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无氰碱性镀铜

放大字体  缩小字体发布日期:2012-10-18  浏览次数:854
核心提示:镀层与基体结合力好,能在钢铁件上直接镀而无需预浸或预镀。允许阴极电流密度(DK)范围宽(1.0~3.0A/dm2)与氰化物镀铜工艺相
 

一、 特点

1、镀层与基体结合力好,能在钢铁件上直接镀而无需预浸或预镀。

2、允许阴极电流密度(DK)范围宽(1.0~3.0A/dm2)与氰化物镀铜工艺相

当。

3、镀液深镀能力、电流效率与镀层外观细致光泽性优于氰化物镀铜工艺。

4、镀液成分简单、稳定、维护方便。

5、无氰,操作安全,有利于环境保护,可取代氰化物镀铜工艺。

二、 工艺规范

CuSO4.5H2O

[或Cu(OH)2.CuCO3 ]

HP络合剂(电镀专用、≥50%)

30 ~ 40 g / L

14 ~ 20 g / L

160 ~260g / L

K2CO3

CuR-1添加剂

PH值(用KOH调节)

阴极电流密度(DK)

温度(T)

阴阳极面积比(SK :SA)

阴极移动或空气搅拌

阳极材料 : 压铸的电解纯铜板

(说明:HP络合剂分子量:206.0)

40 ~ 60 g / L

20 ~ 30 ml / L

9.0 ~ 10.0

1.0 ~ 3.0 A /dm2

30 ~50 ℃

1 :1 ~ 1.5

三、 镀液的配制

按需要称取HP(络合剂),用水稀释至总体积的60 %左右,逐渐加入浓的

KOH溶液(KOH要缓慢加入,以防止中和放热反应过分激烈),调节PH值至8左右。然后加入所需铜盐[CuSO4.5H2O或Cu(OH)2CuCO3 ],搅拌溶解后加入导电盐K2CO3。待全部溶解后,如PH值偏低,可加入KOH调节PH值至9~10之间。然后加入添加剂CuR-1(20~30 ml),最后加水稀释至所需体积。

四、 镀液中各成分的作用及工艺条件的影响

1、铜盐

铜盐可用碱式碳酸铜[Cu(OH)2CuCO3]或硫酸铜(CuSO4.5H2O)。Cu2+的浓度与允许电流密度和分散能力有关。为了使允许电流密度、分散能力和沉积速度等性能均达到实用要求,经试验Cu2+含量在8~12g/L之间为宜。镀液中Cu2+浓度过低,光亮范围缩小,允许电流密度下降;Cu2+过高,分散能力降低。

2、HP(络合剂)

HP是镀液中Cu2+的主络合剂。在镀液所确定的工艺范围内主要生成HP/Cu2+摩尔比值为2的络阴离子—[Cu(HL)2]6—,其组成和结构已经研究测定。镀液中HP含量在保证与Cu2+充分络合的条件下还必须有一定量呈游离状态。研究的结果表明: 当镀液中HP/Cu2+克分子比在3~4 :1范围内、PH值在9~10范围内所获得的铜镀层与钢铁基体结合能力好,外观细致半光亮;如HP/Cu2+克分子比值太低,镀层光亮区范围缩小,分散能力降低并且影响结合力,阳极也易钝化;HP/Cu2+克分子比值太高,镀液阴极电流效率低,沉积速度慢,镀液成本也相应提高。因此,当镀液中Cu2+含量在8~12g/L时,HP(100%)的浓度为80~130g/L为宜。

3、碳酸钾

碳酸钾是导电盐,能提高镀液导电率和分散能力。根据试验结果,K2CO3含量一般在40~60g/L为宜,含量太高会缩小镀层光亮区范围。

4、CuR-1添加剂

CuR-1添加剂主要作用是扩大允许阴极电流密度(DK)并提高整平性能。镀液未加CuR-1添加剂时,最大允许阴极电流密度为1.5A/dm2;加入CuR-1添加剂后最大允许阴极电流密度能扩大至3.0A/dm2。配槽时CuR-1添加量为20~30 ml/L。补充添加量可根据允许电流密度变化,利用赫尔槽试验确定。CuR-1添加剂的消耗量为100~150ml/KAH。

