论文 - 图文(6)

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表2-3 碱洗除油溶液及条件

Table 2-3 Caustic degreasing solution and conditions

碱洗除油配方 NaOH 80g/L Na2CO3 60g/L Na3PO4 47g/L 处理条件 温度高于80℃，时间大于10min ⑤ 2次清洗——中和处理——清洗

碱洗过后，双手应戴上干净的胶皮手套（切忌用手直接取件），将试件取出后立即放入盛有去离子水的烧杯中轻轻摆动试件进行二次清洗（注意：先用自来水洗后用去离子水洗）。之后，再将其放入滴有粗化液的弱中和液中将表面残留的碱液彻底清除。最后，还得通过一次清洗，将表面残余的弱中和酸液完全去除。

⑥ 化学粗化——2次清洗

在文献[46]对塑料件的酸性和碱性粗化进行了研究对比，结果表明：碱性粗化塑料件后沉积速度快，涂层均匀光亮，但结合力较差；而酸性粗化的结合力非常好。本文采用的是酸性粗化，具体的配方数据及条件见下表2-4所示。该步骤的本质在于具有强氧化性的粗化液适于对PEEK之类的有机基体表面造成一定程度的微腐蚀（在表面形成一些微孔或刻蚀沟槽，这些都可能成为化学镀中的形核质点），同时也能去除表面残留的未被碱液去除的其他杂质。粗化过后，基体表面的亲水性和粗糙程度提高了，为增强之后的涂层与基体间结合力而保证良好的镀层附着力打下了基础。另外，化学粗化后也应加以二次清洗。

表2-4 化学粗化液相关数据及条件

Table 2-4 The data and conditions of chemical coarsening liquid 化学粗化液配方 HF 100ml/L H2SO4 100ml/L 处理条件 室温下，粗化2min ⑦ 敏化——清洗——活化——短时清洗

在文献[47]中提到，采用“敏化——活化”两步法具有原料配制容易及成本较低等优点，尽管这种工艺因其操作相对复杂、使用寿命较短（尤其是活化液的活性难以长期维持）和涂层色泽较暗等等原因而将被改进，但其较为广泛的适用性是不可否认的。

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因此，本文采用的就是这种经典的两步处理法。

首先，将适量的SnCl2（常用的敏化液盐类）在玻璃棒不停搅拌下缓慢地溶于一定量分析纯盐酸与去离子水的混合液中，最终得到一种白色的乳浊液（若交换氯化亚锡和盐酸的加入顺序，可能将得到一种澄清的溶液），即敏化液，为维持其敏化作用（即保持其中亚锡离子的一定浓度），往往加入锡粒。具体的配方数据和处理条件如下表2-5所示。这种敏化处理过后，将在基体表面吸附上一层易于氧化的金属离子，为之后紧随的活化处理奠定了基础。其机理可以简述为：PEEK塑料基体在敏化液中浸渍后用去离子水清洗，由于敏化液pH＜7，故Sn2+将发生水解

[48]

，另外液膜中的

SnCl42-也发生了水解。上述两种离子水解时均得到了Sn（OH）Cl和Sn（OH）2这两种产物，它们一旦结合，将会生成一种微溶于水的凝胶状产物Sn2（OH）3Cl，这种微溶物沉积在有机基体表面上会形成一层厚约几到几百纳米的薄膜。

表2-5 敏化液配方相关数据及条件

Table 2-5 The data of sensitized liquid formulations and conditions

敏化液配方 SnCl2 30g/L 浓HCl 50ml/L 处理条件 备注 室温下，敏化5～10min 敏化后，立即快速清洗后活化 然后，在另一个经去离子水洗后的烧杯中，将适量的氯化钯同样在玻璃棒不停搅拌下缓慢地溶于一定量分析纯盐酸与去离子水的混合液中，最终将得到一种棕色的含钯的活化液，氯化钯往往不能溶尽，与敏化液有相同的作用，这部分氯化钯将更好地维持这种活化作用。具体的配方数据和处理条件如下表2-6所示。这种活化处理实质是将经敏化处理后吸附有还原剂的基体进入到一种含有催化活性贵金属离子的溶液中，Sn2+将贵金属离子还原成了金属微粒，使基体表面能吸附上一定的活性微粒，为最终的化学沉积提供了必要的条件。另外，T.N.Khoperia等

[49]

[50]

通过放

射同位素分析与XPS（X射线光电子光谱）分析得出结论：SnCl2溶液中的敏化处理增强了Pd2+离子的吸附能力，经敏化——活化处理后基体表面上的Pd2+要多于Sn2+。

表2-6 活化液配方相关数据及条件

Table 2-6 The data of active liquid formulation and conditions

活化液配方

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PdCl2 0.5g/L 吉林化工学院本科生毕业论文

浓HCl 8ml/L 处理条件 备注 室温下，活化1～5min 活化后，立即短时清洗后化学镀 2.3.2

本文所研究的是在PEEK聚合物试件上化学镀上一层Ni-P合金涂层，具体的镀液配方及其工艺条件的探究过程详见第三章内容。这里仅给出最佳的镀液配方与条件，如下表2-7所示。（值得注意的一点是：经过实验发现，在化学镀开始2min左右时，若能迅速取出试样再经历一次10s左右的短时活化，将加速涂层的涂覆）

