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焦磷酸盐直接镀铜的改进

放大字体  缩小字体发布日期:2013-01-22  浏览次数:630
核心提示:推广使用焦磷酸盐镀铜作为代替氰化镀铜的预镀,主要问题是结合力的合格的问题。

1、无氰电镀的历史回顾

早在60年代,由于氰化物剧毒,政府号召革除氰化物电镀,由于当时电镀厂都是公有和集体所有,纷纷开展过无氰电镀,种类繁多,并取得不少成绩,其中以焦磷酸盐镀铜为多。现在,环保形势刻不容缓,在清洁生产的限期整改下,有必要回顾过去已经做出的无氰电镀的成果。推广使用焦磷酸盐镀铜作为代替氰化镀铜的预镀,主要问题是结合力的合格的问题。为什么焦磷酸盐镀铜的结合力不好,以为这是他的本性,没有进行理论的推敲。氰化镀铜也有结合力不好,出现起泡的现象。众所周知,这是由于游离氰化钠含量过低所致。人们知道加入适量的游离氰化钠,提高其含量后,电流密度可以提高,随之电流效率下降,大量的氢气泡产生,此时铜层折出的结合力立即恢复正常,这是为人们无数次的实践所证明。那么焦磷酸盐镀铜的铜层结合力不好,是否也有其同样的规律,值得探讨。

2 .电位活化理论

2 .1“电位活化”现象最初由郑州轻工业学院冯绍彬等教授提出,对我们很具有指导意义,对镀层结合强度方面存在的问题,“电位活化”概念给出了理论解释。

2 .2电镀层结合强度差的原因是由沉积初始过程中,镀层/基本界面氧化层的存在。保证电镀层与金属基体良好结合,其前提是实现电位活化的条件,即电镀液中金属离子的还原电位必须负于基体金属表面氧化层的活化电位。

2 .3金属的沉积过程“电位活化”在电沉积的初始过程中,存在着基体表面由钝态向活化状态的转化,即电位活化。当金属离子从溶液中折出时,电位负于基体表面的活化电位时,电镀过程将自己完成基体表面的活化,随后极化至金属离子的折出电位,使镀层沉积在活化的基体表面,形成相互间具有良好结合强度的镀层。

2 .4表面活化电位φ活的变化

不同的前处理过程可以改变表面层的性质和结构,改变基体的表面活化电位(φ活)

2.5金属离子的析出电位φ析

不同的电解液成分和电沉积规范,可以改变金属离子的析出电位(φ析),因此,可以改变电解液成分和电沉积规范,降低φ析,使其负于φ活的各种途径解决电镀层的结合力强度问题。

3、起始电流密度对焦磷酸盐铜镀层结合强度的影响

3.1焦磷酸盐镀铜体系中起始电流密度对结合强度的影响 起始电流密度大于2A/dm2时,结合情况均为良好,表明铜层是在活化了的基体表面上折出。

3.2铁基体上焦磷酸盐镀铜电流对电位的影响

铁基体上焦磷酸盐镀铜电流对电位的影响:当电流密度≥2.0A/ dm2时,在1.2~1.25V处出现电位活化,φ析均负于φ活。显示出电镀初始过程中,随铜折出电位变化对铁表面活化的影响和临界电流密度的存在。

4.焦磷酸盐直接镀铜工艺的改进。

4.1焦磷酸盐直接镀铜结合不好,也具有同样的规律,当基体从前处理过的酸槽中取出后,总以为表面已经酸洗活化过,不复存在氧化膜的可能,殊不知,我们处于大气氧的笼罩之下,即使经过严格的酸洗后,表面仍然存在氧化膜,如果不克服这层氧化膜的阻隔,而将铜层镀在有氧化膜隔阂的铁基体上,结合力就合不好。

4.2克服氧化膜使基体活化,如果克服氧化膜,使基体活化;问题是在析出铜之前,必须要有足够的电位,使基体表面电位活化,也即有足够的电流克服表面存在的氧化膜,从而使铜层真正析出在铁的基体上,故而保证结合力良好。

这是从理论上存在如下关系

金属初始施加电位<金属活化电位+金属折出电位

4 .3氧化膜的还原过程

金属活化电位决定于紧靠基体表面含氧层的还原过程,即基体表面由钝化向活化态的转化。我们施加足够的活化电位,预先克服氧化膜的阻阂。

4 .4金属折出电位

决定于镀液的成分和工艺规范(如pH值、温度、电流密度)当金属离子从溶液中析出电位负于基体,表面活化电位,电极过程首先完成基体表面的活化,镀铜层沉积在活化表面上,结合力就好。我们要选择有足够的络合剂即焦磷酸钾和辅助络合剂——柠檬酸铵,降低金属铜的含量,即降低焦磷酸铜含量,进一步增强阴极的极化。

4 .5临界起始电流密度

经过工艺调整,包括加入辅助络合剂,增强阴极极化,起始1~2分钟冲击电流密度2A/dm2,再进行阴极工作,电流密度0.5~1.0A/ dm2。

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