Химическая металлизация поверхности.

Методами химической металлизации из водных растворов можно получить слои металла на любой поверхности, если она устойчива в растворе металлизации.

Для инициирования автокаталитической реакции химической металлизации необходимо покрываемую поверхность сделать каталитически активной.

Химически провести активацию можно двумя  методами:

• классический способ, который состоит из двух последовательных процессов – сенсибилизации в растворе солей олова и активации в растворах солей палладия;
• прямое активирование в растворах, содержащих одновременно соли двухвалентного олова и палладия.

Эффективность активации пропорциональна количеству палладия, оставшегося на поверхности металлизируемой пластмассы.

Классическая активация

Для придания поверхности каталитических свойств вначале  выполняют вспомогательную операцию сенсибилизации (см. «Металлизация пластмасс. Часть1») в растворе состава, г/л:

Олово двухлористое  20 – 25

Кислота соляная  50 – 60

Олово гранулированное  1,0 – 2,0

Температура 18 – 25ºС, время обработки 15 – 20 минут.

После сенсибилизации требуется тщательная промывка в дистиллированной воде 1 – 2 минуты до достижения полной смачиваемости поверхности.

Активируют детали  в растворе двухлористого палладия (1-2 г/л) с HCl  (1-2 мл/л) при комнатной температуре в течение 3-5 минут.

Классический способ активации наиболее универсален и позволяет осаждать на поверхность пластмассы не только медь, но и химический никель, та как этот метод дает каталитическую активность и позволяет для усиления эффективности повторять операцию сенсибилизация/активация несколько раз.

В результате активирования частицы металлического никеля становятся в дальнейшем катализаторами процесса никелирования.

Для химической металлизации диэлектриков можно применять кислые и щелочные растворы никелирования (см. «Химическое осаждение никеля – за и против!»).

Наиболее популярным является раствор, г/л:

Сульфат никеля (кристаллогидрат)   30

Гипофосфит натрия   10

Ацетат натрия   10

pH = 6 – 7

Температура  80ºС

На ряде предприятий для химической металлизации пластмасс все чаще вместо химического меднения применяют химическое никелирование вследствие более высокой скорости осаждения и лучшей адгезии на некоторых пластмассах (например, эпоксидных материалах).

Классический метод активирования не рекомендуется использовать лишь при обработке комбинированных поверхностей (из металла и диэлектрика), так как вследствие реакции контактного обмена раствор быстро истощается и не обеспечивает прочности сцепления покрытия с основой.

В таких случаях применяют способ прямого активирования.

Прямая (совмещенная) активация.

Широкое применение метод прямой активации нашел при химической металлизации поверхности печатных плат.

Химическая металлизация печатных плат.

При обработке фольгированных печатных плат в совмещенном растворе на основе хлористых солей палладия и олова выделение палладия на медной фольге значительно замедляется.

Палладий в совмещенном растворе обычно находится в виде комплексных соединений, стабилизированных двухлористым оловом. При этом получается темно-коричневый раствор координационных соединений анионного типа, которые со временем разлагаются, образуя коллоиды.

В настоящее время при химической металлизации для прямой активации чаще используется раствор состава, г/л:

Хлористый палладий  0,5 – 1,0

Олово двухлористое  40 – 45

Кислота соляная  70 – 75

Калий хлористый  40 – 150

Температура 18 – 25ºС.

Механизм процесса активирования в совмещенном растворе достаточно сложен и может быть представлен следующими этапами:

1) заполнение катализатором микровпадин и адсорбция его на поверхности;

2) в результате взаимодействия с водой происходит гидролиз комплексной соли с образованием Sn(OH)Cl, который захватывает частицы хлористого палладия, при этом образуются коллоидные частицы из смеси Sn(OH)Cl и PdCl₂;

3) обработка в растворе «ускорителя», содержащего 120г/л бифторида аммония и имеющего кислую среду. При этом Sn(OH)Cl растворяется, образуя свободные ионы Sn²⁺, которые вступают в реакцию с ионами Pd²⁺, восстанавливая металлический палладий, окруженный более крупными частицами гидроокисных соединений четырехвалентного олова;

4) промывка в воде удаляет частицы гидроокиси олова, а на поверхности остаются в коллоидном виде адсорбированные частицы металлического палладия.

Для прямого активирования очень важны промывочные операции. Увеличение времени промывки может привести к удалению реагирующих компонентов, что приведет к нарушению процесса химической металлизации.

Качество нанесенной химической металлизации на поверхность пластмасс определяется прочностью сцепления с основой, следовательно, все технологические операции проводят таким образом, чтобы обеспечить максимальную адгезию.

