一.無電鍍(Electroless Plating)
無電鍍又稱的為化學鍍(chemical plating)或自身催化電鍍(autocatalyticplating)。無電鍍是指于水溶液中的金屬離子被在控制的環(huán)境下,予以化學還原,而不需電力鍍在基材(substrate)上。ASTM B374的標準定義為 Autocatalyticplating -〝deposition of a metallic coating by a controlled chemicalreduction that is catalyzed by the metal or alloy being deposited〞。其過程(process)不同于浸鍍(immersion plating),它的金屬鍍層是連續(xù)的(continu-ous)、自身具有催化性的(autocatalytic)。
二.無電鍍的特性
優(yōu)點:
1. 鍍層非常均勻,也就是均勻性(throwing power)非常好,因它沒有電流分布不均的困難,鍍件內外都顯出均勻,銳邊及角等節(jié)狀鍍層(nodular deposits)情形可完全消除。
2.鍍層孔率較少,其耐蝕性比電鍍?yōu)榧选?/p>
3.電源、電器接線、導電棒、匯流及電器儀表都可省略,減少裝架及各種附屬設備。
4.可鍍在非導體上(需做適當前處理)。
5.鍍層具有獨特的物理、化學、機械性質及磁性。
6.復合鍍層(co-deposit),多元合金(polyalloy)可形成。
7.密著性、耐磨性良好。
8.操作較簡單。
9.精密零件、管子、深孔內部可完全鍍上。應用在如軸心、半導體制造。
10.制品與導體接觸也可完全鍍上。
缺點:
1.價格較貴。
2.鍍層厚度受限制(理論上應無限制)。
3.工業(yè)上應用較多、裝飾性光澤較不易達成。
應用:
1. 非導體的電鍍,如塑料電鍍。
2. 精密零件,如軸心。
3. 半導體、印刷電路板、電子零件。
4. 須特別耐蝕的化學機械零件,如管件內部。
5. 復合、多元合金鍍層制作。
三.無電鍍液的組成及其作用
1.金屬離子(metal ions)為鍍層金屬的來源。
2.還原劑(reducing agent): 將金屬離子還原成金屬。
3.催化劑(catalyst):使基材表面具有催化性。
4.鉻合劑(complexing agent):防止氫氧化物沉淀、調節(jié)析出速率、防止鍍液分解,使鍍液安定。
5.穩(wěn)定劑(stabilizer):吸著微粒雜質防止鍍液自然分解,以延長鍍液壽命。
6.緩沖劑(buffer):控制pH值在操作范圍內。
7.潤濕劑(wetting agent):使表面作用良好。
8.光澤劑(brightener):使鍍層具有良好光澤性。
四.無電鍍液配方的要件
1.還原劑的氧化還原電位必須足以還原金屬離子,使金屬析出。
2.鍍液需安定,在未使用時需不起作用,只有在催化性的鍍件表面接觸時才迅速開始作用析出金屬鍍層。
3.析出速率要能被控制、pH值,溫度能調節(jié)析出速率。
4.析出的金屬須具有催化作用,以進行自身催化電鍍,鍍層才能連續(xù)形成,以達到所需的鍍層厚度。
5.鍍液反應生成物須不妨磚鍍液的功能,鍍液的壽命才能長久。
6.化學藥品的成本,要選擇便宜適用的原料。
五.無電鍍鎳(Electroless Nickel)
無電鍍鎳可鍍上各種形狀的鍍件,包括金屬程非金屬,應用于導彈零件、電子零件、鑄模,鍍層厚度約在0.002〞~0.005〞。成本約為電鍍的2~3倍,主要應用于工業(yè)上,不具高度光澤,不適作裝飾。
(一).無電鍍鎳鍍液配方的種類
(1) 堿性,鎳磷無電鍍鎳液(Alkaline, Nickel-Phosphorus)。
