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1、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：肖鑫目录摘要IAbstractII0 前言 . . .3 1 焦磷酸盐镀铜的机理探讨 . .4 2 实验材料与仪器 . .52.1 药品及材料. 52.2 仪器.53 实验研究部分 .5 3.1工艺流程53.1.1碱性脱脂53.1.2酸洗除锈53.1.3阴极电解脱脂63.1.4 超声波脱脂.6 3.1.5化学镀镍63.2 镀液性能检测.73.2.1 沉积速度的测定.73.2.2 结合力的测定.73.2.3 深度能力的测定73.2.4分散能力的测定73
2、.2.5阴极电流效率的测定84 实验结果与讨论.84.1 基础配方的确定84.2 主要功能成分的作用与影响94.2.1焦磷酸铜94.2.2焦磷酸钾94.2.3 PL 光亮剂104.2.4 PL 开缸剂114.2.5 氨水.114.3 工艺参数的影响.12 4.3.1P 比的影响124.3.2 pH 的影响.134.3.3 温度的影响.134.3.4 电流密度的影响.134.4 杂质离子的影响.144.4.1 C对镀液的影响154.4.2 Pb2+的影响154.4.3 Fe3+的影响154.4.4 CN-的影响164.5 性能检测.174.5.1沉积速度174.5.2 深镀能力.174.5.3
3、分散能力.184.5.4 阴极电流效率.184.6 镀液维护.185 结论 .20 参考文献.20 致谢.210 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1083C。 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
4、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
5、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
6、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，柠檬酸一一就是酸盐镀铜， 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 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
7、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， K Cu(P 0)分解 为：6 2 7 2K6Cu(PO) -6K+Cu(P0) 6-6 272 2 7 2接着，Cu(P 0 ) 6-络离子在阴极双电层区按下式分解：272Cu(PO) 6Cu(P0)2-+P0 42 72 2 7 2 7阳极反应：Cu-2eCu2+ (主反应)2OH-2eH 0+0 f (副反应)22阴极反应:对于Cu(P0)6-络离子来说，它在阴极上直接放电是比较困难的，因272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
8、是Cu(P0)2-络离27子 9 ：Cu(P0)2-+2eCu+P0 4-2 7 2 7这样的反应步骤之所以能成立是因为Cu(P0)2 一络离子的半径比27Cu(P 0 ) 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，272受荷负电的电极的排斥作用弱一些，而且从Cu(P0) 6 -络离子转化为272Cu(P0)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。27在阴极上起副反应的还有：Cu2+2eCu (副反应)2H+2eH f (副反应)22H20+2e-H2f+20H 一(副反应)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；P
9、L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）； HX500 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.
10、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f热水洗f流水洗f流水洗f酸洗除锈f流水洗f流水洗f电解 除油f流水洗f流水洗f流水洗f超声波除油f 热水洗f 流水洗f流水洗f 化学镀镍f水洗f纯水洗f纯水洗f焦磷酸盐镀铜f水洗f水洗f流水洗f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4060g/LOP-102mL/L温度5570C时间7 10min3.1.2 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
11、。用强酸或强碱去除金属表面大量氧化物的工序称为强浸蚀，也称为酸洗除锈。10%常温工艺规范：HC110%H2SO4温度3.1.3 阴极电解脱脂产生的氢气搅拌冲走，初生态的氢还有还原表面氧化膜而起到活化的作用， 有利于基体金属与原理：在阴极电解清洗中，工件作阴极，它上面残留的油污在 电解时被大量镀层具有良好的结合强度。工艺规范：251除油粉4060g/L温度5060C时间7 10min电流密度2 3A/dm23.1.4 超声波脱脂超声波脱脂在近年应用范围不断扩大。它利用超声波振荡时产生的机械能使 脱脂剂溶液产生数以万计的小气泡，这些小气泡在生长及破裂时会产生强大机械 力，使工件表面的油污从金属基体
12、上剥离。油污在浮力作用下浮出液面，达到脱 脂的目的。工艺规范： 151 除油粉4060g/L温度5060C时间7 10min3.1.5 化学镀镍作为基材打底用，增强镀层抗磨性能和耐高温性。工艺规范：硫酸镍20-30g/L次磷酸钠25-30g/L乳酸20mL/L柠檬酸钠10g/LpH4.65.2温度8592C3.2 镀液性能检测3.2.1 沉积速度的测定采用重量法测定，用分析天平准确称量试片施镀前、后重量,按公式V= (WW )X104/ (p S t)(m/h)10式中：W 施镀后的试片重量；W 施镀前的试片重量；p 镀层密度 10(7.8g/cm3)； S一为试样表面积(cm2)此实验中面积均为0.25dm2 ； T一为施镀 时间(h)。本实验电流均用0.25A。3.2.2 结合力的测定按照国标 GB293386 结合强度的测试方法。划痕法：用硬质刀片在试样表面纵横交错地各划 5 条线,将镀层划穿成 2mm 间距的方格,镀层划痕交错处无任何起皮或剥落 ,再进一步用刀片在划痕处挑撬 镀层,以挑撬后镀层不脱落为合格。3.2.3 深镀能力的
