焦磷酸盐镀铜

毕 业 论 文 题 目： 焦磷酸盐镀铜工艺研究

学院： 化 学 化 工 学 院

专业： 应用化学 班级: 0701学号： 200706180117

学生姓名： 陈 小 威

导师姓名： 肖 鑫

完成日期： 2011年6月10日

2011届化学化工学院毕业论文

1 目录 摘要…………………………………………………..………………………………Ⅰ Abstract……………………………………………………………………………..Ⅱ 0前言…………………………………………………………………….………...….3 1焦磷酸盐镀铜的机理探讨……………………………………………………...…..4 2实验材料与仪器……………………………………………………………...……..5 2.1药品及材料…………………………………………………………………..….. 5 2.2仪器…………………………………………………….……………………....…5 3实验研究部分……………………………………………………………………….5 3.1工艺流程………………………………………………………………….………5 3.1.1碱性脱脂…………………………………………………………………….…5 3.1.2酸洗除锈……………………………………………………………….………5 3.1.3阴极电解脱脂………………………………………………………………….6 3.1.4 超声波脱脂………………………………………………………………..…..6 3.1.5化学镀镍……………………………………………………………………….6 3.2镀液性能检测………………………………………………………………...…..7 3.2.1沉积速度的测定………………………………………………………...……..7 3.2.2结合力的测定……………………………………………………………...…..7 3.2.3深度能力的测定…………………………………………………………….....7 3.2.4分散能力的测定……………………………………………………………….7 3.2.5阴极电流效率的测定………………………………………………………….8 4实验结果与讨论………………………………...…………………………………..8 4.1 基础配方的确定…………………………………………………………………8 4.2 主要功能成分的作用与影响……………………………………………………9 4.2.1焦磷酸铜……………………………………………………………………….9 4.2.2焦磷酸钾……………………………………………………………………….9 4.2.3 PL光亮剂…………………………………………………………………….10 4.2.4 PL开缸剂……………………………………………………………………..11 4.2.5 氨水………………………………………………………………………..…11 4.3工艺参数的影响………………………………………………………………...12 4.3.1 P比的影响……………………………………………………………………12 2011届化学化工学院毕业论文 2 4.3.2 pH的影响……………………………………………………………………..13 4.3.3 温度的影响…………………………………………………………………..13 4.3.4 电流密度的影响……………………………………………………………..13 4.4杂质离子的影响………………………………………………………………...14 4.4.1 Cr6+对镀液的影响……………………………………………………………15 4.4.2 Pb2+的影响…………………………………………………………………… 15 4.4.3 Fe3+的影响……………………………………………………………….……15 4.4.4 CN-的影响…………………………………………………………………….16 4.5 性能检测………………………………………………………………………..17 4.5.1 沉积速度…………………………………………….……………………….17 4.5.2 深镀能力……………………………………………………………………..17 4.5.3 分散能力……………………………………………………………………..18 4.5.4 阴极电流效率………………………………………………………………..18 4.6 镀液维护………………………………………………………………………..18 5结论………………………………………………………………………………..20参考文献……………………………………………………………………………..20 致谢…………………………………………………………………………………..21 2011届化学化工学院毕业论文

3 0前言 铜是玫瑰红色富有延展性的金属。原子量为63.54，比重8.9、熔点1083℃。一价铜的电化当量为2.372g/安培小时，二价铜的电化当量为1.186g/安培小时[1]。铜镀层由于具有良好的可塑性、结合性及易抛光性，广泛用于装饰性保护镀