(2) 酸性,鎳磷無電鍍鎳液(Acid, Nickel-Phosphorus)。
(3) 堿性,鎳硼無電鍍鎳液(Alkaline, Nickel-Boron)。
(4) 酸性,鎳硼無電鍍鎳液(Acid, Nickel-Boron)。
最常用還原劑(reducing agent)為次磷酸鈉鹽(Sodium Hypophosphite)其它的有DBAB(n-Dimthylamine Borane),DEAB(n-Diethylamine Borane),氫硼化鈉(Sodium Borohydride ),聯(lián)胺(Hydrazine)。
(1) 堿性鎳磷無電鍍鎳液(Alkaline, Nickel-Phosphorus Electroless Bath),此液操作溫度較低,常用于塑料電鍍,鍍層有良好的焊接性(soiderability)應用在電子工業(yè)。溫度低可省能源,但耐蝕性(corrosion protection),附著性(adhesion)在鋼鐵鍍件上較差。因pH高對鋁質基材處理有困難。未做熱處理的鍍層硬度約700VHN,含2%磷。磷的成份可由溫度來調整。
(2)酸性鎳磷無電鍍鎳鍍液(Acid Nickel- Phosphorous Electroless Bath), 鍍層含有 88~94%Ni及 6~12%P,操作溫度 77~93℃,pH4.4~5.2,還原劑通常用次磷酸鈉。pH是控制鍍層 P的含量,一般 pH較高,P含量較少,鍍層性質因而有所改變,低 P含量比高 P含量的鍍層耐蝕性較差。P含量大于 8%則鍍層不含磁性。未經處理的鍍層硬度 500~600VHN,經1小時,400℃烘烤后處理(post-heat-treatment)硬度可達 950 VHN,氫脆 (Hydrogen Embrittlement)可加熱116℃加以消除。后處理的烘焙 (post-baking)對鍍層的結晶結構有顯著影響,硬度、耐蝕性、耐磨性、磁性、附著性、張力強度 (tensile strength)及電導性(electrical conductivity)。鍍層在250℃以上大氣中會變色(discolor),為了防止失色可在真空或鈍氣(lnert),還原氣體中熱處理。鍍層厚度一般在2.5~250μm。
(3)堿性鎳硼無電鍍鎳鍍液(Alkaline Nickel- Boron Electroless Bath),堿性鎳硼液用硼氫化鈉(Sodium Borohydride)強還原劑。所得的鍍層5~6%硼,94~95%鎳。此液比較不安定,pH低于12則鍍液會自行分解。液溫在90~95℃,pH操作范圍在12~14。鍍層經400℃1小時后熱處理(post-heat treatment),其硬度可達1200VHN,未經處理的鍍層硬度為650~750VHN。
(4)酸性鎳硼無電鍍鎳鍍液(Acid Nickel-Boron Electroless Bath),此液將DMAB或DEAM還原出硼,硼含量在0.1~0.4%,硼含量低于1%,則焊接性良好。液溫在65~77℃,pH在4.8~7.5,其鍍層的熔點很高,約在1350℃。
(二).無電鍍鎳作業(yè)
無電鍍前要考慮各種不同基材的各項清潔手續(xù),清潔及活性化均需確實做好。鍍槽用不銹鋼做成并用 F號的人造橡皮做襯里。液溫加熱控制適當溫度,必需有良好攪拌,更需不斷的過濾及補充化學藥品,以維持鍍液功能及電鍍速率。有機物雜質影響很嚴重,使電鍍效率大量降低,甚至停止,金屬雜質如鋅、錫,及鎘有劇烈作用,破壞鍍液功能,銅使鍍件變亮也增加脆性,鐵會使鍍層變黑及條紋。鍍液會形成自發(fā)性分解鎳,具有催化性,將繼續(xù)成長,消耗鍍液功能,所以必須將此鎳過濾除去。如無連續(xù)過濾的小型設備,須每天清潔一次。大型設備有繼續(xù)過濾器也要每周清潔一次。大型設備有繼續(xù)過濾器也要每周清潔一次。鎳的清除可用硝酸將其分解。
