钼丝表面镀铂工艺的研究

孙传富， 刘新庆， 邵忠财

（1.驻672厂军代室，黑龙江 齐齐哈尔161000；2.沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳110159）

0 前言

钼及钼合金属于耐高温材料，但钼材表面所生成的氧化膜毫无保护作用，因此，在高温环境下会产生强烈的氧化［1-3］。用于电子材料领域的钼片，通常是在其上镀铂以改善钼片材料的导电性能、耐热性能、钎焊性能，并减少或防止材料的氧化［4-6］。由于镀铂层具有优良的耐热性、耐蚀性、装饰性和催化性等性能，已广泛应用于理化器具、电工材料、电镀电极、玻璃工业材料、化工、汽车排气触媒以及装饰品等领域中。另外，为了减少资源消耗，在很多行业中又进行了铂的回收利用［7-8］。

在钼片上镀铂难度较大，直接镀铂往往黏附不牢，通常需要采用多层镀并进行扩散退火，工艺较为繁琐。本实验通过先在钼基体上电镀其他金属，再在其表面镀铂，来提高镀层的结合力和耐磨性。

1 实验

1.1 氯铂酸的配制

将铂屑溶于王水中，用水浴蒸干，再用浓盐酸润湿沉淀后蒸干，如此重复3次，最后溶于质量分数为10%的盐酸中，即得到氯铂酸。

1.2 工艺流程

1.3 酸性镀铂溶液配方

H2PtCl6（以Pt计）10g／L，K2SO450g／L，K2SO31.0g／L，pH值（用H2SO4调整）1.0。

1.4 镀层性能测试

（1）结合力

采用弯曲法检测镀层与基体的结合力。将试样沿一直径等于试样厚度的轴反复弯曲180°，直至试样与基体断裂，按镀层起皮、脱落的程度来衡量其结合力。

（2）厚度

先将试片用清洗剂除油，干燥后称出质量m1（g）；再将试片按要求进行施镀，干燥后称出质量m2（g）。按下式计算镀层厚度：

式中：d为镀层厚度，μm；S为试片的表面积，cm2；ρ为镀层的密度，g·cm-3。

（3）表面形貌

采用日立Hitachi S-4800型冷场发射电子显微镜观察镀层的表面形貌。

2 结果与讨论

2.1 工艺条件对镀层结合力的影响

选取电流密度为1，3，6，9，12mA／dm2进行实验。结果表明：随着电流密度的增加，镀层的结合力提高；但当电流密度达到6mA／dm2后，镀层的结合力下降。增加电流密度引起晶粒尺寸减小，晶粒之间的结合变得紧密。这是因为镀层晶粒的大小是晶核生成和晶核成长这两个过程相互作用的结果，当晶体的成核速率大于晶体的成长速率时，镀层晶粒较细腻。

镀层的结合力随着温度的升高而增大。这主要是因为：在其他条件相同的情况下，升高镀液温度，会使金属离子的扩散速率加快，浓差极化降低，导致阴极极化降低；同时，由于镀液温度升高，离子脱水过程加快，离子和阴极表面的活性增强，电化学极化降低，阴极反应加快，所以阴极极化也就降低，从而使镀层结晶变粗。

随着电镀时间的增加，镀层的结合力提高；但当电镀时间达到15min后，镀层的结合力下降。这是由于随着电镀时间的增加，峰处晶体向谷处生长，使棱变得粗大而沟槽明显缩小，整个钼丝表面趋于平整。此时晶粒尺寸变得很小，且不再随时间而变化。

