕粗化優(yōu)于溶劑溶脹粗化，而后者又優(yōu)于機械粗化。一種切實可行的化學(xué)浸蝕粗化工藝如下：

氫氟酸 50 ～ 60 mL/L

氟化銨 200 ～ 220 g/L

θ 室溫

t 8 ～ 10 min

試劑均為化學(xué)純，由萊陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)精細化工廠生產(chǎn)。該工藝不同于一般電鍍手冊中述及的以鉻酐為主要成分的化學(xué)浸蝕粗化工藝[1]。粗化處理后用流水清洗，然后用10% ～ 20%(體積分數(shù))的鹽酸溶液進行浸蝕，再流水清洗。

2. 3 敏化

陶瓷制品是絕緣體，無法直接電鍍，需先敏化、活化、化學(xué)鍍后再施以電鍍。敏化處理的機理是使粗化后的零件表面吸附一層有還原性的二價錫離子，以便在隨后的離子型活化處理時，將銀離子還原成有催化作用的銀。敏化處理實用工藝如下：

氯化亞錫 5 ～ 15 g/L

鹽酸 30 ～ 50 mL/L

純錫(粒、條均可) 若干

θ 室溫

t 3 ～ 5 min

試劑均為化學(xué)純，由萊陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)精細化工廠生產(chǎn)。向溶液中加入錫條或錫粒可延緩二價錫的氧化，上述工藝的氯化亞錫含量較其他文獻[1-2]報道的略低。敏化處理后先用流水清洗再用蒸餾水清洗。

2. 4 活化

除化學(xué)鍍銀可在敏化后直接進行外，其余的化學(xué)鍍都必須在活化后進行?；罨幚硎鞘沽慵砻嫘纬梢粚佑写呋钚缘馁F金屬層，使化學(xué)鍍能自發(fā)進行。活化液為1.5 ～ 2.0 g/L硝酸銀，以體積分數(shù)為25%的氨水溶液滴至褐色沉淀呈透明為止。試劑均為化學(xué)純，由上海試劑一廠生產(chǎn)。本工藝的硝酸銀濃度低于其他文獻中述及的濃度[1-2]?；罨幚碓谑覝叵逻M行，時間3 ～ 5 min?；罨笥谜麴s水清洗2 ～ 3次。

2. 5 還原

通過還原處理，一方面可以提高表面的催化活性，加快化學(xué)鍍沉積速度，另一方面還能除去殘留在零件表面的活化液，防止它被帶入化學(xué)鍍液中引起溶液分解。還原處理工藝如下(試劑為化學(xué)純，由萊陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)精細化工廠生產(chǎn))：

甲醛(27%) 1份(體積比)

蒸餾水 9份(體積比)

θ 室溫

t 0.5 min

處理時間較電鍍工藝手冊[2]適當(dāng)延長。還原處理后流水清洗。

2. 6 化學(xué)鍍銅

按以下組分配制成A液、B液，使用時按體積比3∶1取液混合即可(試劑均為化學(xué)純，由萊陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)精細化工廠生產(chǎn))，工藝方案及配比不同于其他文獻[2-3]。

A液：

酒石酸鉀 35 ～ 45 g/L

氫氧化鈉 7 ～ 9 g/L

碳酸鈉 3 ～ 4 g/L

B液：

硫酸銅 7 ～ 14 g/L

氯化鎳 1 ～ 2 g/L

甲醛(37%) 15 ～ 20 g/L

配制方法：

A液──用少量水溶解酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉和碳酸鈉，并稀釋至1 L，過濾后待用。

B液──用少量水溶解硫酸銅及氯化鎳，過濾后加入甲醛，并稀釋至1 L，待用。

操作注意事項：

(1) 溫度一般控制在25 ～ 30 °C為宜[3]。溫度過高時，沉銅速度快，溶液易分解，沉積層疏松粗糙；溫度過低時，沉積速度過慢，易出現(xiàn)局部無沉積層。

(2) pH對沉積層的質(zhì)量影響很大，一般混合液的工作pH宜控制在12 ～ 13范圍內(nèi)。pH太高，沉積層不光滑、粗糙，且有黑色粉末；pH太低時，沉積效果差。

(3) 工作時使工件在混合液中晃動，以利于氣體的排出。加有甲醛液的混合液易分解，應(yīng)充分利用，不宜存放時間太久，若暫時不用，可將溶液過濾，用稀釋酸把pH調(diào)至9 ～ 10左右，可以基本抑制還原反應(yīng)，使用時再用氫氧化鈉調(diào)回至工作規(guī)定的 pH范圍[4-5]?；瘜W(xué)鍍銅后用流水清洗，然后上掛具。