六.無電鍍銅(Electroless Copper)
無電鍍銅通常用在非導體及塑料上使的導電化后再用傳統(tǒng)電鍍法做進一步電鍍。這些鍍件基材有 ABS,PE,PP,PVC,樹脂(Epoxy)及陶瓷。其應用在汽車零件、家電產品、五金零件、印刷電路板(circuit boards),穿孔電鍍(through-hole plating),EMI/RFI Shielding等電子組件制作。
無電鍍銅鍍液組成及其作用
無電鍍銅鍍液比較不安定,還原劑和其它鉻合劑、金屬鹽、光澤劑、穩(wěn)定劑等成份分開,使用時再混合,才不致失去鍍液功能而浪費掉,并且以利儲存。其中主要成份有:
(1) 硫酸銅:它是主鹽提供銅離子的來源。
(2) 福爾馬林(Formaldehyde):為還原劑,將銅離子還原。
(3) 酒石酸鹽、EDTA,三乙醇胺:為鉻合劑,使銅離子形成錯離子以防止分解作用。
(4) 含 S,Se,SCN,CN的化合物,硫反,鉻酸鹽、五氧化釩,甲基丁炔醇及氧氣做為穩(wěn)定劑,防止銅微粒形成導致催化性分解惡化鍍液。
(5) 氫氧化鈉:調節(jié)pH,pH值對光澤性影響很大,pH值太小,則鍍層變暗因有氧化亞銅形成。pH也會影響電鍍速率,以12~13為最好,過高pH值(14以上)則溶液安定性變差,pH值低于9.5則電鍍速率變慢,高速鍍液一般是在低 pH下操作不用福爾馬林做還原劑可避免有毒馬林氣體的污染,但鍍液成本較高而且比較不安定。此種鍍層應力較少可做為打底閃鍍用。
七.無電鍍鈀(Electroless Palladium)
鈀鍍層可代替較昂貴的金鍍層,它具有優(yōu)良焊接性,耐變色(tarnish resistance)應用電子組件接點,可撓性線路段、電子開關接點(electronic switch contacts)
八.無電鍍鈷(Electroless Cobalt)
無電鍍鈷薄膜鍍層(Thin Electroless Cobalt Deposits)應用在電子工業(yè)上的磁盤片及其它的內存上,主要是利用它的磁性(magne-tic properties)。復合及多元合金無電鍍(Electroless Metal Composites and Polyalloys)
復合無電鍍是將鉆石(diamond),陶瓷(ceramics),碳化鉻(Chromium Carbide),碳化硅(Silicon Carbide),氧化鋁(Aluminum Oxide)的微粒子在無電鍍液中與金屬共同析出(Co-deposit)得到更硬、更耐磨耗或更具潤滑性的表面。
多元合金無電鍍是用無電鍍液析出三種以上元素的金屬鍍層,具有特別的物理及化學特性,如耐化學侵蝕性(chemical vesistance),耐高溫(high temperature resistance)、導電性(electrical conductivity),磁性及非磁特性(magnetic and non-magnetic properties)。例如 Ni-Co-Fe-P多元合金的磁性用在電子內存,其它的如Ni-Fe-P,Ni-Co-P,Ni-Fe-B,Ni-W-P,Ni-Mo-B,Ni-W-Sn-P,及Ni-Cu-P等多元合金鍍層應用在工程上。
九.浸鍍(Immersion Plating)
浸鍍又稱為置換電鍍(Displacement Deposition or Cementation),其鍍層沒有附著性(nonadherent),粉末狀(powdery)實際應用不多。其是利用金屬的氧化還原電位的差進行置換反應,將較貴的金屬離子還原析出,而較卑電位的金屬鍍件溶解形成離子與較貴金屬離子置換。










