第10章表面活性劑在化學(xué)鍍中的應(yīng)用

第10章表面活性劑在化學(xué)鍍中的應(yīng)用第1頁10.1鍍概述1.定義化學(xué)鍍是在金屬的催化作用下，通過可控制的氧化還原反應(yīng)，在鍍件表面沉積上一層金屬鍍層。與電鍍相比，化學(xué)鍍具有鍍層厚度均勻、針孔少，不需電流設(shè)備、能在非導(dǎo)體上沉積鍍層等優(yōu)點。但是成本較高，鍍層厚度不如電鍍易控制。第2頁10.1鍍概述2化學(xué)鍍液組成一般化學(xué)鍍液包括金屬鹽、還原劑、絡(luò)合劑、緩蝕劑、pH值調(diào)節(jié)劑、穩(wěn)定劑、潤濕劑、加速劑和光亮劑。表面活性劑在化學(xué)鍍工藝中的應(yīng)用遠不如電鍍中那樣普遍，但在一此化學(xué)鍍液中也含有表面活性劑，尤其在化學(xué)鍍制復(fù)合鍍層中應(yīng)用較多。第3頁10.2單金屬化學(xué)鍍1.化學(xué)鍍銅化學(xué)鍍銅液按穩(wěn)定性劃分，可分為低穩(wěn)定性的化學(xué)鍍銅和高穩(wěn)定性的化學(xué)鍍銅；從沉積速度來分，又可分為低速率和高速率的化學(xué)鍍銅?；瘜W(xué)鍍銅液一般由銅鹽、絡(luò)合劑、還原劑和穩(wěn)定劑組成。在一些配方中加入非離子型或陰離子型表面活性劑，可以增加鍍液的潤濕能力，有利于氫氣的排出，防止鍍層氫脆。化學(xué)鍍銅中使用的表面活性劑有烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、胺乙氧基化物、全氟烷基磺酸鉀、聚乙二醇、聚乙烯醇、明膠等。第4頁10.2單金屬化學(xué)鍍1.化學(xué)鍍銅第5頁10.2單金屬化學(xué)鍍2.化學(xué)鍍鎳(1)鍍液化學(xué)鍍鎳是化學(xué)鍍中應(yīng)用最廣泛的鍍種?；瘜W(xué)鍍鎳溶液由主鹽（鎳鹽）、還原劑、絡(luò)合劑、緩沖劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、加速劑及光亮劑等組成。主鹽就是各種鎳鹽，如硫酸鎳、氯化鎳、乙酸鎳、氨基磺酸鎳及次磷酸鎳等。目前使用最多的是硫酸鎳。第6頁10.2單金屬化學(xué)鍍2.化學(xué)鍍鎳(2)表面活性劑一方面可以提高鍍液的潤濕能力，加速氣體(H2)的逸出，降低鍍層的孔隙率另一方面，由于使用的表面活性劑兼有發(fā)泡劑作用，施鍍過程中在逸出大量氣體攪拌情況下，鍍液表面形成一層白色泡沫，它不僅可以保溫，降低鍍液的蒸發(fā)損失，減少酸味，還使許多懸浮的臟物夾在泡沫中而易于清除，保持了鍍件和鍍液的清潔。第7頁10.2單金屬化學(xué)鍍2.化學(xué)鍍鎳第8頁10.2單金屬化學(xué)鍍3.化學(xué)鍍金化學(xué)鍍金液有置換型和還原型兩類，表面活性劑在化學(xué)鍍金液中起著重要的作用。印制板化學(xué)鍍金時，導(dǎo)線銅箔周邊的絕緣基體上往往會析出金，容易發(fā)生鍍金層溢出現(xiàn)象。含有陰離子型表面活性劑的置換型化學(xué)鍍金液和還原型化學(xué)鍍金液，可以抑制鍍液中的微細金粒子靜電吸附到絕緣基材上，從而可以抑制鍍金層外溢，特別適用于印制板，尤其是高密度卬制板的化學(xué)鍍金，大大提高了印制板的可靠性。第9頁10.2單金屬化學(xué)鍍3.化學(xué)鍍金第10頁10.2單金屬化學(xué)鍍3.化學(xué)鍍金第11頁10.3化學(xué)鍍合金1.化學(xué)鍍Sn-Pb合金Sn-Pb合金鍍層具有優(yōu)良的抗蝕性和可焊性等特性，得到廣泛應(yīng)用。化學(xué)鍍Sn-Pb合金具有設(shè)備投資小、適宜于電學(xué)上孤立的非連續(xù)導(dǎo)體部分的鍍覆、鍍層厚度均一等優(yōu)點，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。Sn-Pb合金化學(xué)鍍液中含有Sn2+和Pb2+的可溶性鹽、有機酸、硫脲及其衍生物、含氮化合物、還原劑等組分。鍍液中添加的咪唑啉甜菜堿、羧基甜菜堿、烷基氫氧化銨等含氮化合物，都是陽離子表面活性劑，旨在提高鍍液的高溫時效穩(wěn)定性。第12頁10.3化學(xué)鍍合金1.化學(xué)鍍Sn-Pb合金第13頁10.3化學(xué)鍍合金2.化學(xué)鍍其他Sn合金(1)概述雖然Sn-Pb合金鍍層具有很多優(yōu)點，但鍍層中含有影響人們身體和環(huán)境的Pb。隨著人們對環(huán)保要求的提高，許多無Pb的Sn合金鍍層應(yīng)運而生。與Sn生成合金的金屬有Bi、In、Sb、Zn等，它們在鍍液中以Bi2+

