王炜芹，霍永锋，蔺 海

（航天科工六院210所，陕西西安 710065）

1 化学工艺镀层技术概述

1.1 化学工艺镀层技术发展历程

化学工艺镀层技术的实现主要是利用溶液中的还原剂让金属离子在表面发生自催化作用，从而出现金属还原沉积，这个过程又称之为自催化镀层或者无电解镀层。化学工艺镀层技术的基本原理是将离子转移到物外电场作用的氧化还原反应，使金属离子还原并且沉积，从而构成精密的金属镀层。

化学工艺镀层技术在历年来的发展中，主要以化学镀镍形式为主。这种技术理念猜想最早起源于19世纪40年代，通过大量科学家的理论与实践验证，但是并未取得良好的效果，随着人们在化学工艺领域的不断突破，终于在20世纪40年代初期实验成功，使化学工艺镀镍技术全面登上历史的发展舞台。在科学家的多次实验与研究中，也开发了能够利用的化学镀镍液体，为人类工业发展做出了巨大贡献。到了20世纪50年代，世界上第一条化学镀镍生产线诞生，主要是以次磷酸亚为化学镀镍的还原剂来实现的。在美国的化学工艺镀层技术发展中，最早出现在通用运输企业的批量生产线上，并开始于核工厂的车槽内衬以及贮槽领域应用，随后化学工艺镀层技术在化工领域和航天领域都有着广泛的应用。在1980年以后，开始实现了化学工艺镀层技术的大规模应用。

据调查显示，20世纪80年代，全球化学镀镍年产量超过了1 500t，可以实现375万m2的化学工艺镀层面积。随后，到了20世纪90年代末期，美国还开办了化学镀镍研讨专题会议，其中重点以质量控制与统计过程控制为研究主题。在欧洲领域中，化学工艺镀层技术最早出现在工程制造领域，比如德国化学镀镍-硼技术的应用，在德国的汽车制造、航空航天制造以及纺织业中都有着良好的应用效果。而我国的化学工艺镀层技术发展相对这些发达国家较晚一些，但是在我国经济飞速发展的支持下，也实现了化学工艺镀层技术跳跃式提升。在我国相关政策的推动下，开办了多次大型国际专题会议，同时国内相关专家学者也查阅了大量资料，在该领域发表了许多著作和相关论述，进一步推动了我国化学工艺镀层技术的发展水平。据调查，我国现阶段的镀镍行业年产值超过300亿元，同时也逐渐以每年15%的速度高速增长。而随着化学工艺镀层技术的不断成熟，也逐渐取代了电镀工艺，满足可持续发展目标，体现出环保镀层理念。

1.2 化学工艺镀层技术的分类

化学工艺镀层技术在应用中可以根据不同用途分为以下几类：①装饰性化学镀层。这种化学镀层主要包括Cu、Pt、Au、Ag几种材料，将其利用化学方法镀在装饰品表面；②防护性镀层。这种化学镀层主要包括Cd-Sn、Ni-P、Cd、Ni等材料，在物体表面镀层可以有效提高表层的防腐性和耐磨性；③修复性镀层。这种化学镀层主要包括Fe和Ni等材料，将这种镀层材料应用在受损的部位表面，可以起到镀层修复效果；④功能性镀层。这种化学镀层主要是利用Ni-碳纤维以及Ni-石墨烯等新型材料作为复合化学镀层，展现出不同的功能特性。

从化学工艺镀层的材料成分来看，又可以分为以下几种：①单金属镀层。单金属镀层中的材料成分主要包括Cu、Pt、Au、Ag等；②合金镀层。合金镀层的材料成分有Ni-Cu-P、Ni-P、Fe-Zn、Ni-B等；③复合镀层。复合镀层材料成分主要是将固体微粒融入镀液中，与合金或金属共同沉积，构成多元化的组合镀层，例如 Ni-P-PTFE、Ni-P-MoS2·Al2O3、Ni-P-SiC等复合镀层。在镀液中添加各类型的颗粒，能够呈现出不同的镀层特性，比如耐高温、润滑性以及耐腐蚀性等特性，满足不同化学工艺镀层需求，充分展现出复合镀层的优势。

2 非金属表面中化学工艺镀层技术应用

对于非金属材料来说，其具有不导电特性，因此，传统的电镀工艺和电刷镀工艺都不能直接进行镀层。通过化学工艺镀层技术的应用，可以对非金属表面进行改性，让非金属材料产生导电性与可焊性。当前常见的非金属材料包括陶瓷、光纤以及金刚石等，而随着化学工艺镀层的不断完善，在一些碳纤维、纳米管和石墨烯等非金属材料中也实现了良好的镀层效果。通过镀镍石墨烯以及细胞碳纤维等复合材料的应用，可以有效改善新型纳米材料的分散特性，同时使其本身特有的性质能够有效保留，并且也能够展现出镀覆金属以及基材的多性能特点。

2.1 金刚石非金属材料表面的化学工艺镀层

对于金刚石材料来说，它是镀层工艺中的典型非金属材料，金刚石广泛存在于自然界中，迄今为止是世界上最坚硬的天然物质，同时金刚石也展现出良好的稳定性特点和耐磨性质。一般金刚石材料主要应用于工业切割领域和装饰行业。根据金刚石不同的晶体结构可以分为单晶金刚石和多晶金刚石，而大部分单晶金刚石都应用在工业切割领域，而多晶体金刚石一般运用研磨制造领域。在金刚石的表面可以通过化学工艺镀层技术方式进行镀层。现阶段，我国化学工艺镀层技术在金刚石表面的镀层已经较为成熟，并逐渐实现了广泛生产与应用。

