非金属电镀的由来与发展

周嘉瑜

     长期以来，人们将电镀工艺定义为利用直流电源，在电镀溶液中将一种金属表面获得另一种金属的加工技术。由于所有金属都是导电的，所以被电镀的制品就必须是导电的，因此，在19世纪以前，在非金属材料上进行电镀加工，是不可思议和不可能的事情。直到1835年，有人在玻璃试管壁上用化学方法沉积出银镀层，才将不可能的事情变成了可能的事情。到了1840年，又有人将磷酸盐溶液化学还原出金属镍，这就被后来的化学镀镍所证实。1947年，美国国家标准局的A`·Brenner和G`·Riddell弄清了化学镀镍从实验室走向工业化应用成为了可能。目前，据不完全统计，用于实际生产和科研的化学镀镍配方不下200多种，而且这些配方在诸多领域都得到重要的应用。难怪有人认为化学镀的历史，就是化学镀镍的发展史。正是由于化学镀的发展，才使非金属电镀成为了可能。

世界上有关化学的文字记载，最早应该是我国秦汉时期的《神农本草经》和西汉时期的《淮南万毕术》，前者记载“石胆能化铁为铜”，后者则说“曾青得铁则化为铜”。这可能是最早在铁上化学置换铜的记载。到了炼丹术发达的两晋南北朝时期，关于置换镀铜的记载的表述就更加详尽了。炼丹术在我国有着悠久的历史，在非金属材料上进行金属化处理在民间也有流传。可惜的是，我国漫长的封建社会的主流文化竟然将工匠和手工艺人在实践中获得的知识和技能视为雕虫小技。从而使我国在科学技术和应用工艺的开发方面反而大大落后于发达国家。

真正具有工业价值的非金属电镀技术的开发，是在廉价而有效的化学镀技术产生以后的事。并且只有在工业发展有实际需要时，化学镀技术才能得到迅速发展，化学镀是伴随着电子工业的发展才得到了迅速的发展。第二次世界大战中，无线电通信技术及相应的产品开发和制造收到了特别的重视，最后形成了一个新兴的产业，并遥遥领先于其它工业的发展。无线电技术发展中的一个显著特点是电子器件的小型化和线路技术的不断升级，最明显的例子就是从电子管到晶体管的发展再到集成电路的应用。这些技术中使散装分立元器件转向采用印刷线路板，并将印刷线路板从单面板发展成双面板、多层板。双面板、多层板的导通，催生了小孔金属化技术，这就是最早的工业化树脂表面的电镀术，而这一技术的进步是化学镀铜技术得到了完善的发展。

在化学镀铜技术的开发之前，人们使用的是传统的银镜法，由于含银离子的电解液会影响印刷线路板基板的绝缘性能，而残留镀液的盐在一定条件下可能会发生电迁移现象引起短路。为此人们转向开发化学镀铜技术并且取得了成功。简单又廉价的化学镀铜技术的出现，是印刷线路板孔位金属化及其电镀技术成为一个专门的技术领域，在微电子计算机和移动通信技术高度发展的今天，这项技术仍保持极高的应用率。化学镀铜技术的完善，催化了塑料电镀技术工业成为了可能。

在各种化学镀铜技术相继问世之后，于1968年出现了常温化学镀镍工艺技术，这些技术的采用，将塑料电镀工艺技术和质量都提高了一个新的水平，也使在其它非金属材料上的电镀成为了可能。

塑料电镀工艺在在我国从上世纪50年代就开始研究和开发，到70年代已获得了迅速发展，这同样是得益于我国电子工业的发展。70年代我国开发的胶体钯一步活化和常温化学镀镍工艺，用于当时出口的收音机机壳、旋钮等，成为当时电子装饰的新潮流，在当时的上海、北京、武汉、成都、广州等城市都出现了一定规模的专业塑料电镀加工厂、车间、生产线。到了20世纪80年代，塑料电镀表面金属化技术得到了不断进步和完善，也使得在其它非金属材料上电镀技术获得了相应的发展，特别是玻璃钢电镀技术，在我国南方得到了较快发展，已成为一个专门的制造产业。到20世纪末，非金属电镀技术有了更大的发展，不仅开发出直接镀塑料，还开发出了适用于其它非直接镀塑料的直接镀技术。但是进入21世纪之后的今天，经典的非金属电镀技术还在工业领域中大量采用，因为这些技术的成熟程度和相对较低成本，在市场日益激烈竞争的情况下，仍然有着不可替代的优势。当然，随着表面处理技术的日益进步，将会不断出现新的技术并成熟起来，去取代已经落后的技术，这是广大科技工作者都乐见其成的事，我们相信，非金属电镀工艺技术将会为经济发展做出它的新贡献。

经过半个多世纪的发展，非金属电镀已经是较为成熟的工艺技术，其应用范围也在进一步扩大，特别是现代电子工业的发展，给了非金属电镀和精饰更大的发展空间，同时我们也应清醒地看到，非金属电镀技术也并非十全十美的技术，仍存在着比较繁琐的加工程序和工艺的局限性。因此，如何简化工艺过程和扩大其适应范围方面做大量的工作，比如在粗化、敏化、活化为一液的“一步活化法”方面，就有诸多专利的申请，还有直接催化化学镀的塑料材料的开发，这样就可以完全省掉金属化的前处理工艺，并且已经取得了成功。更有在聚丙烯为载体的塑料中分散导电颗粒，在低电压下以小电流直接电镀镍，已经取得了可以获得连续镀层的研究成果。随着现代电子和信息技术的发展，对柔性非金属材料的表面金属化也提出了新的要求，从而诞生了柔性印刷版和纤维材料电镀技术，使非金属电镀技术的应用领域得到了进一步的拓展。

目前，非金属电镀技术仍有较大的市场需求和发展空间。展望未来，非金属电镀工艺在如下方面还会涌现新的技术改进成果和拓展空间：

1、新型直接催化或直接电镀材料 一种可行的方案是开发塑料成型前在母料中添加化学镀催化剂，让催化剂分散到塑料中，经催化处理后裸露在材料表面形成化学镀的催化中心。还有在塑料表面分散导电颗粒，使之成为可以直接电镀的塑料等方面的研究成果。

2、高强度可镀塑料 目前主要集中在对短纤维的复合材料和颗粒混合增强ABS复合材料的研究，这类材料在航空、航天和航海产品中已经大量的采用，在军工领域，这方面的研究和开发应用已成为相互保密的课题。

3、选择性电镀塑料 目前塑料电镀基本上都是全件镀方式，但对于只需要局部电镀和选择性电镀的产品，必须采取在塑料表面的有机基团或键位上用印刷方式获得选择性局部镀的印刷膜层，在之后的金属化或电镀中只对需要的部位进行施镀。

4、生物工程 塑料的图形电镀，无论是医学还是人工智能的角度，这项研究开发必须加紧进行，目前人工骨关节已经投入了使用，但高级的人工生物材料涉及微处理器的连接方面还跟不上，这就必须在生物工程塑料中用非金属电镀技术制作连接线路，从而将人工骨关节的功能提升到新的更高的水平。