表2-7 PEEK上直接化学镀Ni-P合金的试验最优工艺参数表

Table 2-7 The optimal process of the test of directly plating Ni-P alloy on PEEK

工序名称 溶液成分（g/L） 操作条件

Na3C6H5O7?2H2O 10g/L

NiSO4?6H2O 30g/L

PEEK表面 NaC2H3O2?3H2O 20g/L pH: 5.6

化学沉积Ni-P合金 C3H6O3 30g/L

NaH2PO2?H2O 30g/L 温度：75±2℃

Stabilizer(硫脲) 1 Particle/L CuSO4?5H2O(光亮剂) 0.15g/L

化学镀Ni-P的溶液成分与工艺条件

2.3.3

化学镀后处理

PEEK试件在上述化学镀镍过程即将结束之前，一般提前10～15min将一烧杯的去离子水放入正在进行化学镀的水浴炉中加热，从而较好地实现了与化学镀温度的平行性，一旦化学镀结束，应立即将实验样品放入烧杯中清洗3～5min后干燥处理（用吹风机强热风快速吹干），准备进行涂层的钝化处理。

为了提高Ni-P合金镀层的抗强氧化性能，在化学镀结束后添加了钝化处理的步骤（本文对此在第三章中有详细介绍），本文采用了传统的六价铬钝化工艺。

2.4 镀层的实验分析及其性能研究方法

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2.4.1 表面形貌观察及成分分析

SEM通过高度聚焦的电子束在样品表面扫描时，在表面会激发产生二次电子，经检测系统接收并放大而最终在显示屏上得到了样品表面的二次电子信号强弱的二维图像。扫描电镜最大的特点是样品制备简单（表面不需特殊处理）、井深大和放大倍数是连续可调的。本文采用来自于日本JEOL公司的型号为JSM-5310的SEM（其加速电压为10～25kV，探测深度为2～3mm，束斑直径为2～3mm），对PEEK表面上的化学镀层进行了形貌观察，并通过SEM的附件EDS（INC250）对涂层的成分做了进一步的分析。

2.4.2 Ni-P镀层的结构分析

本文通过采用来自日本型号为D/max 2500pc的XRD分析了镀层的结构。该XRD使用的是铜靶，电流为300mA，单色光的电压为50kV，其扫描步长和速度分别是0.02°和4°/min，且扫描的范围为20～80°。

2.4.3 化学镀速的测定

本文中化学镀Ni-P合金的速度是通过称重法来测定的。即通过测定被镀材料PEEK化学镀Ni-P合金前后重量的增加值，再利用已测得的试件表面尺寸而得到的表面积计算出单位时间内被镀材料的重量增加值，即化学镀的速度，以下给出了这种镀速测定方法的计算公式：

ν（μm/h）=Δm×104/(ρ·S·t)

[50]

上述公式中，Δm= m2- m1，其中m1、m2分别是PEEK试件化学镀前后的称重值，g；ρ为Ni-P合金（其中P的含量大约为5wt.%）的密度，其值经计算大约为7.53g/cm3；S为计算得到的PEEK试件的总浸镀表面积，cm2；t为化学施镀的时间，h。

2.4.4 镀层耐腐蚀性能的检测分析

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① Ni-P合金涂层的极化曲线测定

这是一种研究化学镀层腐蚀行为的电化学方法，该测试采用工作电极1（试件）、辅助电极2（大面积铂片）和参比电极3（SCE，饱和甘汞电极）的三电极体系。本文使用了天津兰科公司的LK98C系统来测试动电位的极化曲线，实际上是通过测定当有电流流过电极时的电极电势后依电流与电极电势的关系而得到极化曲线。实验中，为测定电极1的极化曲线，应借助电极2作为对应电极，将其二连成一个电解池，电解溶液是3wt.%的NaCl标准水溶液。再通过调节外电路中的电压来改变通过电极中的电流大小，实验用的外电路电压改变速率为50mV/s。当待测电极1上有电流流过时，电势将偏离平衡，此时再用一个参比电极3（Ag /AgCl电极，+207mV，电极电势已知）与待测电极1构成一个原电池，从而可求出待测电极的电极电势。如此一来，每改变一次电流密度（i），当待测电极1达到电极电势平衡时就可测得一个稳定的电势值，最终得到了待测试件电极1的稳态i-ε曲线，即极化曲线[51]。

应当值得注意的是：在测定镀层极化曲线时，实验样品面积约为1cm2，试样的其余部位要用双层环氧树脂遮裹。另外，工作电极1需先在丙酮中清洗10min，然后再用去离子水冲洗干净后才能使用，这是为了避免溶液的污染而造成实验的误差。

② 5wt.%NaCl水溶液浸蚀试验测定

本文通过记录试样在5wt.%NaCl水溶液中经过一段较长的时间（如2h）后，观察试样表面的腐蚀点数目来表征涂层的耐蚀性能。

③ 50V/V%HNO3溶液滴蚀试验

将钝化完的化学镀试件放于一干净的试纸上，然后在其表面上滴加50V/V%的HNO3溶液，同时开始计时，待试件变灰变黑是停表，记录时间，对于同一试件可在不同表面重复上述实验，最后取其平均值即可。这个抗腐蚀的时间恰恰表征了试件表面抗强氧化的能力。

2.4.5 Ni-P化学镀层的结合力测定

按照ISO2819

[52]

对PEEK化学镀Ni-P合金的试件进行镀层的附着强度试验，本文

采用式样的划格实验，即在镀镍试样的表面用小刀划出若干个1cm31cm的正方形，经一段时间后，观察是否有削落、起皮或卷边等现象出现。另外，试验还可采用热震试验[53]的方法将试件放在炉中加热到规定的温度，温度误差为±10℃。然后迅速将试

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