化學鍍在功能材料制備中的作用與發展趨勢

　　文/吳浩

　　
　　化學鍍經歷數十年的發展，已經作為一個重要的表面處理工藝逐漸為人們所熟悉和應用，但人們一般對化學鍍鎳和化學鍍銅較為關注，尤其對化學鍍鎳的研究似乎有特別的興趣。究其原因是化學鍍銅一般是滿足電子工業中導電、電磁屏蔽等方面的需要，較為局限，在其他的功能性方面沒有化學鍍鎳有那樣多的變化和神奇。

　　隨著現代工業的發展，許多應用領域對材料的功能性要求越來越具有挑戰性，傳統冶金、制造、電鍍等工藝路線很難滿足苛刻的技術要求，而化學鍍（絕不僅是指化學鍍鎳和化學鍍銅）在突破傳統思維后，應不再局限于以一種表面處理工藝來認識，而應作為功能材料及微納米材料制備的重要手段來重視和發展。

化學鍍工藝及發展

　　化學鍍（electroless plating）按目前人們通常的理解是不需要外加電流，金屬離子在溶液中還原劑的作用下在金屬表面發生自催化作用而形成金屬沉積的過程。

　　ISO  4527:2003（E）及對應的中國國家標準GB/T13913-2007（審查稿）《金屬覆蓋層——化學鍍（自催化）鎳一磷鍍層-規范和試驗方法》明確該標準不適合化學鍍鎳-硼合金鍍層、鎳-磷復合鍍層以及三元合金鍍層，規定了涉及化學鍍（自催化）鎳-磷鍍層從水溶液到金屬底層表面的所有要求和試驗方法。從該標準明確的范圍來看，只是規定了一個非常小的領域，實際上化學鍍所涵蓋的范圍及未來的發展的空間要比上述范圍寬廣得多。

　　從基體材料來看，可以在各種基體上（金屬、半導體、陶瓷、塑料、木材等）沉積化學鍍層。

　　從零件的尺寸大小來看：大到上千平方米的換熱器及大型設備，小到幾十納米的粉體材料表面都可以實現化學鍍。筆者在大型設備化學鍍鎳的經驗是在直徑1.8m，長9m，表面積為1800cm²的管式換熱器表面化學鍍鎳（高磷）的耐蝕性鍍層；最小型的物體是對直徑20nm的鐵粉、鎳粉、0.5~5μm的玻璃微珠表面分別化學鍍鎳、化學鍍銅和化學鍍銀，這些粉體化學鍍處理工藝全部可以實現工業化批量生產。其中需要克服的最關鍵工藝是兩點：鍍液體系的穩定性及工作溶液裝載比的適應性。在實際生產中，由于溶液的蒸發與補加及工件的進出，化學鍍溶液的裝載比是不斷變化的，如果遵循傳統研究成果按裝載比0.01~0.02d m²/L來進行工藝控制是很難滿足實際需要的。

　　根據理論計算，1g1μm的鎳球形粉末的比表面積為0.682m²；1g20nm的鎳球形的比表面積高達34m²，按普通的化學鍍工藝是很難在與鎳粉類似的超細粉末表面形成穩定的鍍層的，尤其是非金屬粉末，而且化學鍍后克服粉末團聚與干燥也是不得不面對的難題。

　　化學鍍的幾個關鍵因素是溫度、濃度、PH、絡合體系、還原劑的選擇等，如果先不考慮形成的鍍層性質，只要溶液中有可以還原的金屬離子和相應的還原劑存在，在一定溫度、PH的條件下，就可以將金屬離子還原成一個原子一個原子的組裝到目標表面--實現原子的自組裝，這個過程如果先進行理論設計再有控制的進行——將比通過盲目的試驗摸索顯得更加輕松美妙而富有成效。

化學鍍的優勢

　　化學鍍與傳統電鍍比較最方便的地方是不需要直流電源，省去了上、下掛具的許多麻煩。尤其對結構復雜的工件，化學鍍更顯優勢。盡管電鍍的原料成本會比化學鍍低，但工裝、掛具、電源等設備投資方面化學鍍要節省得多。

　　電鍍的優勢是品種多，相對成本低、裝飾性好，在這些方面化學鍍目前很難取代電鍍。熱噴涂的優點是施工方便，特別對于大型容器、管道、軸件等防腐、耐磨要求的現場施工，具有其他處理工藝難以取代的成本和便利優勢。缺點是涂層空隙率高，必須進行封閉處理，且涂層品種較少，對于結構復雜的小尺寸細節難以滿足要求。

　　現代工業發展了許多其他的表面處理技術如：化學鍍氣相沉積、物理氣相沉積、激光表面合金化、等離子體處理等，這些處理都各有其優點和缺點。在復雜結構零件、大面積設備方面，化學鍍是最合適的表面處理工藝。從小到納米級的顆粒表面、大到數平方米的大型化工設備，從金屬、半導體到非金屬都可進行處理，目前很難找到任何一種其他的處理工藝超越化學鍍的便利性和適應性。

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