化学镀是在催化条件下发生的氧化-还原反应过程。化学镀溶液由金属离子、络合剂、还原剂、稳定剂、缓冲剂等组成。化学镀能够顺利实施的必要条件是金属的沉积反应只发生在具有催化作用的工件表面,溶液本身相对稳定,自发发生氧化-还原反应的速度极慢,以保证溶液在较长的时间内不会因自然分解而失效。
与电镀不同的是,在化学镀中,溶液内的金属离子是依靠得到由还原剂提供的电子而还原成相应的金属的。完成化学镀的过程有以下3种方式。
(1)置换沉积:利用被镀金属的电位比沉积金属负,将沉积金属离子从溶液中置换在工件表面上。其化学反应可表述为:
溶液中金属离子被还原沉积的同时,伴随着基体金属的溶解,当基体金属表面被沉积金属完全覆盖时,反应即自动停止。所以,采用这种方法得到的镀层非常薄。
(2)接触沉积:利用电位比被镀金属高的第三金属与被镀金属接触,让被镀金属表面富积电子,从而将沉积金属还原在被镀金属表面。其化学反应实际上与置换沉积相同,只是不是基体金属,而是第三金属。其缺点是第三金属离子会在溶液中积累。
(3)还原沉积:利用还原剂被氧化时释放出的自由电子,把沉积金属还原在镀件表面。其反应过程可表述为:
式中,Re为还原剂;Ox为氧化剂。
一般意义上的化学镀主要是指还原沉积化学镀。它只在具有催化作用的表面上发生。如果沉积金属〔如镍、铜等)本身就是反应的催化剂,该化学镀过程就称为自催化化学镀,它可以得到所需的镀层厚度。如果在催化表面上沉积的金属本身不能作为反应的催化剂,一旦催化表面被沉积金属覆盖,沉积反应就会自动终止,所以只能获得有限厚度的镀层。
与电镀相比,化学镀的优点是不需要外加直流电源、不存在电力线分布不均匀的影响,因而无论工件的几何形状多复杂,各部位镀层的厚度都是均匀的;只要经过适当的预处理,它可以在金属、非金属、半导体材料上直接镀覆;得到的镀层致密,孔隙少、硬度高,因而具有极好的化学和物理性能。
由于在化学镀过程中,还原剂参与了整个化学沉积过程,并有少量沉积于镀层中,因而对镀层的性能有着显著的影响。还原剂是化学镀溶液中的主要成分之一,除应具有较强的还原作用外,还应不使催化剂中毒。化学镀溶液常用的还原剂有次磷酸盐、甲醛、肼、硼氢化物、胺基硼烷及其衍生物等,它们的氧化-还原电位见表4-24。
化学镀技术在化工、电子、石油等工业中有着极为重要的地位,但因溶液的稳定性较差,溶液的维护、调整和再生都比较麻烦,生产成本较高等因素而限制了它在其他工业中的应用。目前,用化学镀的方法能获得镍、铜、银、金、钴、锡、钯、铂等单金属镀层和合金镀层,并已在工业生产中得到应用。其中,以化学镀镍、化学镀铜应用最为普遍。
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