一种超声波辅助仿金电镀工艺 【技术领域】
本发明涉及超声波辅助化学镀镍工艺，特别涉及超声波辅助仿金电镀工艺，属于化学镀兼电镀技术领域。
背景技术
超声波电化学是将超声辐射与电化学方法相结合，是超声化学和电化学学科交叉的前沿研究领域之一。超声波在化学镀中的应用方面已有报道，如低温下超声波对化学镀镍工艺的研究、塑料上超声波化学镀镍工艺研究、金刚石表面化学镀铜-镍双层合金等，但应用于仿金电镀尚未见报道。
【发明内容】
本发明的目的是针对传统的仿金镀电镀速低，镀层质量不高的不足，把超声波引入仿金电镀中，远远增大了工作电流，加快了沉积速度，改善电镀层的质量。
本发明是这样实现的：工艺包括预镀基体、化学镀前预处理、化学镀镍、化学镀镍后水洗、仿金电镀、仿金电镀后水洗、钝化、钝化后水洗、干燥。其特点在于化学镀镍、仿金电镀、钝化后水洗过程引入了超声波；仿金镀电镀液pH为8.5-9.5；仿金电镀电流密度为5.0-7.0A/dm2；仿金电镀温度为30-35℃；仿金电镀时间为35-55秒。工艺流程见图1。
实验得出超声波作用、温度、pH值、电镀时间均对仿金镀层外观有影响，见表1a、表1b、表2a、表2b、表3、表4；超声波作用对镀层的沉积厚度有影响见表5，可见在不同的工作条件下，所采用的工作电流密度也不一样，得到的沉积厚度也有所不同。
随着超声波的加入，镀层的颜色、外观、质量等方面发生了明显的变化。经过详细的研究，认为出现这种情况的原因主要归因于超声波的强烈去极化作用。实质上就是超声波的机械振动和空化现象在电镀溶液中对扩散层的特殊搅拌引起的强烈去极化作用。这种作用能够大大减少浓差极化，因而允许使用大电流密度以提高镀层的沉积效率，同时能够获得致密平整的良好镀层。
表1a.超声波作用下阴极电流密度对仿金镀层外观的影响 Dk1电流密度 实验现象 1.0 泛白 2.0 土黄色 3.0 青铜色 4.0 青铜色彩加上部分金黄色 4.5 浅白金黄色 5.0 金黄色 6.0 金黄色 7.0 金黄色 8.0 边缘开始变灰暗，部分烧焦
表1b.无超声波作用时阴极电流密度对仿金镀层外观的影响 DK2电流密度 实验现象 0.7 黄色较浅，略带泛白 0.9 黄色亮度很浅 1.2 黄色亮度 1.5 金黄色亮度很浅 1.8 镀层开始发蒙变暗 2.0 亮黄色，边缘发黑，表面有气体刻蚀痕迹
表2a.超声波作用下pH值对仿金镀层外观的影响 pH值 实验现象 7.0 发黄，金黄色较浅，偏红 8.0 金黄色，光亮度较好 8.5 金黄色，光亮度优良 9.0 金黄色，光亮度优良 9.5 金黄色，光亮度优良 10.0 金黄色，光亮度一般，局部发雾
表2b.无超声波作用时pH值对仿金镀层外观的影响 H值 实验现象 8.0 偏红色，镀液浑浊 8.2 发黄，金黄色较浅，偏红 8.4 金黄色，色彩比较暗淡 8.6 局部有一定的金黄色 9.0 开始发暗。局部发雾 9.5 边缘开始烧焦
表3 温度对仿金镀层外观的影响 温度℃ 实验现象 22 发白 25 浅黄色 28 浅金黄色 30 金黄色，亮度好色泽均匀 35 金黄色，亮度好色泽均匀 38 黄色，亮度好，边缘部分烧焦
表4.电镀时间对仿金镀层色泽的影响 电镀时间(sec) 实验现象 25 偏白 30 铜黄色 35 金黄色，光亮度好 45 金黄色，光亮度好 55 金黄色，光亮度好 65 边缘发雾 75 边缘烧焦
