Al2O3陶瓷制品化学镀铜与表面处理工艺

王宏

（潍坊学院机电工程学院，山东 潍坊 261061）

【化学镀】

Al2O3陶瓷制品化学镀铜与表面处理工艺

王宏

（潍坊学院机电工程学院，山东 潍坊 261061）

提供了一种 Al2O3陶瓷制品化学镀铜的工艺，其溶液由组分A(含酒石酸钾35 ～ 45 g/L、氢氧化钠7 ～ 9 g/L和碳酸钠3 ～ 4 g/L)和组分B(含硫酸铜7 ～ 14 g/L、氯化镍1 ～ 2 g/L和甲醛15 ～ 20 g/L)按体积比3∶1混合而成。给出了表面预处理(包括除油、粗化、敏化、活化、还原等工序)的配方及工艺条件。介绍了市场需求量较大的镀铜后五色系实用着色工艺配方及参数。Al2O3陶瓷制品应用该工艺配方处理后，所得镀层外观平整、光亮，在获得优雅外观的同时，大大延长了使用寿命。这些技术均已在生产实践中获得成功应用，具有广阔的发展前景。

氧化铝陶瓷制品；表面预处理；化学镀铜；电镀；着色

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

1 前言

Al2O3陶瓷是无机非金属材料，熔点、硬度和化学稳定性很高，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、绝缘性好等特点，被广泛用于制造日常生活制品和一般电工、化工及机械元件。现代工业的发展使陶瓷的特性得到进一步发挥，成为继金属材料、高分子材料后的第三种独立的固体材料品种。随着人们生活水平的日益提高，对Al2O3陶瓷材料性能的要求已不仅局限在使用性能方面，通过对其表面进行电镀着色，在延长使用寿命的同时，获得了宜人优雅的外观，大大拓宽了其应用范围。

2 Al2O3陶瓷制品的预处理及化学镀铜

为了提高电镀层在陶瓷表面的附着力，必须先对陶瓷表面进行预处理。

2. 1 除油

陶瓷制品表面常沾有油污、手汗，它们会使电镀层附着力变差，产生龟裂、起泡和脱落。电镀前应进行除油处理。通常用汽油或酒精清洗，然后进行化学除油。化学除油液的组分及工艺条件如下：

氢氧化钠 20 ～ 30 g/L

磷酸三钠 40 ～ 60 g/L

碳酸钠 20 ～ 40 g/L

OP-10乳化剂 5 ～ 10 mL/L

t 10 ～ 15 min

θ 50 ～ 60 °C

试剂均为化学纯，由莱阳经济技术开发区精细化工厂生产。与钢铁材料的电镀前处理除油工艺[1]不同之处是：为提高除油效果，适当增大了磷酸三钠和乳化剂的用量，并且去掉了不便于彻底清洗的硅酸钠。化学除油后应彻底清洗工件表面残留的碱液，采用温水洗后再流水洗。

2. 2 粗化

粗化的目的是提高陶瓷制品的表面亲水性和形成适当的粗糙度，以保证镀层有良好的附着力。它是决定镀层附着力大小的最关键的工序。粗化方法有多种，效果不一。就提高镀层附着力而言，化学浸蚀粗化优于溶剂溶胀粗化，而后者又优于机械粗化。一种切实可行的化学浸蚀粗化工艺如下：

氢氟酸 50 ～ 60 mL/L

氟化铵 200 ～ 220 g/L

θ 室温

t 8 ～ 10 min

试剂均为化学纯，由莱阳经济技术开发区精细化工厂生产。该工艺不同于一般电镀手册中述及的以铬酐为主要成分的化学浸蚀粗化工艺[1]。粗化处理后用流水清洗，然后用10% ～ 20%(体积分数)的盐酸溶液进行浸蚀，再流水清洗。

2. 3 敏化

陶瓷制品是绝缘体，无法直接电镀，需先敏化、活化、化学镀后再施以电镀。敏化处理的机理是使粗化后的零件表面吸附一层有还原性的二价锡离子，以便在随后的离子型活化处理时，将银离子还原成有催化作用的银。敏化处理实用工艺如下：

氯化亚锡 5 ～ 15 g/L

盐酸 30 ～ 50 mL/L

纯锡(粒、条均可) 若干

θ 室温

t 3 ～ 5 min

试剂均为化学纯，由莱阳经济技术开发区精细化工厂生产。向溶液中加入锡条或锡粒可延缓二价锡的氧化，上述工艺的氯化亚锡含量较其他文献[1-2]报道的略低。敏化处理后先用流水清洗再用蒸馏水清洗。

2. 4 活化

除化学镀银可在敏化后直接进行外，其余的化学镀都必须在活化后进行。活化处理是使零件表面形成一层有催化活性的贵金属层，使化学镀能自发进行。活化液为1.5 ～ 2.0 g/L硝酸银，以体积分数为25%的氨水溶液滴至褐色沉淀呈透明为止。试剂均为化学纯，由上海试剂一厂生产。本工艺的硝酸银浓度低于其他文献中述及的浓度[1-2]。活化处理在室温下进行，时间3 ～ 5 min。活化后用蒸馏水清洗2 ～ 3次。

2. 5 还原

通过还原处理，一方面可以提高表面的催化活性，加快化学镀沉积速度，另一方面还能除去残留在零件表面的活化液，防止它被带入化学镀液中引起溶液分解。还原处理工艺如下(试剂为化学纯，由莱阳经济技术开发区精细化工厂生产)：

