化學(xué)鍍在功能材料制備中的作用與發(fā)展趨勢

　　文/吳浩

　　
　　化學(xué)鍍經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)作為一個重要的表面處理工藝逐漸為人們所熟悉和應(yīng)用，但人們一般對化學(xué)鍍鎳和化學(xué)鍍銅較為關(guān)注，尤其對化學(xué)鍍鎳的研究似乎有特別的興趣。究其原因是化學(xué)鍍銅一般是滿足電子工業(yè)中導(dǎo)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(xué)鍍鎳有那樣多的變化和神奇。

　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，許多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ牧系墓δ苄砸笤絹碓骄哂刑魬?zhàn)性，傳統(tǒng)冶金、制造、電鍍等工藝路線很難滿足苛刻的技術(shù)要求，而化學(xué)鍍（絕不僅是指化學(xué)鍍鎳和化學(xué)鍍銅）在突破傳統(tǒng)思維后，應(yīng)不再局限于以一種表面處理工藝來認(rèn)識，而應(yīng)作為功能材料及微納米材料制備的重要手段來重視和發(fā)展。

化學(xué)鍍工藝及發(fā)展

　　化學(xué)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(fā)生自催化作用而形成金屬沉積的過程。

　　ISO  4527:2003（E）及對應(yīng)的中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13913-2007（審查稿）《金屬覆蓋層——化學(xué)鍍（自催化）鎳一磷鍍層-規(guī)范和試驗(yàn)方法》明確該標(biāo)準(zhǔn)不適合化學(xué)鍍鎳-硼合金鍍層、鎳-磷復(fù)合鍍層以及三元合金鍍層，規(guī)定了涉及化學(xué)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(yàn)方法。從該標(biāo)準(zhǔn)明確的范圍來看，只是規(guī)定了一個非常小的領(lǐng)域，實(shí)際上化學(xué)鍍所涵蓋的范圍及未來的發(fā)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(dǎo)體、陶瓷、塑料、木材等）沉積化學(xué)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(shè)備，小到幾十納米的粉體材料表面都可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍍。筆者在大型設(shè)備化學(xué)鍍鎳的經(jīng)驗(yàn)是在直徑1.8m，長9m，表面積為1800cm²的管式換熱器表面化學(xué)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(xué)鍍鎳、化學(xué)鍍銅和化學(xué)鍍銀，這些粉體化學(xué)鍍處理工藝全部可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。其中需要克服的最關(guān)鍵工藝是兩點(diǎn)：鍍液體系的穩(wěn)定性及工作溶液裝載比的適應(yīng)性。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于溶液的蒸發(fā)與補(bǔ)加及工件的進(jìn)出，化學(xué)鍍?nèi)芤旱难b載比是不斷變化的，如果遵循傳統(tǒng)研究成果按裝載比0.01~0.02d m²/L來進(jìn)行工藝控制是很難滿足實(shí)際需要的。

　　根據(jù)理論計(jì)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(dá)34m²，按普通的化學(xué)鍍工藝是很難在與鎳粉類似的超細(xì)粉末表面形成穩(wěn)定的鍍層的，尤其是非金屬粉末，而且化學(xué)鍍后克服粉末團(tuán)聚與干燥也是不得不面對的難題。

　　化學(xué)鍍的幾個關(guān)鍵因素是溫度、濃度、PH、絡(luò)合體系、還原劑的選擇等，如果先不考慮形成的鍍層性質(zhì)，只要溶液中有可以還原的金屬離子和相應(yīng)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(biāo)表面--實(shí)現(xiàn)原子的自組裝，這個過程如果先進(jìn)行理論設(shè)計(jì)再有控制的進(jìn)行——將比通過盲目的試驗(yàn)摸索顯得更加輕松美妙而富有成效。

化學(xué)鍍的優(yōu)勢

　　化學(xué)鍍與傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件，化學(xué)鍍更顯優(yōu)勢。盡管電鍍的原料成本會比化學(xué)鍍低，但工裝、掛具、電源等設(shè)備投資方面化學(xué)鍍要節(jié)省得多。

　　電鍍的優(yōu)勢是品種多，相對成本低、裝飾性好，在這些方面化學(xué)鍍目前很難取代電鍍。熱噴涂的優(yōu)點(diǎn)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(xiàn)場施工，具有其他處理工藝難以取代的成本和便利優(yōu)勢。缺點(diǎn)是涂層空隙率高，必須進(jìn)行封閉處理，且涂層品種較少，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的小尺寸細(xì)節(jié)難以滿足要求。

　　現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展了許多其他的表面處理技術(shù)如：化學(xué)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(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、大面積設(shè)備方面，化學(xué)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(shù)平方米的大型化工設(shè)備，從金屬、半導(dǎo)體到非金屬都可進(jìn)行處理，目前很難找到任何一種其他的處理工藝超越化學(xué)鍍的便利性和適應(yīng)性。

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