Для разработки и внедрения процесса химической металлизации пластмасс смело обращайтесь к нам!

Похожие публикации:

• «Особенности процесса металлизации  пластмасс. Часть1.»
• «Перспективы развития гальванотехники. Часть 2.»
• «Химическое меднение – что это такое?»
• «Осаждение покрытия никель-бор.»

Подготовка поверхности.

Химическим методом можно нанести металлизацию практически на любые пластмассы и диэлектрики (см. «Металлизация пластмасс. Часть 1 и Часть 2»).

Металлизация пластмасс широко используются в автомобильной промышленности, приборостроении, ракетной технике и в производстве изделий широкого потребления: мебельной фурнитуры, бытовых приборов, кухонной утвари и т.д.

Важным фактором в проведении процесса металлизации пластмасс является состояние  поверхности, полученной в процессе литья деталей. Металлизируемые пластмассовые детали должны изготавливаться из первичного однородного сырья, влажность которого не более 0,02 – 0,05%. Литье под давлением следует проводить при возможно высокой температуре, но не приводящей к термодекструкции поверхности. При этом категорически запрещается применение разделительных смазок, в крайнем случае, можно использовать касторовое масло, смесь глицерина со спиртом или стеарат цинка.

После литья детали необходимо выдержать в течение 48 часов при нормальных условиях и подвергнуть термообработке при 80ºС в течение 2 – 4 часов.

Обезжиривание.

Для удаления с поверхности пластмассовых деталей посторонних веществ перед металлизацией пластмассы проводят обезжиривание сначала в органических растворителях, потом в щелочных растворах (см.«Обезжиривание поверхности»).

Нельзя использовать те растворители, которые вызывают набухание пластмассы.

Для удаления разделительных смазок прессформ с поверхности пластмассовых деталей можно пользоваться смесью, объемная доля компонентов в которой составляет,%:

• Этанола  50
• Этилацетата  25
• Бутанола  15
• Целлозольва  10

Далее детали следует обезжирить в щелочном растворе состава, г/л:

Тринатрийфосфат  15 – 25

Сода кальцинированная  15 – 25

Препарат ОС-20  5 – 10

Режим обработки: температура 50 – 60ºС, время 5 – 15 минут.

При обезжиривании щелочными растворами поверхность деталей покрывается микротрещинами, что способствует улучшению последующего травления и увеличению прочности сцепления металлического покрытия с основой.

Металлизация пластмассы.

Травление.

Качество металлизации пластмасс  в большей степени зависит от эффективности травления поверхности, которая приобретает специфическую микропористую структуру.

Наибольшее распространение получили методы травления в агрессивных растворах щелочей, кислот и окислителей.

Зависимость между составом раствора, температурой, продолжительностью травления и природой пластмассы довольно сложная. Поэтому оптимальные параметры раствора устанавливают для конкретного диэлектрика экспериментально с учетом марки и способа его получения, режимов изготовления детали, ее геометрической формы и шероховатости поверхности.

Для травления диэлектриков наибольшее промышленное применение получили растворы серной кислоты с сильным окислителем, в качестве которого используют хромовый ангидрид или бихромат калия.

При травлении сополимеров стирола в этих растворах происходит окисление полибутадиена и внедрение сульфогруппы в поверхностный слой пластика, в результате на поверхности образуются микроуглубления.

При травлении полипропилена вытравливаются расположенные в поверхностном слое низкомолекулярные и аморфные участки полимера, создается шероховатость удобная для сцепления с металлом.

Серная кислота в растворе травления выполняет функцию  обезвоживания и растворителя окисленных фракций. С увеличением ее концентрации снижается содержание хромового ангидрида и возрастает разрушающее действие на каркас диэлектрика.

Наиболее широко при металлизации пластмасс применяется для травления следующий состав, г/л:

Ангидрид хромовый   350 – 400

Кислота серная  350 – 400

Температура  травления 40 – 70ºС, время 5 – 20 минут, необходимо перемешивание.

Тем не менее, для каждой конкретной партии деталей состав раствора травления и режим работы следует подбирать экспериментально, так как адгезионные свойства поверхности в значительной степени зависят от условий переработки материала..

При травлении полиолефинов, полиацеталей, поливинилхлорида используются насыщенные растворы хромового ангидрида или бихроматов калия в концентрированных растворах серной кислоты. Для более мягкого действия растворов в них добавляют ортофосфорную кислоту.

Травление поликарбоната и полиэфиров осуществляют в щелочных растворах, а силикатных материалов – в растворах, в состав которых входит фтористоводородная кислота и ее соли.