表5.超声波作用的镀层和普通镀层的不同沉积厚度的对比 工作电流密度 a(A/dm2) 1.0 2.0 30 4.0 5.0 6.0 7.0 工作电流密度 b(A/dm2) 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.8 2.0 沉积厚度a (μm/min) 0.87 1.62 1.93 2.17 2.41 2.87 3.42 沉积厚度b (μm/min) 0.76 0.89 1.20 1.43 1.57 1.57 1.57
a-超声波作用，b-无超声波作用
对施加与未施加超声波时所得到的仿金镀层的表面进行扫描电镜分析，结果如下：图1为非超声波作用镀层电镜扫描图，图2为超声波作用镀层电镜扫描图。由图1、图2可见，没有经过超声波作用镀层形成无数的气泡空洞，经过超声波作用的镀层明显消除了这种气泡空洞。可见超声波对改变镀层的质量，增加镀层的致密性有较强的作用。
本发明工艺成本较低，操作温度不高，引入超声波之后，使电镀采用的电流密度与无超声波的情况下相比提高7倍以上，加快沉积速度，消除了镀层的空隙率，增加了镀层的致密性和厚度，基材与镀层间的结合力高，镀层耐蚀性高，镀件表面平整美观，电镀工艺符合环保要求，具有很好的应用前景。
【附图说明】
图1为本发明工艺流程图。
图2为非超声波作用镀层电镜扫描图。
图3为本发明超声波作用镀层电镜扫描图。
【具体实施方式】
实施例1
采用7cm×3cm×0.1cm的钢片作为基体，用沙除去表面的锈迹，打磨光亮平整。水洗净，用40g/L NaOH超声碱性除油5分钟，蒸馏水超声水洗5分钟，再用3％的HCl超声酸洗3分钟，蒸馏水洗净。然后放入已经配制好的镀液中，温度控制在50℃，超声化学镀镍1小时。镀液的配制，配方如下：
NiSO4·6H2O 48g，柠檬酸钠48g，次磷酸钠25g，缓冲剂：40g，稳定剂：1mg，光亮剂：0.5g/L。
1.称取计量的NiSO4·6H2O，柠檬酸钠，次磷酸钠，缓冲剂，稳定剂，光亮剂分别溶解在适量的水中。
2.将NiSO4·6H2O溶液倒入柠檬酸钠中混合均匀，然后加入次磷酸钠溶液和其他试剂。
3.用蒸馏水稀释到一升，使用时用氨水调节pH值为8。
接着将镀镍钢片用蒸馏水洗净。放入仿金电镀液中作为阴极电镀40秒，电流密度为6.0A/dm2，温度为30℃。pH值控制为9，仿金电镀液配方：
CuSO4·5H2O：50g/L；ZnSO4·2H2O：15g/L；SnCl2·2H2O：5g/L；焦磷酸钾：300g/L；KNaC4H4O：30g/L；K3C6H5O7：30g/L；氨三乙酸：30g/L；Na2CO3：20g/L；HIP-510酸铜添加剂：0.8g/L
电镀完毕用蒸馏水冲洗干净。
采用35g/L K2Cr2O7溶液，在50℃的条件下，用冰醋酸调节pH值为3.5，钝化15分钟，然后用用蒸馏水超声水洗干净。在室温下，用冷风干燥。
实施例2
采用6cm×3cm×0.2cm的ABS塑料即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物作为基体，用含30g/L NaOH，30g/L Na3PO4，30g/LNaCO3溶液超声碱性除油5分钟，蒸馏水超声水洗5分钟，再用CrO3(400g/L)和H2SO4(400mL/L)两种强酸强氧化性的粗化溶液对ABS塑料表面分子结构产生化学蚀刻作用，使塑料表面形成无数凹槽微孔，蒸馏水洗净。采用15g/L SnCl2加20mL/L HCl的敏化溶液，于室温，将粗化过的ABS塑料放置于敏化溶液中浸泡4分钟，取出后水洗至中性。采用0.4g/L PdCl2加5mL/L HCl活化液，于室温，将敏化过的塑料ABS放置于活化溶液中浸泡3分钟，取出后水洗净。然后放入已经配制好的镀液中，温度控制在50℃，超声化学镀镍1小时。镀液的配制：配方同实施例1。仿金电镀配方和工艺同实施例1。