化学镀在功能材料制备中的作用与发展趋势

　　文/吴浩

　　
　　化学镀经历数十年的发展，已经作为一个重要的表面处理工艺逐渐为人们所熟悉和应用，但人们一般对化学镀镍和化学镀铜较为关注，尤其对化学镀镍的研究似乎有特别的兴趣。究其原因是化学镀铜一般是满足电子工业中导电、电磁屏蔽等方面的需要，较为局限，在其他的功能性方面没有化学镀镍有那样多的变化和神奇。

　　随着现代工业的发展，许多应用领域对材料的功能性要求越来越具有挑战性，传统冶金、制造、电镀等工艺路线很难满足苛刻的技术要求，而化学镀（绝不仅是指化学镀镍和化学镀铜）在突破传统思维后，应不再局限于以一种表面处理工艺来认识，而应作为功能材料及微纳米材料制备的重要手段来重视和发展。

化学镀工艺及发展

　　化学镀（electroless plating）按目前人们通常的理解是不需要外加电流，金属离子在溶液中还原剂的作用下在金属表面发生自催化作用而形成金属沉积的过程。

　　ISO  4527:2003（E）及对应的中国国家标准GB/T13913-2007（审查稿）《金属覆盖层——化学镀（自催化）镍一磷镀层-规范和试验方法》明确该标准不适合化学镀镍-硼合金镀层、镍-磷复合镀层以及三元合金镀层，规定了涉及化学镀（自催化）镍-磷镀层从水溶液到金属底层表面的所有要求和试验方法。从该标准明确的范围来看，只是规定了一个非常小的领域，实际上化学镀所涵盖的范围及未来的发展的空间要比上述范围宽广得多。

　　从基体材料来看，可以在各种基体上（金属、半导体、陶瓷、塑料、木材等）沉积化学镀层。

　　从零件的尺寸大小来看：大到上千平方米的换热器及大型设备，小到几十纳米的粉体材料表面都可以实现化学镀。笔者在大型设备化学镀镍的经验是在直径1.8m，长9m，表面积为1800cm²的管式换热器表面化学镀镍（高磷）的耐蚀性镀层；最小型的物体是对直径20nm的铁粉、镍粉、0.5~5μm的玻璃微珠表面分别化学镀镍、化学镀铜和化学镀银，这些粉体化学镀处理工艺全部可以实现工业化批量生产。其中需要克服的最关键工艺是两点：镀液体系的稳定性及工作溶液装载比的适应性。在实际生产中，由于溶液的蒸发与补加及工件的进出，化学镀溶液的装载比是不断变化的，如果遵循传统研究成果按装载比0.01~0.02d m²/L来进行工艺控制是很难满足实际需要的。

　　根据理论计算，1g1μm的镍球形粉末的比表面积为0.682m²；1g20nm的镍球形的比表面积高达34m²，按普通的化学镀工艺是很难在与镍粉类似的超细粉末表面形成稳定的镀层的，尤其是非金属粉末，而且化学镀后克服粉末团聚与干燥也是不得不面对的难题。

　　化学镀的几个关键因素是温度、浓度、PH、络合体系、还原剂的选择等，如果先不考虑形成的镀层性质，只要溶液中有可以还原的金属离子和相应的还原剂存在，在一定温度、PH的条件下，就可以将金属离子还原成一个原子一个原子的组装到目标表面--实现原子的自组装，这个过程如果先进行理论设计再有控制的进行——将比通过盲目的试验摸索显得更加轻松美妙而富有成效。

化学镀的优势

　　化学镀与传统电镀比较最方便的地方是不需要直流电源，省去了上、下挂具的许多麻烦。尤其对结构复杂的工件，化学镀更显优势。尽管电镀的原料成本会比化学镀低，但工装、挂具、电源等设备投资方面化学镀要节省得多。

　　电镀的优势是品种多，相对成本低、装饰性好，在这些方面化学镀目前很难取代电镀。热喷涂的优点是施工方便，特别对于大型容器、管道、轴件等防腐、耐磨要求的现场施工，具有其他处理工艺难以取代的成本和便利优势。缺点是涂层空隙率高，必须进行封闭处理，且涂层品种较少，对于结构复杂的小尺寸细节难以满足要求。

　　现代工业发展了许多其他的表面处理技术如：化学镀气相沉积、物理气相沉积、激光表面合金化、等离子体处理等，这些处理都各有其优点和缺点。在复杂结构零件、大面积设备方面，化学镀是最合适的表面处理工艺。从小到纳米级的颗粒表面、大到数平方米的大型化工设备，从金属、半导体到非金属都可进行处理，目前很难找到任何一种其他的处理工艺超越化学镀的便利性和适应性。

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