相关学者对金刚石切割片内的树脂结合剂和磨粒的黏结度进行了全面优化，从而生产刺状金属涂层的金刚石粉末，同时对金刚石化学镀进行预处理作用，在预处理工作中将金刚石粉末与铬酸溶液混合浸泡，通过亲水处理长达11h，再进行激活。通过实验发现，没有做亲水处理的部分会出现镀层遗漏的现象，而亲水处理后的金刚石表面镀层完整，通过对金刚石材料的亲水处理优化，能够改变凹凸不平的表面镀层缺陷。

为了有效解决电子元器件封装在铜材料与金刚石材料结构强度上的差距问题。可以利用化学工艺镀层对金刚石表面的颗粒采取金属化处理，同时混入适量的铜粉末，并利用热压烧结以及放电等离子烧结两种方式制备出精密的金刚石复合材料，通过优化实验可以看出，化学工艺镀层技术能够有效提高金刚石和铜复合材料的结构强度，同时导热性系数提高。当处于900℃左右的温度下以及40MPa的高强度压力环境中，金刚石和铜的复合材料镀层增加了弯曲强度，线膨胀系数也大幅度提升。

2.2 石墨烯材料化学工艺镀层技术

在新兴材料的发展中，引入了石墨烯材料，更好地发挥出光学、电学以及热学性质，并展现出了超高的强度和韧性，同时也具备一定的可塑性。石墨烯材料被广泛应用在锂电池、防腐涂层、导电油墨、散热材料中，在现代工业领域发挥着重要的价值。在开展石墨烯化学工艺镀层时，首先将石墨烯表面进行金属化处理，从而形成金属与石墨烯的复合材料，让石墨烯具备导电性能，然后再利用化学工艺镀层技术进行镀层作业，该技术在电化学领域得到了全面推广与应用。

经过专家学者的大量研究，通过次磷酸钠进行化学镀铜，能够实现石墨烯表面的金属化改性，利用硫酸铜、硼酸、次磷酸钠、硫酸镍、柠檬酸等混合镀液，Cu沉积层能够对石墨烯进行包裹。通过提高硫酸铜和硫酸镍等缓冲剂的浓度，可以提升石墨烯表面Cu的沉积效率。镀液中配位剂柠檬酸钠浓度会提高，导致Cu的沉积速度下降，但是能够改变表面的沉积质量。

利用膨胀还原制作石墨烯，通过超声辅助化学工艺镀层，支撑石墨烯Ni纳米复合材料，对石墨烯材料表面的镀镍进行激励研究，其镀液中包括柠檬酸氢二钠等材料，而反应温度为25℃。通过实验结果可知，在石墨烯敏化时和成长阶段都在石墨烯表面进行，但是随着时间的不断推移，Sn纳米颗粒分布也逐渐均匀，可以呈现出Sn成核与生长，活性位点的性能逐渐降低，大部分都集中在边缘部位，导致部分Sn颗粒并未生成Pd元素，Sn则在化学工艺镀层中失去催化活性，从而残留在镀层内。

2.3 碳纤维材料表面化学工艺镀层

碳纤维作为一种全新的有机纤维材料，通过处理形成的微晶体材料，碳纤维不但继承了原本碳元素自身的优点，同时还具备纤维元素的可加工特性，成了广泛应用的增强型材料。这种增强材料可以展现出良好的强度、耐辐射性、耐高温性、低密度、比模量、导热性、导电性等特点。

通过化学工艺镀层技术在碳纤维表面的应用研究，提出了化学镀镍的应用提升碳纤维的表面性能。通过实验可以看出，碳纤维通过化学模拟处理后，有效提高了碳纤维表面的延展性与抗形变能力，其中碳纤维内部含磷成分表面出现典型的非晶体结构，因此具备良好的电阻系数。

2.4 光纤材料表面的化学工艺镀层

近年来，光纤材料的引入为我国通信行业带来了全新的机遇，光纤材料在通信传输与传感领域发挥着重要作用，凭借光纤的抗干扰性能、高效传输性能，在通信领域备受青睐。光纤本体材料主要由SiO2构成，这种材料具有一定的脆性和易损性，通过适当的保护措施，才能满足良好的光纤应用效果。当前对于光纤的保护方法多种多样，最主要的就是将金属镀层利用化学工艺镀层技术应用在光纤表面，通过光纤表面金属化改性，可以提高光纤的使用寿命，增强信号传导功能，同时也提高了光纤材料的金属特性与力学特性。

通过对光纤表面化学工艺镀层工艺的不断优化，明确镀层温度为92℃，同时酸碱度为3.2，在进行敏化液过滤过程中，要采用超声清洗。通过对光纤表面化学工艺镀层时，可以使光纤表面更加光滑与连续，并且摆脱了脱落与开裂的现象，比未进行镀层的光纤在抗拉强度上具有明显提高。将石英光纤光栅作为基体材料，通过化学工艺镀层和电镀工艺的有效融合，能够改变光纤表面特性，采用均匀致密的镀层打底，并利用电镀铜技术在上层覆盖，生成附着能力强、电阻率低、焊接性能佳的金属化光纤材料，可以展现出良好的光纤光栅灵敏度。

3 结束语

随着我国新型材料的不断涌入，推动了我国工业产业的全面发展，对新型材料的性能也提出了更高的要求。对于以往的单独金属与非金属材料应用已经无法满足现代工业需求。随着复合型的非金属材料引入，解决了单一材料的困境，推动了我国各个领域的发展。通过化学工艺镀层技术的全面发展，在非金属表面镀层上也展现出了良好的作用，解决了传统电镀无法在非金属材料上镀层的问题，提高了非金属材料的各项性能，满足现代工业发展需求。