甲醛(27%) 1份(体积比)

蒸馏水 9份(体积比)

θ 室温

t 0.5 min

处理时间较电镀工艺手册[2]适当延长。还原处理后流水清洗。

2. 6 化学镀铜

按以下组分配制成A液、B液，使用时按体积比3∶1取液混合即可(试剂均为化学纯，由莱阳经济技术开发区精细化工厂生产)，工艺方案及配比不同于其他文献[2-3]。

A液：

酒石酸钾 35 ～ 45 g/L

氢氧化钠 7 ～ 9 g/L

碳酸钠 3 ～ 4 g/L

B液：

硫酸铜 7 ～ 14 g/L

氯化镍 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钾钠、氢氧化钠和碳酸钠，并稀释至1 L，过滤后待用。

B液──用少量水溶解硫酸铜及氯化镍，过滤后加入甲醛，并稀释至1 L，待用。

操作注意事项：

(1) 温度一般控制在25 ～ 30 °C为宜[3]。温度过高时，沉铜速度快，溶液易分解，沉积层疏松粗糙；温度过低时，沉积速度过慢，易出现局部无沉积层。

(2) pH对沉积层的质量影响很大，一般混合液的工作pH宜控制在12 ～ 13范围内。pH太高，沉积层不光滑、粗糙，且有黑色粉末；pH太低时，沉积效果差。

(3) 工作时使工件在混合液中晃动，以利于气体的排出。加有甲醛液的混合液易分解，应充分利用，不宜存放时间太久，若暂时不用，可将溶液过滤，用稀释酸把pH调至9 ～ 10左右，可以基本抑制还原反应，使用时再用氢氧化钠调回至工作规定的 pH范围[4-5]。化学镀铜后用流水清洗，然后上挂具。

3 Al2O3陶瓷制品电镀铜与化学着色

3. 1 电镀铜

Al2O3陶瓷制品经预处理及化学镀铜后，再电镀光亮酸铜，其工艺配方及工艺要求与一般电镀酸铜[1,6]相同。需要注意的是，起镀时电流密度要稍小一些，待整个表面均覆盖一层光亮铜后再调至工艺要求的电流密度，要求镀层厚度在20 μm以上。该工艺采用新型测试方法[7]，即使溶液存在严重杂质干扰，也可正常维护。酸性光亮镀铜后要用流水清洗。

3. 2 化学着色

Al2O3陶瓷制品经电镀光亮酸铜后，按下列工艺进行着色。该系列工艺不同于其他文献[8]，可操作性好，所得膜层致密、色泽均匀。所用试剂均为化学纯，由上海试剂一厂生产。

3. 2. 1 着黑色

方案I：

硝酸银 2 ～ 3 g/L

θ 室温

t 2 ～ 3 min

方案II：

氢氯铂酸 2 g/L

θ 室温

t 2 ～ 3 min

3. 2. 2 着青铜色(即栗皮色)

硫化钾 5 g/L

氯化铵 20 g/L

θ 室温

t 10 min

3. 2. 3 着绿色

冰醋酸 1份(体积比)

蒸馏水 50份(体积比)

θ 室温

t 1 ～ 2 min

取出后置于二氧化碳气体中熏至绿色，或浸稀醋酸后于空气中存放，待其自然生成。

3. 2. 4 着古银色

室温下，在200 g/L氯化铁溶液中浸5 s，经冲洗后放在黄铜丝蓝内，在20 g/L氢氧化钠溶液中浸15 s，最后擦光突兀处，使之呈现白银光泽即可。

3. 2. 5 着金黄色

氢氧化钠 5 g/L

碱式碳酸铜 20 g/L

θ 室温

t 浸至呈金黄色

着色后清洗晾干，擦涂上光蜡，布轮抛光，检验后包装。

4 结语

本文提供了一整套 Al2O3陶瓷制品电镀着色的实用工艺组分和条件。陶瓷制品采用该工艺进行电镀着色处理后，在获得优雅外观的同时，大大延长了使用寿命，可有效提高陶瓷制品的综合性能。这些技术均已在生产实践中获得成功应用。

[1] 张宏祥, 王为. 电镀工艺学[M]. 天津: 天津科学技术出版社, 2002: 83, 142, 302, 295.

[2] 曾华梁, 吴仲达. 电镀工艺手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1992: 575-578.

[3] 姜晓霞, 沈伟. 化学镀理论及实践[M]. 北京: 国防工业出版社, 2001: 294.

[4] 陈钦慧, 陈玉, 林金火. 漆酚甲醛缩聚物无铬化学镀铜[J]. 材料保护, 2006, 39 (5): 18-22.

[5] 于金库. 化学镀铜液的稳定性分析[J]. 表面技术, 1992, 21 (6): 288-289.

[6] 冯立明, 孙华, 马希聘. 电镀工艺与设备[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005: 132.

[7] 王宏, 曹玉宝. 酸性镀铜溶液实用分析方法[C] // 第九届全国电镀与精饰学术年会论文集, 2006: 264-265.

[8] 霍栓成. 镀铜[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007: 181-182.

[ 编辑：温靖邦 ]

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

山东省星火计划项目（2008XH013）；潍坊学院优秀学术团队项目（2009Z03）。

王宏（1969–），女，山东青岛人，工学硕士，副教授，中国机械工程学会材料分会理事，中国机械工程学会表面工程分会高级会员，研究方向为材料表面工程。

作者联系方式：(E-mail) sddd69@163.com。