一种不用电的镀覆技术.docx

一种不用电的镀覆技术—化学镀化学镀(electroless plating)是一个无外加电场的氧化还原过程， 利用适当的还原剂使溶液中的金属离子有选择地在具有催化活性的 表面上还原析出成金属镀层，仅借助于化学还原剂将所镀金属从溶液 中沉积到被镀物件上其具有两大特点：①适用于任何被镀件，包括 导体和非导体(如塑料、陶瓷、纤维、织物)以及铝镁轻合金等复合材 料上进行化学镀；②可根据需要，获得所需厚度的镀层在中学化学里，有一些实验涉及到化学镀，在本文中将对化学镀 的基本步骤和几个化学镀实验进行介绍1 对基体材料化学镀的几个基本步骤随着科学技术的发展，为了装饰美观或者特殊需要，必须在一些 基体材料上沉积金属化学镀就是一种方法，它也可以作为电镀的前 处理，先在非金属材料上沉积一层导电层，然后在导电层上电镀其他 金属对非金属基体材料而言，化学镀的几个基本步骤为： 化学去 油一粗化一敏化一活化一化学镀若化学反应趋势较大或基本材料 本身是金属，则往往不需要这么多步骤1.1 化学除油基体材料难免沾上油迹，所以化学镀的第一步就是要进行化学除 油这样有利于表面粗化均匀，同时可延长粗化步骤中粗化液的使用 寿命。

一般碱性去油液除去油垢，或用工业酒精清洗1.2 粗化处理镀层是从水溶液中获得的，所以基体材料要有一个亲水的、微粗 糙的表面为了增大镀层与基体材料的结合力，一般均需对基体材料 表面进行粗化处理，目的是增大镀层与基体材料的接触面积常用的 化学粗化溶液有酸、碱或者有机溶剂，也可交替结合起来应用1.3 敏化处理将经过粗化处理的材料浸入亚锡盐的酸性溶液中，使粗化后的材 料表面吸附一层液膜，在其后用清水洗涤时，材料表面液的pH会升 高，亚锡盐水解生成氢氧化亚锡或者氧化亚锡沉积物，被均匀吸附在 处理过的材料表面，此沉积物作为还原剂在活化处理时，把活化剂中 的金属离子还原成金属1.4 活化处理敏化过的基体材料经水漂洗净后，浸入活化溶液中，亚锡离子把 活化剂中的金属离子还原成金属颗粒，该金属颗粒可作为化学镀时的 催化剂2 中学实验中的化学镀及其原理—以银镜反应为例银镜反应是中学教材中的一个实验现在我们来分析一下实验的 条件一)热力学因素：为什么要让银离子变为银氨络离子再进行反 应呢？要镀覆的金属的电极电位必需要高于还原剂的电极电位，这样 才有可能发生化学镀硝酸银溶液由于水解原因呈弱酸性， pH 约为 5。

根据它们在酸性溶液中标准电极电位的大小，不难判断硝酸根离 子比银离子氧化能力强： NO-+4H ++3e-—NO+2H2O E =0.960V,Ag ++e-—AgE =0.799V,所以，在酸性溶液中主要是硝酸根离子起氧 化作用，银离子无明显的还原过程而银氨溶液呈弱碱性， pH 约为 8银氨配离子和硝酸根离子标准电极电位下降，氧化性明显降低， 硝酸根离子尤为显著，且低于银氨配离子的还原电位NO- + H2O+2e- —N02-+20H-E=0.01V, [Ag(NH3)2] ++2e-—Ag+2NH3E =0.373V,所 以，在银氨溶液中主要是银氨配离子起氧化作用，而硝酸根离子无明 显的还原过程二)加入络合剂：为降低溶液中游离的银离子浓度， 防止沉淀，必须加入络合剂加入络合剂后虽然银氨络离子的电极电 位降低，但是仍然可以将乙醛氧化乙醛的标准电极电位 E =-0.13V，对于反应*****+2H ++2e- —CH3CHO+H2O,其 E 二E+-E- =0.373V-(-0.13V)=0.503V0，乙醛可 以使[Ag(NH3)2]+还原成银，所以可发生反应形成银镜为了增加反 应趋势，实际反应时常使溶液呈较强碱性。

3 化学镀在中学化学实验教学中的应用与银镜反应原理相似，许多金属可以进行化学镀现介绍几例化 学镀实验，在教学中可作为学生的兴趣实验或拓展性研究课题3.1 铜镜实验 在中学化学实验室中我们也可以做化学镀铜的实验，也就是铜镜 实验具体的实验步骤如下：(1)用肥皂洗净手，用去污粉将培养皿擦洗干净，再把洗涤剂放在 小烧杯中加水溶解，加热至80C将它倒入培养皿中，静置冷至室 温，倾去后分别用水和蒸馏水全面淋洗，备用⑵将20mL氯化亚锡溶液倒入培养皿中(敏化处理,形成敏化点， 表面吸附一层氯化亚锡)，静止五分钟后倾去，用蒸馏水小心淋洗，待 干3) 在50mL烧杯中加入2滴5%硝酸银和1滴氢氧化钠溶液，逐 滴加入0.5M氨水至沉淀刚好溶解，加入15mL蒸馏水，搅拌后再加 入3mL浓度为3%葡萄糖溶液，混合后立即倒入培养皿中，静置5分 钟(活化处理，Sn2++2Ag+—Sn4++2Ag,镀上极薄的一层活性银，不 出现银镜以利于后面镀铜)，当溶液呈棕色后倾去，用蒸馏水小心淋 洗，再用烘箱烘干或者晾干4) 50mL烧杯中充分混合等体积(约各7mL)7%的硫酸铜溶液，酒 石酸钾钠溶液和37%甲醛溶液，立即倒入培养皿中，静置5分钟后即 有铜镜形成。

