求一篇非金属材料的论文只是大一考试用3000左右
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发布时间：2022-04-22 07:19
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时间：2022-06-17 13:02
非金属材料表面金属化的方法
非金属材料表面金属化是采用某种表面处理工
艺,在非金属表面上形成一层金属层,从而达到耐
磨、防腐、装饰的目的,赋予非金属材料一些新的使
用性能。
非金属材料表面金属化是开发新材料的一个重
要研究领域,比如一些超硬材料的开发和研究都将
使用非金属材料表面金属化的技术。
非金属材料表面金属化在我国有着悠久历史。
自我国古代发明炼金术后,一些能工巧匠就知道把
黄金制成薄如蝉翼的金箔,贴在非金属表面上,使其
光彩夺目。在一些古寺庙里,一座座金面修身的神
像就是非金属材料表面金属化的杰作。我国古代的
镏金技术就是把溶解在水银里的黄金涂敷在非金属
制品表面,待水银挥发后再用玛瑙抛光,可以达到金
光灿灿的效果。在国外,开罗和巴格达出土的一些
文物中,就有陶瓷表面金属化的记载。随着现代科
学技术的发展,在非金属材料表面上沉积金属的方
法很多,其中主要的有金属粉末喷涂、真空镀膜、溅
射镀膜、化学镀和电镀等。
1 非金属材料表面金属化
众所周知,非金属材料多为非导电体,要使非金
属材料表面金属化,其先决条件必须使其表面导电
成为导体,才能使用一些在非金属表面上沉积金属
的方法。
非金属材料表面金属化后,可用非金属件代替
金属件,可节约大量金属,简化加工工艺,降低成本,
使其具有金属的光泽,能导电、导磁、焊接,并能提高
其机械性能及热稳定性。使它既具有非金属的固有
性质,又具有金属材料的一些特性,成为一种复合材
料,因而扩大了非金属材料的使用范围。
非金属材料表面金属化是材料科学的一个重要
组成部分,对于研究新材料,开拓新型材料的应用领
域,具有很重要的实践意义。此外,非金属材料表面
金属化后有良好的耐腐蚀性,在潮湿的环境中,金属
层与非金属基体之间不产生原电池作用。
非金属材料包括有机材料(如各种塑料、纤维、
树脂)和无机材料(主要有各种陶瓷、玻璃、单晶材料
等)。这些材料与其表面覆盖金属层之间的键合力
十分微弱,其外表面的影响显得比较突出,也就是
说,这些材料与金属覆盖层之间的结合强度低,为了
提高基体与镀层之间的结合力,在非金属表面金属
化前,必须对其表面进行处理,以获得理想的表面形
态和增加其润湿性能。此外,赋予非金属材料基体
表面催化活性的一些工艺过程都会影响其金属化层
的结合力。非金属材料的种类繁多,仅就新型工程
材料而言就层出不穷,它们之间的物理、化学性质各
不相同,有的相差十分悬殊。如塑料脱模时使用的
脱模剂,各个生产厂使用的都不一样,这就促使其表
面处理技术会不一样。因此,研究非金属材料表面
金属化的前处理技术和金属化工艺是获得性能优良
的金属化表面的关键。
2 非金属材料表面金属化工艺
非金属材料多是电和热的不良导体,在非金属
材料表面金属化之前,往往需要首先使非金属材料
表面变成导体,覆盖一层金属膜才有可能实现金属
化。
形成金属膜的方法很多,有涂导电胶法、银粉浆
高温还原法、化学镀膜法和金属粉喷涂法等。具体
采用哪种方法需根据材料和使用场合而定。
非金属材料表面金属化工艺主要由前处理工艺
和获得金属层的方法两部分组成。
2.1 前处理工艺
2.1.1 消除内应力
塑料成型带来的内应力必须首先消除。一般采
用热处理的方法消除内应力,也可以采用冰醋酸浸
渍法或有机溶剂浸渍法来消除内应力。
2.1.2 表面粗化
用手工、机械或化学的方法,使非金属材料表面
变得粗糙、无光泽的过程叫粗化。粗化可以提高表
面的亲水性和形成粗糙度,以保证金属层有良好的