Прочность сцепления при металлизации пластмасс определяется прочностью их механического зацепления друг с другом. Таким образом, протравленная поверхность должна обладать достаточной микрошероховатостью.

Контроль качества травленой поверхности перед металлизации пластмасс осуществляют визуально или под микроскопом. Оптимально протравленная поверхность пластмассы остается гладкой на ощупь, теряет блеск и приобретает незначительную равномерную матовость, хорошо смачивается водой и обеспечивает максимальное сцепление покрытия с основой. Под микроскопом она имеет вид губки. Среднеарифметическое отклонение микронеровностей от средней линии R_а~1 мкм.

Как провести процесс металлизации пластмасс – читайте в следующих публикациях.

По вопросам разработки технологии металлизации пластмасс обращайтесь к нам!

Похожие публикации:

• «Перспективы развития гальванотехники. Часть 1.»
• «Перспективы развития гальванотехники. Часть 2.»
• «Химическое меднение – что это такое?»

Высокий уровень развития промышленности предъявляет разносторонние требования к гальваническим покрытиям, которые могут быть выполнены только путем электрохимического осаждения сплавов (см. «Перспективы развития гальванотехники. Часть 1, Часть 2»).

Все большее применение находят покрытия сплавами на основе цинка вместо цинкования и кадмирования (см. «Процесс кадмирования»). Несмотря на эффективность использования кадмиевых покрытий для защиты от коррозии, прежде всего в морской воде, в последнее время остро стоит вопрос его замены в связи с токсичностью и дефицитностью его солей (см. «Как сделать гальванику безопасной»).

Осаждение сплава олово-цинк в значительной мере позволит  решить эту проблему: коррозионная стойкость стальных изделий, покрытых сплавом олово-цинк, превосходит коррозионную стойкость цинковых и оловянных покрытий и приближается к коррозионной стойкости кадмиевых покрытий.

Наилучшей коррозионной стойкостью обладает сплав, содержащий 20 – 25% цинка. Это покрытие является анодным по отношению к стали, при этом обладает значительно более низкой пористостью по сравнению с оловом. Покрытие сплавом олово-цинк с содержанием цинка 20% легко паяется, и пригодно к пайке в течение 10 месяцев, то есть дольше, чем цинк. Покрытие сплавом олово-цинк хорошо полируется до высокой степени блеска, который сохраняется продолжительное время.

Покрытие сплавом олово-цинк.

Из растворов простых солей совместное осаждение сплава олова и цинка весьма затруднительно из-за большой разницы потенциалов. Для сближения потенциалов этих металлов, чтобы получить сплав, осаждение проводят из комплексного щелочно-цианистого электролита, основными компонентами которого являются станнат натрия, цианистый цинк, гидроксид натрия и цианистый калий.

Для осаждения сплава, содержащего 20 – 30% цинка, рекомендуется электролит, г/л:

Олово (в пересчете на металл)  26 – 36

Цинк  (в пересчете на металл)  1,5 – 3

Гидроксид натрия    10 – 12

Цианид калия   20 – 22

Катодная плотность тока 2 – 3 А/дм²,  анодная плотность тока 1 – 2 А/дм², температура электролита 65 – 70°С, выход по току 60 – 70%. Аноды – сплав олово-цинк с содержанием цинка 20 – 30%.

В последние годы разработаны нецианистые электролиты для осаждения сплава олово-цинк с содержанием цинка 20 – 30% на основе пирофосфата калия или натрия.

Состав нецианистого электролита, г/л:

Хлорид олова  30 – 36

Окись цинка  4 – 6

Пирофосфат калия  140 – 156

Хлорид аммония  100 – 125

Желатина  0,4 — 0,5

Плотность тока 0,5 – 0,6 А/дм² , температура 18 – 25°С.

Для большей стабильности в электролит рекомендуется добавлять гидразин в количестве 2 – 5 мл/л.

Для пирофосфатных электролитов можно использовать сплавные аноды с содержанием цинка 20 – 30%, что позволяет уменьшить количество корректировок электролита по основным компонентам.

Замечено, что сплавы с большим содержанием цинка (свыше 50%) по коррозионной стойкости соответствуют чистому цинку, а при содержании в сплаве цинка 10% и меньше – покрытие сплавом олово-цинк не имеет преимуществ перед оловянным, так как не защищает железо от коррозии электрохимически.

По разработке технологии нанесения сплава олово-цинк обращайтесь к нам!

Похожие публикации:

• «Осаждение сплавов олова.»
• «Гальваническое покрытие цинковых сплавов.»
• «Покрытие сплавом олово-никель.»
• «Процесс цинкования.»
• «Покрытие цинковыми сплавами.»