分析ABS電鍍工藝及其常見問題

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2014-07-25 08:51:37點擊率：

　　ABS電鍍工藝及其常見問題分析

　　塑料電鍍可以使塑料制品表面具有金屬光澤，美觀，起到裝飾作用;提高制品表面的機械強度，延長使用壽命;使塑料制品對光和大氣等外界因素具有較高的穩(wěn)定性，不易老化;使塑料具有導(dǎo)電、導(dǎo)磁和可焊接性。塑料電鍍制品可用于航空航天、造船、汽車、電子電器、建筑裝飾、玩具和生活用品等行業(yè)，用途十分廣泛?？捎糜陔婂兊乃芰习ǎ篈BS、聚丙烯、聚砜、聚碳酸酯、尼龍、聚苯乙烯和酚醛玻璃纖維增強塑料等，其中以ABS用量大，工藝成熟，電鍍效果。

　　ABS是無定形高分子材料，外觀呈象牙色，不透明，無臭無味，無毒，具有極好的電鍍性能，是極好的非金屬電鍍材料，其鍍層與基材的粘接力比其它塑料要強。ABS塑料中丁二烯的含量對電鍍效果有很大影響，一般用于電鍍的ABS，其丁二烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能低于10%，一般應(yīng)在18%～24%。電鍍過程中，ABS中丁二烯形成的彈性體相(也稱橡膠相)被浸蝕而形成許多在電鍍時能產(chǎn)生“投鉚”作用的孔洞，這種瓶頸鎖扣形孔洞可大大增強鍍層的結(jié)合力[1-2]。通過紅外光譜檢測發(fā)現(xiàn)，化學(xué)粗化過的ABS塑料表面存在活性基團如—COOH、—CHO、—OH、—SO3H等極性基團，這些極性基團能與金屬鍍層產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合力，從而提高了鍍層的結(jié)合強度[1，3]。

　　1.ABS塑料電鍍主要工藝流程

　　ABS塑料電鍍的主要工藝流程依次為：除油、粗化、敏化、活化、化學(xué)鍍、電鍍、鍍鎳、鍍鉻、成品。以上操作中電鍍操作前的五步為化學(xué)鍍工藝，從電鍍操作開始，為常規(guī)電鍍工藝。

　　1.1除油

　　除油的主要目的是脫脂去油，同時降低其表面張力，賦予其表面親水性。制件在加工或者運輸過程中，難免沾到油污、脫模劑和一些雜物，這些影響后續(xù)操作的因素必須通過除油操作去除。除油操作對促使粗化均勻、提高鍍層結(jié)合力、延長粗化液的使用壽命均有一定的作用[4]。

　　目前多數(shù)使用堿性或酸性去油劑進行除油，屬于化學(xué)除油，前者含有苛性鈉、磷酸三鈉、碳酸鈉和其它一些助劑，操作溫度70℃左右，去油效率較高[5-7];后者含有鉻酸鹽，其去油后不必洗滌制品就可以直接放置于酸性的粗化液中。堿性和酸性去油劑作用時間約為3～5min.

　　有時除油后，還需用硫酸溶液來浸泡，進行表面調(diào)整。這是由于除油過程中的高溫浸泡會使制品表皮部分含有的空氣因膨脹而形成氣泡，這樣就會使粗化處理不夠完全;同時由于去油劑的作用，會在制品表面生成硅酸、鹽酸皮膜，或者由于表面活性劑與樹脂的親和力過強等，影響粗化處理的效果。表1為ABS制件堿性去油劑參考配方。

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　　1.2粗化

　　粗化的目的是提高表面粗糙度，增大表面積，以增大金屬鍍層和塑料的結(jié)合力;使塑料表面由憎水變?yōu)橛H水，各部分被水均勻潤濕，以便均勻吸附金屬離子[3-4]。粗化的方法有：機械粗化、溶劑溶脹粗化和化學(xué)粗化。

　　化學(xué)粗化是目前廣泛應(yīng)用的一種方法。它是用化學(xué)浸蝕劑使塑料表面粗糙，增加表面積和生成某些極性基團，使表面由憎水性變?yōu)橛H水性[8]。