附着力。
粗化方法有机械粗化和化学粗化两种,应根据
非金属材料的尺寸、形状、数量和物理化学性质确定
使用某种或几种粗化方法。
机械粗化是用滚磨、喷沙或用砂纸打磨等方法
去除其毛边,增加其表面积,从而提高金属层的结合
力。
化学粗化是用化学浸蚀剂使非金属材料表面变
得粗糙,增加表面积和生成某些极性基团,使其表面
由疏水性变成亲水性。化学粗化是目前广泛应用的
一种方法,对于不同的非金属材料应采用不同的化
学粗化溶液及工艺规范。对于塑料粗化,高铬酸型
粗化液使用较广。这种粗化液粗化速度快,效果较
好。其参考配方和使用条件如下:铬酐(CrO3)400~
430g/L;浓硫酸180~220ml/L;温度60~70℃;时间
10~30min。
为了将在化学粗化过程中残留在材料表面上的
Cr6+清洗干净,需在10%的氨水中进行中和并在
1%~5%的亚硫酸钠溶液中进行还原。
2.1.3 除油
由于材料表面会被油污染,可采用有机溶剂或
化学除油法除油,粗化和除油工序可以颠倒进行,但
必须彻底除油后方可进行下一工序。
2.1.4 敏化
在经过粗化和除油的洁净表面上,吸附一层易
于氧化的金属离子,它是覆膜金属的还原剂,在化学
镀和电镀过程中,使溶液中的金属离子易于沉积在
工件的表面上,这个工序叫作敏化。敏化液的参考
配方和工艺如下;氯化亚锡10~100g/L;盐酸10~
50ml/L;金属锡条1根;温度18~25℃;时间3min;敏
化液的pH值应控制在0.5~1.9之间。
2.1.5 活化
在敏化的工件表面沉积具有催化活性的金属
层,这个工序叫活化。活化的目的是为下一步进行
化学镀提供结晶中心,以提高沉积速度和镀层的均
匀性。
目前广范采用的活化液有*银活化液和氯化
钯活化液。前者是一种碱性溶液,主要由*银和
氨水配制而成;后者有酸性和碱性两种,但较常用的
为酸性活化液,它在化学镀时诱导时间短,镀层的结
合力好。
*银活化液常用配方和工艺如下:*银2
~5g/L;氨水(25%)20~25ml/L;温度15~25℃;时
间1~5min。
配制时必须使用蒸馏水,否则银离子和水中的
氯离子会生成氯化银沉淀而降低银的含量。
2.2 获得金属层的方法
获得金属层的方法有许多种,可根据不同材料
参考有关专著选用。常用的方法有化学镀和电镀。
这里介绍化学镀工艺。化学镀又叫无电解镀,它是
无须电流通过而借助还原剂在同一溶液中发生氧化
还原反应,从而使金属离子还原沉积在工件的表面
上的一种镀覆方法,是一种可以沉积金属的、可控制
的、自催化的化学还原过程。
经过粗化、敏化和活化后的工件表面,密布着催
化活性中心,当把它浸入化学镀液时,镀液中的金属
离子便被还原,连续不断地沉积在工件的表面上,活
化后的催化活性中心成了金属离子还原的结晶中
心,金属离子还原后首先沉积到活性中心上,然后逐
渐扩大,形成连续的、具有一定厚度的金属层,非金
属材料表面金属化的全过程到此告终。
化学镀可镀镍、铜、钴、金、银等金属,而化学镀
镍是化学镀工业中发展最快的行业。它以其优异的
性能,在几乎所有的工业部门都得到了广泛的应用,
创造了巨大的经济效益,而且每年还在以5%~7%
的速度递增。
常用的化学镀镍的配方与工艺如下:硫酸镍25
~30g/L;次亚磷酸钠20~25g/L;醋酸钠15g/L;柠
檬酸钠10g/L;添加剂5g/L;光亮剂少量;pH值4.5
~5;温度85~90℃。
3 非金属材料表面金属化的应用
3.1 表面装饰
一些大型商厦门前的招牌、单位名称,往往是请
知名书法家题写,如用金属制作,机械加工十分困
难,而用木材、塑料或水泥制作就容易得多,制成后
进行金属刷镀即可获得金碧辉煌的效果。
在一些大型纪念馆中的馆名和每一部分的标题
都用醒目的大字展现出来,这些字可用塑料板切割
而成,然而用化学沉积或刷镀工艺制成所需要的金
属颜色,能起到以假乱真的效果。
