ABS塑料化学镀铜实验

朱绒霞

(空军工程大学理学院 陕西西安 710051)

本实验采用任务驱动法进行教学。教师布置实验任务后，由学生查找相关资料、设计具体步骤、制作实验试样、配制试剂等，3人或4人一组进行自主性实验，教师对学生实验过程出现的问题进行具体分析和指导。

1 实验方法

实验材料选用ABS塑料，做成尺寸为30mm×20mm×5mm试样。分别用6个试样进行实验，1号试样经过打磨、超声波清洗后，没有进行去油、粗化、敏化、活化预处理，直接放入化学镀铜液中进行化学镀铜40min。2～6号试样进行打磨、超声波清洗、去油、粗化、敏化、活化预处理后，分别进行10min、20min、40min、60min、80min化学镀铜。

1.1 塑料试样预处理

化学镀铜预处理工艺流程为打磨试样→超声波清洗→去油→粗化→敏化→活化[1]，各步之间用去离子水冲洗。

① 打磨试样。分别用400#、600#、800#、1000#、1200#金相砂纸对试样进行逐级打磨至表面光亮。

② 超声波清洗。用丙酮对试样进行超声波清洗10min，去除塑料表面的污物。温度25℃(室温)。

③ 去油处理，即去除塑料表面的油污。工艺条件：1.00mol/L NaOH，0.08mol/L Na3PO4·12H2O，0.19mol/L Na2CO3，温度约为65℃，时间为5min。

④ 粗化处理，使塑料表面呈微观的粗糙状态，以增大表面积并提高表面的亲水性。工艺条件：4.00mol/L CrO3，2.76mol/L H2SO4，温度约为65℃，时间为15min。

⑤ 敏化处理，使粗化的塑料表面吸附一层具有较强还原性的Sn2+，用于还原活化液中的Ag+。工艺条件：0.09mol/L SnCl2·2H2O，0.48mol/L HCl，温度为28～30℃，时间为5min。

⑥ 活化处理，使塑料表面沉积上一层金属Ag微粒。工艺条件：0.02mol/L AgNO3，滴加6mol/L氨水溶液至沉淀溶解，温度为28～30℃，时间为20min。

从活化液中取出塑料制件后，用去离子水冲洗，晾干。

1.2 化学镀铜

化学镀铜液配方为[2]：0.08mol/L CuSO4·5H2O，0.20mol/L HCHO，0.05mol/L NaKC4H4O6·4H2O，0.30mol/L NaOH。用pH试纸测定化学镀铜液的pH，并用氢氧化钠溶液调节pH为11～12。然后，把已预处理过的塑料试样浸入化学镀铜液中，并不断翻动试样。镀液温度为50～55℃。镀铜时间分别为10min、20min、40min、60min、80min。取出后，用去离子水冲洗，晾干。

1.3 沉积速率[3]

用电子天平称量试样预处理后(化学镀铜前)的质量m1和化学镀铜后质量m2，按照下式计算化学镀铜的沉积速率v。

式中t为化学镀铜的时间，Δm为试样增重。

2 实验结果和分析

2.1 化学镀铜机理[4]

塑料化学镀铜预处理的主要步骤是敏化处理和活化处理。粗糙的塑料表面在敏化液中吸附一层Sn2+后，由于活化液中存在Ag+，且φ(Sn4+/Sn2+)=0.151V<φ(Ag+/Ag)=0.7996V，因此，塑料表面发生氧化还原反应(式(1))，将Ag+还原为金属Ag而吸附在塑料表面，这些Ag微粒将成为铜膜形成的结晶中心。

Sn2++2Ag+=Sn4++2Ag

(1)

以甲醛为还原剂进行化学镀铜的化学反应方程式如下：

Cu2++2HCHO+4OH-=Cu+2HCOO-+H2+2H2O

(2)

反应机理可分为阴极反应(还原反应)和阳极反应(氧化反应)，两电极反应同时在塑料表面进行。

阴极反应为 Cu2++2e-=Cu,φ(Cu2+/Cu)=0.3419V。

阳极反应为 2HCHO+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O+2e-，φ(甲醛)=0.320-0.12pH。

2.2 化学镀铜的沉积速率

对1号和4号试样分别进行40min化学镀铜，其中1号试样没有进行去油、粗化、敏化、活化预处理，化学镀铜后，试样质量没有增加，说明其表面不能进行化学镀铜。而经过预处理的4号试样在化学镀铜后，试样质量增加了294.5 mg。由此可以说明，在塑料化学镀铜前，必须进行预处理。

表1为2～6号试样增重和沉积速率的实验数据。需要说明的是，每个沉积速率都是在相应镀铜时间段内的平均值。表1表明，随着镀铜时间增加，塑料表面沉积铜质量和沉积速率在实验时间内表现出先增加后降低的变化规律，且在40min出现最大值。在实验过程中还发现，镀铜时间高于40min时，镀液烧杯底部有明显铜沉积，同时发现试样表面原先沉积的铜有脱落现象，这可能是导致40min后试样增重和沉积速率降低的主要原因。

表1 2～6号试样增重和沉积速率

3 结论与说明

① 本实验证明塑料化学镀铜前的预处理是必须的。

② 随着镀铜时间的增加，沉积速率呈现先增加后降低的变化规律，且镀铜时间在40min时，沉积速率最大。

③ 镀铜过程中，特别是在40min后，沉积出来的铜是否又溶解在镀液中，还需要进一步研究。

参 考 文 献

[1] 浙江大学普通化学教研组.普通化学实验.第2版.北京:高等教育出版社,1990

[2] 余晓皎，张淘亚，范薇,等.电镀与涂饰,2007,26(5):10

[3] 张清，李全安，文九巴,等.轻金属，2007，12:54

[4] 陈林根.工程化学基础.第2版.北京：高等教育出版社,2005