焦磷酸盐镀铜也是重要的无氰镀铜工艺。该工艺镀液分散能力和覆盖能力好,镀层结晶细致,阴极电流效率高,工艺范围较宽,易于控制。镀层沉积速度较高,适合于铁、锌等基弊镀厚铜层和塑料金属化电镀。电镀时,无剧毒或刺激性气体逸出,在国内外均获得较广泛;直用。但焦磷酸盐镀铜液浓度较高,配制时费用大;因镀液无活化能力,结合力不好,钢铁、锌合金等零件一般不能直接进行焦磷酸盐镀铜,需进行预镀、预浸等处理;长时间使溺,会造成正磷酸盐积累,沉积速度显著下降,而且废水难处理。
(1)焦磷酸盐镀铜的电极过程
焦磷酸盐镀铜液属于络合物电解液,镀液pH值控制在8~9之间。此时,铜离子主要 [Cu(P207)2]6一形式存在,因此阴极的主要反应为
(2)镀液组成及工艺条件
1)焦磷酸盐镀铜镀液组成及工艺条件
焦磷酸盐镀铜镀液组成及工艺条件
2)电解液成分及工艺条件的影响
①焦磷酸铜焦磷酸铜为溶液主盐,铜含量一般控制在20~25g/L,光亮镀铜,铜含量控制在27~35g/L。配制镀液时,可直接用焦磷酸铜,也可由硫酸铜与焦磷酸钠反应获得,即
1kg硫酸铜需与0.54kg焦磷酸钠或0.66kg焦磷酸钾反应,得到0.6kg焦磷酸铜沉淀,上层溶液接近无色。用倾泻法将上层溶液倒掉,并用清水洗涤沉淀数次。
增加镀液中铜盐含量,可提高允许电流密度,但为了提高阴极极化,必须相应提高焦磷酸钾含量。这样,溶液浓度提高,成本增大,带出损失大;铜含量过高,镀层粗糙呈暗红色,阳极溶解性差,并且易析出白色焦磷酸铜沉淀,导致pH值下降;铜含量太低,允许电流密
度小,镀层光亮整平性差,沉积速度慢,镀层易烧焦。
补充铜盐时,不能直接加硫酸铜,而应以焦磷酸铜钾形式加入,否则大量的硫酸根将使镀层变硬,易粗糙,槽液变浑浊。硫酸钾含量增加,低温时结晶析出。
②焦磷酸钾 焦磷酸钾是镀液主络合剂,因其溶解度大,能提高镀液中铜盐浓度,从而提高允许电流密度和电流效率;而且K+的电迁移率比Na+大,可提高电导率,改善镀液分散能力;同时镀液中,还必须保持一定量的游离焦磷酸钾,以防止焦磷酸铜沉淀,改善镀层质量,提高镀液分散能力,保证阳极正常溶解,一般控制P2074一:Cu2+=7.5~8最好。
③柠檬酸铵 柠檬酸盐是焦磷酸镀铜中的辅助络合剂,主要是起到阳极去极化剂作用,使阳极能正常溶解,但实践发现,该物质对阴极也有去极化作用,有不利影响。其用量在10~30g/L间的变化,最好控制在20~25g/L。含量低,分散能力降低,镀层易烧焦,阳极溶解不良,有铜粉产生,镀层失去光泽;含量过高,光亮镀铜中,易引起雾状镀层。铵离子含量过高,镀层呈暗红色。
④光亮剂 在焦磷酸盐镀铜溶液中,加入含巯基的化合物,可使镀层光亮,还具有一定整平作用。常用的有2一巯基苯并咪唑,用量为0.001~0.005g/L。生产中常加入Se02或亚硒酸盐作为辅助光亮剂,与2一巯基苯并咪唑配合使用,可增强光亮效果,降低因使用巯基化合物产生的内应力,用量一般为0.008~0.02g/L。
⑤pH值在焦磷酸盐镀铜中,pH值直接影响镀液稳定性及镀层质量。当pH值小于5.3时,镀液以[-Cu(HP207)2]4一存在,pH值为5.5~7时,以[Cu(HP207)(P207)]5一形式存在,pH值为7~10时,以[Cu(P207)2]6一存在。实际生产中,pH值应控制在8~9之间,最好在8.5~8.8之间。
pH值过低,零件深凹处发暗,镀层易起毛刺并产生黑色条纹,焦磷酸盐易水解为正磷酸盐,使阳极溶解不良(为了抑制水解,也有在溶液中加入少量磷酸氢二钠的);pH值过高,易生成铜的碱式盐夹杂于镀层中,造成结晶疏松,色泽暗红,光亮范围狭小,阴极电流效率降低,工作电流密度下降,镀液分散能力不良,阳极钝化。
⑥温度与电流密度 镀液温度应控制在40℃~50℃。温度过高,加速焦磷酸盐水解生成正磷酸盐,并加快氨的挥发,从而使溶液电导下降,光亮范围缩小,严重时出现条纹沉积层,溶液浑浊,阳极钝化;温度过低,允许电流密度小,镀层易烧焦。
⑦搅拌焦磷酸盐镀铜液黏度较大,而铜阴离子主要靠扩散向阴极移动,因此很容易出现浓差极化,使阴极电流密度范围变窄,镀层呈棕褐色。可采用阴极移动和空气搅拌方式,前者采用较多,一般15~20次/min,行程100mm。阴极移动的搅拌效果不如压缩空气搅拌好,但后者对溶液翻动大,阳极泡渣难免移向阴极而沉积其上,引起镀层粗糙,产生毛刺。因而使用压缩空气搅拌时,最好配以连续过滤装置。用于搅拌的空气,需经活性炭过滤方能使用,否则将污染镀液。
⑧铜阳极用于焦磷酸盐镀铜的阳极,最好是无氧铜。但无氧铜成本高,制备困难,可采用经过压延的电解铜板。单个阳极宽度不宜过大,阳极和阴极的面积比为2:1,应用阳极框;并装在涤纶布袋中。
⑨电源焦磷酸盐镀铜采用不同电源,所得镀层差异较大。采用单相全波、单相半波及间歇直流波形,得到镀层光亮细致。否则,镀层较粗糙发暗。可见,焦磷酸盐镀铜要求电流具有一定的波形。
⑩杂质对焦磷酸盐镀铜影响最大的是氰化物和有机杂质,其次Fe3+、Pb2+、Ni2+、Cl-等。镀液含有0.005g/L氰化钠,就足以使镀层粗糙。氰根可在50~60℃下,用30%双氧水1mL/L处理,搅拌1~2h,再以活性炭处理。有机杂质可同时除去。铁、铜、镍、氯等杂质主要影响镀层光亮性。少量存在时,镀层产生不均匀的雾状;含量高时,镀层色泽暗红,结晶粗糙。铅杂质可用电解除去,但很慢;三价铁及氯离子较难除去,少量铁杂质可用柠檬酸
铵掩蔽,铁超过l0g/L,镍含量超过5g/L,可用高电流电解;氯离子过多,可以稀释电解液。
因此,焦磷酸盐镀铜液中杂质去除比较困难,办法是采用纯度较高的原料,加强镀前清洗,用不含氯离子的水配制镀液,弱腐蚀不用盐酸而用硫酸,零件掉入镀液中应及时取出等。
正磷酸盐在一定程度上能起缓冲作用,并能促进阳极溶解。但过量的正磷酸盐将降低溶液导电率,缩小光亮范围。正磷酸盐不许超过75g/L。