现在市场上卖的各种工艺品,如万里长城、乌龙
戏珠、观音菩萨、释加牟尼像等,都是由非金属刷镀
制作而成的,颇受中外宾客的青睐,成为社会交往的
高级礼品。
3.2 提高非金属材料的耐磨性
非金属材料具有重量轻、加工容易等优点,但存
在表面缺乏光泽、不耐磨等缺点。如一些家用电器
及仪表设备上的零件,可用塑料制造,然后在其表面
镀上一层金属镀层,这样既有金属光泽又提高了它
的耐磨性。
3.3 制造超硬材料
大家知道,人造金刚石、立方碳化硼是人工合成
的一种硬度大的材料,如果采用化学镀的方法,在其
表面镀上一层镍磷合金,就得到了一种耐磨性好、硬
度高的新型超硬材料。
3.4 陶瓷金属化
工程陶瓷具有硬度高、耐蚀性和介电性能好等
诸多优点。特别是近年来纳米陶瓷的出现,已成为
令人关注的一种新型工程材料。然而,陶瓷不具有
导电性、韧性和可焊性,因此,使用陶瓷时往往要进
行表面金属化处理。由于陶瓷表面存在大量的孔
隙,在金属化处理前先要用树脂将陶瓷表面进行封
孔处理,以防处理液进入,接着再进行一系列的粗
化、敏化和活化处理,以获得具有催化活性的可镀表
面,再用化学镀或电镀的方法将表面镀层加厚,以得
到满足用户要求的、具有金属表面的陶瓷。
3.5 改变非金属的焊接性
一些电子设备的零部件,为了节省金属材料,减
轻重量或简化生产工艺,常采用塑料生产,然后采用
非金属电镀或化学镀工艺,使其表面成为导电层,就
克服了塑料零件不能焊接的不足。
3.6 使非金属材料具有导电性
大多数非金属材料为绝缘体,为了使其局部导
电,可采用非金属刷镀技术。如大量使用的印刷电
镀板,在板上局部线路发生断裂时可用非金属刷镀
进行修补。电子仪器的塑料外壳,如在其内壁上镀
上一层金属镀层,利用金属镀层的导电性能可以起
到良好的屏蔽作用,可防止外部电磁场对仪器的干
扰。
3.7 使非金属材料具有导磁性
非金属材料本身没有导磁性能,如果在塑料上
镀一层镍钴或镍铁合金等磁性材料,就可作为电子
计算机中的磁性记忆元件。
3.8 提高抗老化能力
某些塑料的耐光热性能差,在阳光照射下极易
老化,如在其外表上镀上金属镀层,就可以提高其抗
老化能力,延长其使用寿命。
4 非金属材料表面金属化的发展与展
望
非金属材料表面金属化是材料科学中的一个重
要领域。国内外许多学者都致力于这方面的研究,
是开发新型材料的研究方向,发展很快,前景十分广
阔。
非金属材料表面金属化的关键是前处理技术,
在前处理技术中敏化和活化又是主要的研究内容。
目前已开发出各种胶体活化剂,并已形成商品。要
加强活化机理的研究,用理论指导实践。
在非金属材料表面金属化中,化学镀是常用的
一种技术,其中化学镀液的配方是技术核心,镀液的
稳定性是关键,要采用多元络合以增加镀液的稳定
性,还要加强光亮剂的研究,提高镀件的外观效果。
非金属材料表面金属化的市场前景好,社会需求量
大,依托此项技术开发新产品,将会获得很好的社会
经济效益。
5 结语
非金属材料表面金属化是前处理技术和制取金
属层相结合的产物,其方法繁多,原理、材料、工艺和
设备各异,可根据不同的基体材料、不同的工艺要求
选用不同的表面金属化的方法。
非金属材料表面金属化是研究新材料的一个重
要方法,研究出与此有关联的新材料将会取得很好
的社会、经济效益。
参考文献:
[1]姜晓霞,沈伟.化学镀理论及实践[M].北京:国际工业出
版社,2000.237-241.
[2]张允诚,胡如南,向荣.电镀手册.上册[M].北京:国际工
业出版社,2000.607-685.
[3]林春华,葛详荣.电刷镀技术便览[M].北京:机械工业出
版社,1991.205-212.
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时间：2022-06-17 13:02
争别你又抄作业咯你 不错不错 有我的风范 哈哈哈 ..
