目 录
1 引言 1
1.1不锈钢表面镀的概述 2
1.2化学镀铜的反应机理 2
1.3不锈钢的结构与前处理 3
1.4化学镀铜工艺的工业应用及展望 3
1.5本课题的研究目的及研究方法 5
2 实验部分 5
2.1 实验药品及设备 5
2.2 实验仪器 6
2.3 不锈钢表面化学镀铜配方 6
2.4 实验步骤 8
2.5 性能检测 12
3 实验结果及数据讨论 15
3.1镀层成分检测 15
3.2镀层的表面质量 17
3.3 镀层的结合强度 17
3.4 催化性能检测 18
3.5 镀层的微观形貌 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 引言
化学镀镍具有优异的耐蚀性和耐磨性能，已经在现代工业中得到了广泛的应用。但是，对一些形态更加复杂、要求更加苛刻的零部件，如果仅采用化学镀镍作为表面的防护和强化材料，有时仍难以达到希望得到的效果。因此，为弥补单一镀镍可能会的不足，现代工业慢慢发展出化学镀铜技术，在一些情况下可以用化学镀铜镍合金的方法。化学镀铜已经广泛应用于各个行业，如：五金工艺，家具装饰，电子电器，工艺品等等。化学镀铜操作简单，可以适用于大型的流水线操作，也可以在设备比较缺乏的小厂操作，不需要通电，不产生氟，较为环保[1]。而且化学镀铜稳定性高，对工作温度及溶液浓度的要求低，铜层致密，结合力更好，这些都属于化学镀铜的优势。
1.1不锈钢表面镀的概述
化学镀的定义：化学镀又称自催化度，就是指在没有电流 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ￥351916072￥ 
的情况下，利用溶液中的金属盐和还原剂在基体(要具有催化活性)表面进行自催化氧化还原反应，在集体表面形成金属或者合金镀层的一种表面处理技术。所以还将化学镀称为不通电电镀或者无电解电镀[2]。
不锈钢具有良好的耐蚀性, 但不锈钢硬度较低,表面强度低, 耐磨性差, 摩擦因数较大, 在碰撞或者磨损环境中工作时, 易发生局部损伤和表面钝化膜受损而导致局部腐蚀[3]。所以不锈钢直接作为转动轴、啮合件或传动配件时, 时常发生咬合或粘滞现象[4]。为了提高不锈钢的耐磨性和耐蚀性, 常对其表面进行处理。常用的表面处理和改性的方法有物理气相沉积、化学气相沉积、离子注入、等离子喷涂、电镀等。尽管这些方法都各有优点, 但在加工效率、成本、加工尺寸、工艺可控性等方面都各有其缺点[5]。化学镀成本低廉, 且能满足大部分场合的性能需要。与电镀相比, 化学镀的均镀能力和深镀能力好;镀层结晶致密, 并具有特殊的机械、物理和化学性能等。化学镀作为不锈钢表面处理和表面强化的方法有着良好的发展前景。1.2化学镀铜的反应机理
化学镀铜在原理上与化学镀镍类似，均为在同一表面上进行着两个过程，沉积层必须对溶液中的还原剂的氧化具有催化活性，金属离子才能被还原剂还原并沉积出金属层。铜对甲醛、二甲胺硼烷(DMAB)、硼氢化钾的氧化具有催化活性，而铜对次磷酸钠不具催化活性。因此次磷酸盐化学镀铜镍合金浴中添加镍离子，有利于铜离子的继续沉积，使化学镀铜镍合金的反应能够持续的进行下去[6]。铜离子的电位较镍离子的高，反应时铜离子会首先沉积，若要使铜、镍离子的沉积可控，就必须选用合适的络合剂。
现在最常用的是以甲醛为还原剂的镀液，镀液由铜盐，酒石酸钾钠（络合剂），氢氧化钠，碳酸钠，氯化镍，和甲醛组成，其中，甲醛溶液要先与其他溶液分开配置，到使用时再把他们混合[7]。在这种镀液中，只有在pH>11时，甲醛才具有还原铜离子的能力。
此外,镀液还可以使用次亚磷酸盐，DMAB、四丁基氢硼化胺与肼等作为还原剂。
以次亚磷酸盐做还原剂：可以抑制副反应的进行，延长镀液的使用寿命，速率高。
以DMAB做还原剂：这种镀液要以EDTA二钠盐和三乙醇胺（TEA）为络合剂，这种镀液属于低碱性镀液，稳定性好，不会产生高危害性物质。
以肼作为还原剂：这是一种低碱性，低温的镀液，而且成本较低，排污少，可以提高镀层的物理性能。
化学镀铜镍合金液中主要是由铜盐、镍盐、还原剂、络合剂、稳定剂、pH调整剂等组分组成。
主盐：铜盐是化学镀铜的主盐，可用硫酸铜，氯化铜等二价铜盐，目前大多使用硫酸铜。还原剂：目前常用甲醛作为还原剂，现阶段次亚磷酸盐作为还原剂得到了很好的发展，考虑到该镀液使用寿命较长，而且不易产生危险气体，所以采用次亚磷酸盐做还原剂[8]。络合剂：常用的络合剂主要有酒石酸钾钠、乙二胺四乙酸四钠，还有柠檬酸盐、三乙醇胺等。乙二胺四乙酸四钠的价格比较高，所以不便使用，酒石酸钾钠可在室温下进行，而且较易进行污水处理，所以选择酒石酸钾钠。
化学镀液是否稳定是化学镀铜技术的关键，稳定的镀液能让镀层更加美观和稳定。为了让镀液更加稳定，需要在镀液中加入添加剂，可以抑制副反应的发生。1.3不锈钢的结构与前处理
不锈钢一般是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢，而耐酸钢则是指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。 不锈钢 自本世纪初问世，到现在已有90多年的历史。不锈钢的发明是世界冶金史上的重大成就，不锈钢的发展为现代工业的发展和科技进步奠定了重要的物质技术基础[9]。不锈钢钢种很多，性能各异，它在发展过程中逐步形成了几大类。按组织结构分，分为马氏不锈钢（包括沉淀硬化不锈钢）、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体加铁素体双相不锈钢等四大类；按钢中的主要化学成分或钢中的一些特征元素来分类，分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等；按钢的性能特点和用途分类，分为耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强不锈钢等；按钢的功能特点分类，分为低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢、超塑性不锈钢等[10]。目前常用的分类方法是按钢的组织结构特点和钢的化学成分特点以及两者相结合的方法分类。一般分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢等，或分为铬不锈钢和镍不锈钢两大类。不锈钢一般用于防腐蚀性的环境,以及医疗器械和生活用品[11].
虽然叫不锈钢，但不锈钢表面绝非不会锈，不锈钢表面极易生成一层薄而透明的氧化物膜, 并且表面不具有催化活性, 所以在其表面进行化学镀覆比较困难。因此, 不锈钢化学镀的前处理就显得特别重要。前处理除了要经过常规的机械整平、除油, 还要进行酸洗、活化、闪镀镍等[12]。
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2.2 实验仪器
实验仪器，见表2-2。
表2-2 实验仪器
设备名称 型号 厂家

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