　　化學(xué)浸蝕液是一種強氧化劑溶液，如鉻酸、硫酸、磷酸、硝酸、重鉻酸鉀等混合液。進行化學(xué)粗化處理時，浸蝕條件很重要。浸蝕時間短，孔洞不能完全形成，制件表面過于光滑，親水性差，不利于吸附敏化劑和活化劑，會使化學(xué)鍍失敗;浸蝕時間長，化學(xué)粗化對制件表面有較強的破壞作用，有可能破壞基體，影響鍍后外觀，還會導(dǎo)致鍍層剝離強度不足。一般浸蝕時間根據(jù)制品情況從幾分鐘到1h不等，浸蝕溫度一般60℃左右。粗化后的工件應(yīng)是無光亮、潤濕(否則易露塑、結(jié)合力不良)，并無白色霜狀[9]。到目前為止ABS制品廣泛采用的化學(xué)粗化配方有2種：一種是CrO3—H2SO4—H2O浸蝕體系;一種是CrO3—H2SO4—H3PO4浸蝕體系，其中都含有六價鉻成分，另外還可以加入一些助劑，以保證浸蝕的均勻性。ABS制件粗化處理條件見表2.

　　為了將在化學(xué)粗化過程中殘存的六價鉻清洗干凈，需要使用中和劑對制件進行中和處理，否則無法使化學(xué)鍍的引發(fā)順利進行。中和劑的選用、用量和處理時間都對制件電鍍性能有影響。也可將制件放入鹽酸浴槽中浸漬[8]，使其六價鉻還原為三價鉻，然后用去離子水將制件沖洗干凈。1.3敏化

　　敏化的目的是在制件表面吸附一層容易氧化的物質(zhì)，以便在活化處理時可發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并在制件表面形成具有催化作用的貴金屬薄膜[9-11]。

　　敏化劑是化學(xué)鍍的引發(fā)劑，并能夠促使鍍層均勻沉積，提高沉積速度，增加覆蓋能力，增大鍍層與基體的結(jié)合強度。敏化劑是一種還原劑，當(dāng)其附著在制件表面上時，能在活化液中把金屬離子還原為金屬原子。這些金屬原子及其集合，在化學(xué)鍍中起著十分重要的活化中心的作用，沒有這些活化中心，化學(xué)鍍很難進行。制件浸入化學(xué)鍍?nèi)芤褐校钡皆阱儗颖砻婺苡^察到一層連續(xù)沉積層的這段時間，稱為化學(xué)鍍的誘導(dǎo)期。敏化劑的根本作用就在于縮短誘導(dǎo)期，保證化學(xué)鍍的正常進行[4]。ABS制件敏化條件見表3.

　　常用和有效的敏化劑是氯化亞錫(SnCl2)溶液[12-13]，此外，鈦、鋯、釷的化合物也可作敏化劑材料。在用氯化亞錫配制敏化劑時，通常要加入鹽酸和金屬錫于溶液中，加鹽酸的目的是防止SnCl2水解生成堿式氯化亞錫而使溶液渾濁，污染制件表面;加金屬錫的目的是防止空氣中的氧逐漸把溶液的二價錫氧化成為四價錫而使溶液失去敏化作用[14]。

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　　1.4活化

　　活化的目的是在制件表面先生成一層金屬膜(將具有催化性物質(zhì)如金、銅吸附于敏感化的制件表面)，以此作為下一步化學(xué)沉積時的催化劑，利于化學(xué)鍍[9，15]。

　　所謂活化處理，就是將吸附有還原劑的制件浸入含有氧化劑的溶液中。一般是浸入貴金屬鹽類水溶液，于是貴金屬離子就被還原劑還原為貴金屬，從而在制件表面上形成貴金屬膜。這層貴金屬可以起到活性催化的作用，也稱催化膜，它可以加速化學(xué)鍍的還原反應(yīng)[4，16]。實踐證明，金、銀、銅、鈀等金屬都具有這種催化能力。

　　常用的活化劑是硝酸銀溶液，氯化金、氯化鈀也是極好的活化劑，但其成本較高。在硝酸銀溶液中，制件表面的氯化亞錫與硝酸銀發(fā)生氧化—還原反應(yīng)使銀呈一膜層被還原于制件表面上，這層對下一步導(dǎo)電層的沉積起引發(fā)、催化的作用。

　　實際應(yīng)用的活化劑是將2g硝酸銀(化學(xué)純)溶于1000mg蒸餾水中，再滴入氫氧化氨使溶液成透明為止?；罨幚頊囟葹?5～30℃，處理時間為1～3min.