对电流密度、温度、电镀时间这三个因素进行正交实验，确定镀铂的最佳工艺条件为：6mA／dm2，室温，15min。得到的镀层与基体结合良好，测得镀层厚度为5μm。

2.2 镀层的表面形貌

对于镀铂的试片，研究其镀层性能，推测铂离子在钼丝表面随时间的沉积情况。图1为在最佳工艺条件下电镀15min和30min后，所得镀铂层的表面形貌。

刚开始的时候，电荷集中在棱上；随着时间的推移，棱表面趋于光滑，电荷也向谷处移动；直到最后整个钼丝表面都变得光滑。晶粒尺寸的变化也可以归结到电荷分布的变化上来。虽然电荷首先集中在棱上，但棱并不是完全光滑的，棱上往外凸的那些地方电荷相对较多，铂晶体首先在那些地方生长，长成大微粒时轮廓变得模糊，此时镀层出现裂纹，结合力变弱。

图1 不同时间下镀铂层的表面形貌

2.3 镀镍时电流密度对镀层的影响

为了进一步提高镀铂层与基体的结合力，同时节约成本，采用酸性镀镍。镀液组成为：氯化镍240 g／L，盐酸100mL／L。研究了钼表面电镀镍的工艺，同时以此为镀铂的中间层。

选取电流密度为4，7，9，12，15mA／dm2进行镀镍实验。结果表明：随着电流密度的增加，镀镍层外观先逐步增亮；当电流密度增加到12mA／dm2以后，镀层外观出现烧焦的黑色。这是由于电流密度过大，镀片的面积较小，单位面积上的沉积速率过快，导致晶体结构上不能承受。随着电流密度的增加，镀层厚度增加，镀层的结合力降低。这是因为在基体表面沉积的镍离子过多，离子之间相互排斥，晶间力增大，镀层不稳定。因此，镀镍时最优电流密度应选择9mA／dm2。

电流密度固定为9mA／dm2时，随着电镀时间的增加，镀层外观先变亮后变暗，镀层厚度有所增加，结合力也是先增大后减小；电镀时间为20min时，镀层与基体的结合力达到最大值。这是因为随着电镀时间的增加，金属离子在基体表面沉积的时间增加，能够使镀层厚度有所增加；但是镀层增加到一定厚度时，晶间力增大，晶体互相排斥，这就导致结合力的降低。外观变黑是由于沉积电流密度过大，导致镀层表面烧焦。

选取温度为20，25，30，35℃进行实验。结果表明：温度对镀层结合力的影响不大。为简化工艺，选取温度为室温。

在电流密度9mA／dm2，室温的条件下，对试样进行镀镍后，按最佳工艺条件在镀镍表面镀铂，双金属镀层的厚度为13μm。采用弯曲实验进行检测后发现：镀铂的试片表面有起皮、发泡的现象，镀镍／铂的试片表面没有起皮现象。这表明采用预镀镍的方法制备的Ni／Pt镀层与基体的结合力明显优于单独Pt镀层与基体的结合力。

3 结论

（1）镀铂的最佳工艺条件为：H2PtCl6（以Pt计）10g／L，K2SO450g／L，K2SO31.0g／L，pH值（用H2SO4调整）1.0，6mA／dm2，室温，15min。得到的镀层与基体结合良好，测得镀层厚度为5 μm。镀镍的最佳工艺条件为：9mA／dm2，室温，20 min。

（2）先在钼表面预镀镍，然后再镀铂，能够提高镀铂层的结合力。

［1］奚兵.电器接触件的钼片镀铂［J］.腐蚀与防护，2003，24（9）：398.

［2］章志敏，刘德斌，杨向东，等.超细钼丝亚硫酸盐脉冲镀金实验研究［J］.强激光与粒子束，2005，17（7）：1 027-1 030.

［3］周全法.贵金属深加工及其应用［M］.北京：化学工业出版社，2002.

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［6］曾志翔，王立平，陈丽，等.三价铬电镀硬铬及镀层性能的研究［J］.电镀与环保，2007，27（4）：11-13.

［7］周全法，尚通明.贵金属二次资源的回收利用现状和无害化处置设想［J］.稀有金属材料与工程，2005，34（1）：5-8.

［8］刘璐，陈甫华.乳状液膜法回收铂金属的研究［J］.南开大学学报：自然科学版，2001，34（2）：25-30.