层的底层，这样不但可以减少镀层孔隙，而且可以节约贵重金属的耗用量。另外，由于碳在铜中扩散渗透困难，在工业生产中为了防止局部渗碳往往也要采用镀铜工艺。因此，作为可以改变固体材料表面特性的镀铜工艺在工业上广泛采用。焦磷酸盐镀铜是采用焦磷酸铜作为主盐，加上络合剂及其它辅助络合剂、光亮剂等成分，通过控制pH值、电流密度、空气搅拌及温度等工艺条件得到结晶细致光亮镀层的一种工艺。由于镀液不含氰化物，电流效率高，抛光性好，不需要额外通风设备和吸风装置，因此非常适合于工业大批量生产。因此镀铜成为电镀工业中最重要的一种单金属镀层[2]。 铜镀层具有美丽的紫红色外观、柔软、孔隙少、韧性好、传热导电性强，常用作钢铁件多层镀铬的中间层和钢铁件镀锡、镀银和镀金的底层，以提高基体金属和表面镀层之间的结合力，也可用作锌、铝压铸件的底镀层 [3]。 目前镀铜主要有氰化物镀铜，焦磷酸盐镀铜、酸性光亮镀铜。 氰化物镀铜具有结晶细致，分散能力和覆盖能力好等特点，是良好的预镀铜层，可以在钢铁件、黄铜件、锌压铸件、焊锡件上直接电镀 [4]；但氰化镀铜液含有大量的有毒氰化物，不符合清洁生产要求。 酸性光亮镀铜光亮平整性非常好，具有高平整性，高电流密度等特点，但是其分散能力差，对很多复杂零件根本无法施镀[5]。 相对其他的镀种，焦磷酸盐镀铜具有成分简单，镀液稳定，电流密度高，电流效率高，深度能力强，均镀能力强，结晶细致，易获得较厚的镀层等优势，且镀液无镀[6]。易于维护，符合当前的环境需求。第一次投资大，工件人槽前需经过严格的前处理，钢铁基体上不能直接镀铜，而需预镀或经丙烯基硫脲浸铜后方可人槽镀铜。同时，焦磷酸盐镀铜的致命缺点是焦磷酸钾会水解成磷酸盐，随着磷酸盐的增加，电流密度下降，沉积速度降低。 镀铜工艺是研究最早的镀种之一，1810年发明了酸性镀铜法，1847年发明了焦磷酸盐镀铜，但是到1941年才真正的用于实际生产，1934年发明了氰化镀铜。开展无氰镀铜以来，还先后涌现了HEDP镀铜，柠檬酸——就是酸盐镀铜，三乙醇胺镀铜，乙二胺镀铜等，大多已被淘汰[7]。所以，无氰镀铜的工艺研究经2011届化学化工学院毕业论文 4 历了漫长的历程。焦磷酸盐镀铜工艺在国内应用于生产已有二十多年的历史，是国内电镀行业防护装饰性镀层工艺中常用的镀铜工艺之一[8]。但一直由于其镀液稳定性不如传统的氰化镀和酸性光亮铜，对杂质离子的兼容性不是很强，且成本相对较高，所以，一直得不到广泛的应用。但就其对环境的压力而言，因为其对环境造成的污染很小，废液容易处理，一直受到学者的大为支持。 ， 1焦磷酸盐镀铜的机理探讨

镀液中的离子状态。首先，K6[Cu(P207)2]分解为： K6[Cu(P207)2]→6K++[Cu(P207)2]6- 接着，[Cu(P207)2]6-络离子在阴极双电层区按下式分解： [Cu(P207)2]6-→[Cu(P207)]2-+P2O74-

阳极反应：Cu-2e→Cu2+（主反应） 2OH--2e→H2O+O2↑(副反应） 阴极反应:对于[Cu(P2O7)2]6-络离子来说，它在阴极上直接放电是比较困难的，因为它有较高的配位数和较多的负电荷数，估计在阴极上放电的是[Cu(P207)]2-络离子[9]： [Cu(P207)]2-+2e→Cu+P2O74- 这样的反应步骤之所以能成立是因为[Cu(P207)]2一络离子的半径比[Cu(P207)2]6一络离子小，配位数低，相应地在电极上放电所需要的活化能也较低，受荷负电的电极的排斥作用弱一些，而且从[Cu(P207)2]6一络离子转化为[Cu(P207)]2一络离子的速度不够快，这一步是提高阴极极化的主要因素之一[10]。在阴极上起副反应的还有： Cu2++2e—→Cu（副反应） 2H++2e—H2↑（副反应） 2H20+2e—H2↑+20H一（副反应） 2011届化学化工学院毕业论文

5 2实验材料与仪器

2.1 药品及材料 焦磷酸铜，电镀级；焦磷酸钾，电镀级；PL光亮剂（安美特化学有限公司），电镀级；PL开缸剂（安美特化学有限公司），电镀级；浓氨水；30%的双氧水；焦磷酸，分析纯；磷酸一氢钾，分析纯；铬酐，电镀级；三氯化铁，分析纯；氯化铅，分析纯；六水硫酸镍，电镀级；氰化钾，电镀级；黄铜片。

2.2仪器

哈林槽；方形槽；烧杯；温度计；玻璃棒；金顺怡整流器；澳森H-2型恒温水浴锅，(江苏常州仪器设备有限公司）；TG328B型读数分析天平，（湖南湘仪天平仪器厂）；HX—500型显微硬度仪，（中国上海仪器厂)；FE20pH计，（梅特勒-托利多仪器上海有限公司）；267mL霍尔槽（广州二轻研究所研制）；STP-10A/12V.S整流器，（金顺怡电器制造有限公司）；

3实验研究部分 3.1工艺流程 碱性脱脂→热水洗→流水洗→流水洗→酸洗除锈→流水洗→流水洗→电解除油→流水洗→流水洗→流水洗→超声波除油→ 热水洗→ 流水洗→流水洗→化学镀镍→水洗→纯水洗→纯水洗→焦磷酸盐镀铜→水洗→水洗→流水洗→后续工序 3.1.1碱性脱脂 因为工件大多带有油污，不除去将会影响镀层质量，引起镀层气泡，严重时引起镀层起皮，所以必须除去。 工艺规范：151除油粉 40～60g/L OP-10 2mL/L 温度 55～70℃ 时间 7～10min 3.1.2 酸洗除锈 金属制品长期与大气接触或经过热处理，其表面上就生成一层锈蚀产物或氧化皮，故需采用酸或碱去除。用强酸或强碱去除金属表面大量氧化物的工序称为