采 用 同 样 的 方 法 来 在 理 论 上 计 算 一 下 Cu2++4NH3—Cu(NH3)42+K 稳=2.1x1013，由能斯特方程计算得 E[Cu(NH3)42+/Cu]=-0.05VE =E+ -E- =-0.05-(-0.13)=0.068V，反应可以发生在中学实验 室通过上述操作也可以得到铜镜该最后一步反应的 E 较小，所以反 应所要求的条件要高一些如述的实验过程中就要经过碱性除油、化 学粗化、敏化、活化这样一系列的过程操作得当，即可看见光亮的 铜镜3.2 树叶“镀金”实验在中学化学实验室中除可以以玻璃为基体材料外，还可以以塑料 乃至树叶为基体材料进行化学镀塑料是非金属绝缘体，不能直接进 行电镀，必须采用特殊的物理和化学方法进行处理其方法是：将塑 料制品先进行除油粗化，然后再用化学镀的方法将某种金属离子在一 定条件下还原沉积于塑料件的表面，使其金属化具体实验步骤如下：（1）将塑料制件（最好为ABS塑料）放入碱性除油液中，溶液温度控 制在70C〜80C三十分钟后取出，用自来水洗净，使制件表面完全 润湿⑵用100g/L的铬酐、600g/L比重为1.84的硫酸及少量湿润剂 加水配成溶液，将制件放入其中，反应30分钟左右，温度在65C〜 75C ，小心搅动（粗化过程，用特定氧化剂选择性地溶蚀塑料制件表 面，使其表面粗糙，有更好的亲水性能，从而使以后的敏化处理充分 有效）。

3） 将制件浸入室温下敏化液（配方为氯化亚锡5g/L，浓盐酸40- 50mL/L，金属锡粒少量）中，不断搅动1分钟-3分钟后取出，用蒸 馏水清洗 （敏化，用还原性溶液处理塑料制件表面）4） 把制件浸入室温下的活化液（配方为硝酸银2g/L-4g/L，氨水 15mg/L-20mg/L）中，小心搅动1分钟-3分钟后取出，用蒸馏水清洗 并吸干表面液滴 （活化，敏化时吸附的二价锡把银离子还原成金属银 使之在化学镀铜时起催化中心的作用）（5） 将制件浸入沉铜液（配方为硫酸铜10g/L，酒石酸钾钠40g/L- 50g/L，氢氧化钠10g/L，甲醛10mL-20ml）中，反应20分钟-30分 钟，反应结束后用蒸馏水清洗，这时塑料表面有一层暗紫色的铜溶液中的还原剂甲醛提供电子，使二价铜离子还原成单质金属铜 反应方程式为CuSO4+ 2 NaOH +HCHO CuJ+HCOONa+2H2O，此反应仅仅发生在催化表面在进行完化学镀的步骤之后，可再对塑料 进行电镀，可看到塑料表面明显的金属化，具体操作如下：把 20g 胆矾、 25mL 浓硫酸和 0.5mL 乙醇溶于 100mL 水中，加 两滴光亮剂，得到所需体积的镀铜液。

用经化学镀铜的塑料制品作阴 极，金属铜片作阳极，带电下槽，控制电压在 6V 左右，电流密度 1A/dm2-2A/dm2,在镀铜液里电镀1小时取出制品，塑料表面即 有一层泛紫铜亮光的镀层用水冲洗干净3.3“铜变银”、“银变金”的化学镀锌实验 锌可以在金属铜的表面发生化学镀反应，在实验室中可以采取下 列的操作做化学镀锌的实验：⑴在蒸发皿中放入一勺锌粉，然后倒入约3mol/L的氢氧化钠溶 液，把锌粉浸没将蒸发皿加热至沸腾，停止加热，等混合液稍稍冷 却后，用坩埚夹一片洁净的铜片或一根铜丝，浸入上述热溶液中，立 刻就有银白色的锌镀在铜的表面上，并有极少量氢气从溶液中逸出2)待铜的表面全部被锌覆盖了后，将铜片(或铜丝)取出，置于盛 有水的烧杯中洗净，擦干此时铜的表面被镀了一层锌，出现银白色这个实验的原理与以上述的化学镀的原理稍有不同，因为在体系 中没有加入还原剂和络合剂原理如下：当把镀粉和氢氧化钠溶液混合加热时，将发生下列反应：Zn+2NaOH—Na2ZnO2+H2f锌溶解时，发生共轭反应Zn+2OH--2e-—ZnO+H2O2H2O+2e-—H2f+2OH-在该体系中，当锌发生自溶解时，作为共轭反应的阴极析氢过程， 主要发生在析氢过电位较低的铜上，由于在铜上析氢时有一定量的氢 原子的积累，氢原子具有很强的还原性，所以，在铜上的氢原子可以 作为还原剂把溶液中的ZnO22-还原为金属锌而沉积在铜的表面。

所 以无需另加还原剂，而氧化剂也不是Zn2+的形式，而是ZnO22-，相 当于与氧进行了络合H ++e-—H(g)E(H+/H)=-2.11VZnO22-+2H2O+2e-—Zn+4OH- E(ZnO22-/Zn)=-1.215VE =-1.215V-(-2.11V)=0.895V0,即反应可以进行，并且，E较大， 所以反应进行得较完全，现象明显将表面镀锌的铜片稍一加热，表 面的锌进入铜片内部，形成铜锌合金，呈现出“黄金”的颜色化学镀在日常生活中有重要的用途，其工艺条件也在不断地改进 老师在教学中可以将银镜反应作为一个切入口，向学生介绍化学镀方 面的知识，拓宽学生知识的视野。