　　需要注意的是，用膠體鈀活化液活化后的工件，要清洗，而后解膠。解膠是為洗去包圍著金屬鈀顆粒的四價錫，讓金屬鈀裸露，以觸發(fā)化學(xué)鍍，也為防止殘留錫浸入化學(xué)鍍?nèi)芤篬9，17-19]。

　　1.5化學(xué)鍍

　　經(jīng)過活化處理后的制件表面，已有一層銀或其它金屬膜，但因很薄，此時若浸入酸性溶液，銀膜會剝落，故需先進行堿性化學(xué)鍍銅，通過氧化還原反應(yīng)，在工件表面鍍上一層銅，以加強導(dǎo)電層，而后，可以在酸性介質(zhì)中電鍍[9]?；瘜W(xué)鍍是一種低溫下的自動催化還原反應(yīng)[20]。

　　常用的化學(xué)鍍方法有化學(xué)鍍銅、化學(xué)鍍鎳、化學(xué)鍍銀、化學(xué)鍍鉻。但常用的是化學(xué)鍍銅。ABS制件堿性化學(xué)鍍銅條件見表4.

　　化學(xué)鍍完成后，進入常規(guī)電鍍工藝，制件就可以像金屬件一樣進行電鍍了。

　　2.ABS鍍件常見質(zhì)量缺陷的解決辦法

　　(1)麻點。鍍件表面的小凸點或小亮點，由固體雜質(zhì)的小顆粒沉積在制件表面所致。其產(chǎn)生原因可能是電鍍用水有雜質(zhì)、不干凈或電鍍槽有固體雜質(zhì)，建議電鍍過程用去離子水并加強過濾效果;粗化過度也會造成麻點，應(yīng)控制濃度—溫度—時間之間的關(guān)系，防止粗化過度[21]。

　　(2)針孔。鍍件表面的小凹點，主要由電鍍過程中制件表面所吸附的氫氣沒有及時脫離而形成的。產(chǎn)生原因可能是電鍍槽中空氣攪拌不均勻，應(yīng)改善空氣攪拌，趕走制件表面吸附的氫氣[22]。

　　(3)露塑。制件表面沒有鍍上，主要由前面化學(xué)鍍沒有沉積上，造成后面電鍍不成功。產(chǎn)生原因可能是電鍍槽被粗化液污染或者化學(xué)鍍鎳反應(yīng)不夠快，局部沒有沉積上，應(yīng)防止粗化液被帶入后面的鍍槽或者提高槽液濃度[3]。

　　(4)發(fā)黃。鍍件表面局部顏色呈黃色。主要由于制件鉻層(銀白色)沒有鍍上而露出了鎳的顏色(白中偏黃色)。產(chǎn)生原因是鍍鉻電流太小，應(yīng)增大鍍鉻電流。

　　(5)燒焦。鍍件尖角處突起或粗糙，主要由于電鍍過程中制件局部的電流過大，鍍層結(jié)晶粗糙引起，應(yīng)降低電鍍電流[23]。

　　(6)生銹。鍍件表面被腐蝕、變色失去光澤，主要是鍍件耐腐蝕性能不佳遭受腐蝕引起。產(chǎn)生原因可能是電鍍掛具導(dǎo)電不良造成電鍍膜厚度及微孔數(shù)不足或者環(huán)境中含有強腐蝕介質(zhì)，如Cl、S等物質(zhì)，應(yīng)制作新掛具，改善工藝保證電鍍層膜厚及微孔數(shù)并改善環(huán)境。

　　(7)起泡。鍍件表面鼓出氣泡，主要由電鍍層與塑料層結(jié)合力不佳產(chǎn)生分離。產(chǎn)生原因可能是材料性能不佳或粗化過頭或欠佳，應(yīng)選用電鍍級ABS或適當(dāng)降低或提高粗化水平[24-25]。

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　　3.結(jié)束語

　　要獲得質(zhì)量好的電鍍制品，必須注意以下幾個方面：電鍍的每一步都要嚴(yán)格按照要求操作，粗化很關(guān)鍵，粗化的好壞直接關(guān)系到整個電鍍過程的成敗和電鍍件的質(zhì)量;要加強電鍍各工序之間的清洗，清洗要用去離子水，不能把上一工序的雜質(zhì)帶入下一工序;定期檢測槽液，保證各成份在合格的工藝范圍內(nèi)。

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