5、PH值

HP与Cu2+生成的络离子状态视镀液的PH值而定。根据试验结果,PH值要求控制在9~10之间为宜。PH值过低易产生置换镀层,而且分散能力变差;PH值过高,赫尔槽试片光亮区范围缩小,镀层色泽变暗。镀液调整PH值时,一般调高PH值用KOH,调低PH值可用HP络合剂(酸)。

6、温度

根据试验结果,镀液温度在30~50℃ 的范围内均能获得结合力良好的铜镀层。但镀液温度会影响镀层外观光泽性和分散能力。如温度控制在45~50℃时比控制在30℃时镀层光泽和分散能力均提高。但若温度过高(>50℃)则能源消耗大,槽液挥发量也大。故镀液温度应视具体要求而定,一般以不超过50℃为宜。

7、阴极电流密度(DK)~

根据试验结果,上述基本镀液配方在未加CuR-1添加剂时允许电流密度范围在1.0~1.5A/dm2。实际允许电流密度大小还决定于镀液的温度和阴极是否移动。一般在温度为45℃、采用阴极移动(15~25次/min)时,允许电流密度的上限可达1.5A/dm2;加入CuR-1添加剂时的镀液允许阴极电流密度上限可扩大至3.0 A /dm2。

8、阳极

阳极采用纯度高的轧制铜板较好。为尽量避免阳极泥污染镀液,影响电镀质量,阳极最好采用尼龙套包裹。镀液中HP/ Cu2+摩尔比降低或阳极面积较阴极面积比例过小均易使阳极钝化。一般阴极面积与阳极面积比例(SK :SA)要求控制在1:1.0 ~ 1.5。可根据电镀实际情况进行调整。

五、 镀液的维护和管理

HP镀铜新工艺的特点之一是能在钢铁件上直接电镀,获得结合力良好的铜镀层,无需预镀。这是其它无氰镀铜工艺不易做到的。但保证结合力良好是有条件的。要保证铜镀层与钢铁基体结合力良好,电镀时必须避免产生疏松的置换铜镀层和钢铁件表面处于钝态。为此,一定要注意做到:

(1)避免镀件前处理不良,避免表面油污未除净以及经盐酸活化后必须清洗干净,避免酸液残留镀件表面。

(2)镀液的PH值要保持在9~10之间。

(3)镀液中HP/Cu克分子比要在3~4 :1的范围内。

(4)电镀时特别要注意起始阴极电流密度(DS)不能太小,必须达到能使钢铁件表面处于活态。对于HP-Cu镀液来说一般DS≥1 A/dm2时就能保证良好的结合力。如电镀时DS太小,例如DS为0.2 A/dm2,则不能使钢铁件表面钝态转化为活态,获得铜镀层结合力就差。

为维护镀液的正常工作,使之少出故障,在管理中应注意做到:

(1) 定期分析镀液各主要组分,以便及时调整各项成分在正常工艺规范内;

(2) 定期过滤镀液,电镀过程中铜阳极会产生阳极泥,虽然阳极有护套,但

细小的“铜粉”仍然能进入镀液,因此,要定期过滤除去。

(3) 控制阴阳极面积比。生产过程中需要根据阴阳极面积及时调整成比例

的阳极面积。当阳极面积大大超过阴极面积时镀层表面会产生“毛刺”,使镀层质量下降;如阴极面积大大超过阳极面积,则阳极处于钝化状态,会引起阳极大量析氧破坏HP,并使镀液Cu2+含量降低,导致镀液成分比例失调。

(4)控制镀液的PH值。HP-Cu镀液的PH值一般很稳定,但是工作中的某些因素也会使PH值变化。电镀前一定要调整镀液的PH值,使其保持在正常范围。PH<9时可用KOH调高;PH>10时,可用HP络合剂(酸)调低。

(5)注意有害杂质的污染。杂质对HP镀液有很大的的影响。经试验,确定影响较严重的是:CN—、CrO42—、Pb2+ 和Fe2+。它们会使铜镀层变暗和变黑;Zn2+和Ni2+对镀层外观影响不大。如镀液一旦被有害杂质污染必须及时除去

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