、In3+,Sb3+和Zn2+存在。無Pb的Sn合金鍍液的組成與Sn-Ph合金鍍液相似，包括鍍層金屬的可溶性鹽、有機酸（主要是磺酸衍生物）、絡(luò)合劑、還原劑、防氧化劑等，也加入了非離子、陽離、陰離子和兩性等表面活性劑。第14頁10.3化學(xué)鍍合金2.化學(xué)鍍其他Sn合金(2)適宜的表面活性劑：十四烷基二甲基羧甲基甜菜堿、十二烷基二甲胺、十八酰二甲基羧甲基甜菜堿、聚氧乙烯(E015)壬酚、聚氧乙烯（EO8)辛胺、聚氧乙烯(EO10)異苯丙酚、聚氧乙烯(EO15)β萘酚，十二烷基二甲基氧化胺等。表面活性劑有助于提高Sn合金鍍層的附著性和平滑致密性。其濃度為0.01?50g/L。鍍液溫度為45?90℃。第15頁10.3化學(xué)鍍合金2.化學(xué)鍍其他Sn合金第16頁10.3化學(xué)鍍合金2.化學(xué)鍍其他Sn合金第17頁10.4化學(xué)復(fù)合鍍層化學(xué)復(fù)合鍍起歩較晚，20世紀70年代初才開始在歐美發(fā)展并應(yīng)用，最先茯得實際應(yīng)用的化學(xué)復(fù)合鍍層是Ni-P/SiC，至今化學(xué)復(fù)合鍍技術(shù)仍有很多問題有侍解決。但其特殊的優(yōu)越性卻吸引人們?nèi)シe極開發(fā)研究。表面活性劑是化學(xué)復(fù)合鍍液的主要添加劑之一，其作用是多種多樣的。在化學(xué)復(fù)合鍍中加入表而活性劑，可以改變微粒分散均勻性、親水性、電極電位等。另外，可改變鍍層中微粒的復(fù)合量。復(fù)合量的增加，使鍍層的特殊性質(zhì)更加突出，如硬度、耐磨性、耐腐蝕性、潤滑性等。第18頁10.4化學(xué)復(fù)合鍍層1.Ni-P/SiC復(fù)合鍍層第19頁10.4化學(xué)復(fù)合鍍層1.Ni-P/SiC復(fù)合鍍層Ni-P/SiC復(fù)合鍍層不僅可以增加鍍層硬度，而且可以大大改善鍍層的耐磨性?；瘜W(xué)鍍Ni-P鍍層硬度為HV500，而N-iP/SiC鍍層為Hv700，熱處理后Ni-P鍍層硬度增加到HV800,而Ni-P/SiC增加到HV1300。Ni-P/SiC鍍層的耐磨性比Ni-P鍍層幾乎可提高10倍。由于SiC粒子很細，其在化學(xué)鍍液中的分散很重要，為了提高SiC粒子的分散性，常在鍍液中加入表面活性劑。第20頁10.4化學(xué)復(fù)合鍍層2.Ni-P/金剛石復(fù)合鍍層金剛石硬度極高，在考慮用硬粒子作復(fù)合鍍層時，自然就會選用它。實驗表明，天然金剛石施鍍效果遠不如人造多晶金剛石，而且人造金剛石價格便宜，尺寸容易控制，因此多使用人造金剛石。金剛石的粒度以1-10μm為宜，在鍍液中加入表面活性劑可以有效地提高復(fù)合鍍層中微粒的復(fù)合量。第21頁10.4化學(xué)復(fù)合鍍層2.Ni-P/金剛石復(fù)合鍍層第22頁10.4化學(xué)復(fù)合鍍層3.Ni-P/PTFE復(fù)合鍍層PTFE微粒的化學(xué)穩(wěn)定性好，摩擦系數(shù)極低(0.05)，表面能也很低(只有18.6mN/m)且具有不黏性等特點，因而Ni-P/PTFE復(fù)合鍍層具有自潤濕、不黏性、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點。盡管Ni-P/PTFE復(fù)合鍍層比其他復(fù)合鍍層發(fā)展晚，但卻是應(yīng)用較多的一種鍍層。第23頁10.4化學(xué)復(fù)合鍍層3.Ni-P/PTFE復(fù)合鍍層化學(xué)鍍NiP-PTFF的關(guān)鍵是保證PTFE粒子在鍍液中均勻地分散開，并有效地沉積到鍍層中去。PTFE是一種高疏水性物質(zhì)，而且顆粒度細、密度小，均勻分散在鍍液中是很困難的。若在鍍液中加人適當?shù)谋砻婊钚詣?，使之吸附于FTFE粒了表面，便可有效地降低水與PTFE粒子問的界面張力，使水在PTFE粒子表面能充分鋪展，再借助攪拌等外界作用，可將FTFE粒子均勻分散開，形成均勻的懸浮液。第24頁10.4化學(xué)復(fù)合鍍層3.Ni-P/PTFE復(fù)合鍍層閆康平等研究了非離子、陽離子、高分子類型的六種表面活性劑在Ni-P/PTFE復(fù)合鍍中的作用。非離子表面活性劑為Tween20、Tween80,OP-10、脂肪醇聚氧乙烯醚