3 Al2O3陶瓷制品電鍍銅與化學(xué)著色

3. 1 電鍍銅

Al2O3陶瓷制品經(jīng)預(yù)處理及化學(xué)鍍銅后，再電鍍光亮酸銅，其工藝配方及工藝要求與一般電鍍酸銅[1,6]相同。需要注意的是，起鍍時電流密度要稍小一些，待整個表面均覆蓋一層光亮銅后再調(diào)至工藝要求的電流密度，要求鍍層厚度在20 μm以上。該工藝采用新型測試方法[7]，即使溶液存在嚴重雜質(zhì)干擾，也可正常維護。酸性光亮鍍銅后要用流水清洗。

3. 2 化學(xué)著色

Al2O3陶瓷制品經(jīng)電鍍光亮酸銅后，按下列工藝進行著色。該系列工藝不同于其他文獻[8]，可操作性好，所得膜層致密、色澤均勻。所用試劑均為化學(xué)純，由上海試劑一廠生產(chǎn)。

3. 2. 1 著黑色

方案I：

硝酸銀 2 ～ 3 g/L

θ 室溫

t 2 ～ 3 min

方案II：

氫氯鉑酸 2 g/L

θ 室溫

t 2 ～ 3 min

3. 2. 2 著青銅色(即栗皮色)

硫化鉀 5 g/L

氯化銨 20 g/L

θ 室溫

t 10 min

3. 2. 3 著綠色

冰醋酸 1份(體積比)

蒸餾水 50份(體積比)

θ 室溫

t 1 ～ 2 min

取出后置于二氧化碳氣體中熏至綠色，或浸稀醋酸后于空氣中存放，待其自然生成。

3. 2. 4 著古銀色

室溫下，在200 g/L氯化鐵溶液中浸5 s，經(jīng)沖洗后放在黃銅絲藍內(nèi)，在20 g/L氫氧化鈉溶液中浸15 s，最后擦光突兀處，使之呈現(xiàn)白銀光澤即可。

3. 2. 5 著金黃色

氫氧化鈉 5 g/L

堿式碳酸銅 20 g/L

θ 室溫

t 浸至呈金黃色

著色后清洗晾干，擦涂上光蠟，布輪拋光，檢驗后包裝。

4 結(jié)語

本文提供了一整套 Al2O3陶瓷制品電鍍著色的實用工藝組分和條件。陶瓷制品采用該工藝進行電鍍著色處理后，在獲得優(yōu)雅外觀的同時，大大延長了使用壽命，可有效提高陶瓷制品的綜合性能。這些技術(shù)均已在生產(chǎn)實踐中獲得成功應(yīng)用。

[1] 張宏祥, 王為. 電鍍工藝學(xué)[M]. 天津: 天津科學(xué)技術(shù)出版社, 2002: 83, 142, 302, 295.

[2] 曾華梁, 吳仲達. 電鍍工藝手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1992: 575-578.

[3] 姜曉霞, 沈偉. 化學(xué)鍍理論及實踐[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2001: 294.

[4] 陳欽慧, 陳玉, 林金火. 漆酚甲醛縮聚物無鉻化學(xué)鍍銅[J]. 材料保護, 2006, 39 (5): 18-22.

[5] 于金庫. 化學(xué)鍍銅液的穩(wěn)定性分析[J]. 表面技術(shù), 1992, 21 (6): 288-289.

[6] 馮立明, 孫華, 馬希聘. 電鍍工藝與設(shè)備[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005: 132.

[7] 王宏, 曹玉寶. 酸性鍍銅溶液實用分析方法[C] // 第九屆全國電鍍與精飾學(xué)術(shù)年會論文集, 2006: 264-265.

[8] 霍栓成. 鍍銅[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007: 181-182.

[ 編輯：溫靖邦 ]

Electroless copper plating and surface treatment for Al2O3ceramics //

WANG Hong

A process for electroless copper plating on Al2O3ceramic products was provided. The bath is composed of components A (containing potassium tartrate 35-45 g/L, sodium hydroxide 7-9 g/L and sodium carbonate 3-4 g/L) and B (containing copper sulfate 7-14 g/L, nickel chloride 1-2 g/L and formaldehyde 15-20 g/L) with a volume ratio of 3 : 1. The bath composition and technological conditions of surface pretreatment were given, including degreasing, roughening, sensitizing, activating, and reducing. The formulation and process parameters for coloring in five different colors were introduced, which is carried out after copper electroplating and widely demanded in large quantities in the market. The coatings on Al2O3ceramic products are smooth and bright, producing an elegant appearance and greatly extending their service lives. All these technologies have been successfully applied to practical electroplating production, showing a wide development future.

alumina ceramic product; surface pretreatment; electroless copper plating; electroplating; coloring

TQ153.1

A

1004 – 227X (2010) 03 – 0023 – 03

2010–01–11

2010–01–20

山東省星火計劃項目（2008XH013）；濰坊學(xué)院優(yōu)秀學(xué)術(shù)團隊項目（2009Z03）。

王宏（1969–），女，山東青島人，工學(xué)碩士，副教授，中國機械工程學(xué)會材料分會理事，中國機械工程學(xué)會表面工程分會高級會員，研究方向為材料表面工程。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) sddd69@163.com。