全光亮酸性鍍銅

    全光亮酸性鍍銅鍍液，是在硫酸鹽鍍銅鍍液的基礎(chǔ)成分中加入有機組合的光亮劑和添加劑。所鍍得的鍍層光亮、柔軟、孔隙率低、鍍液的整平性好，但還存在著操作溫度不能高于40℃、形狀復(fù)雜的零件在低電流密度區(qū)光亮較差，槽液維護比較復(fù)雜等不足之處，因此，近幾年來國內(nèi)許多研究單位和工廠針對這些不足作進一步研究，以期開發(fā)出更高水平的新型組合光亮劑(具有全光亮酸性鍍銅工藝的操作溫度在40℃以上時穩(wěn)定性能優(yōu)越、光亮電流密度范圍寬、光亮劑用量少、維護操作方便、鍍后不需除膜等優(yōu)良性能)。

    (一)全光亮酸性鍍銅光亮劑

    酸銅光亮劑有二大系列：一類是非染料體系(如傳統(tǒng)非染料體系由M、N、SP、P組成)，另一類是染料體系(如日本進口的210)，現(xiàn)就非染料體系的組成、性能作簡要的介紹。

1．  含巰基的雜環(huán)化合物或硫脲衍生物

通式為：R—SH

    這一類化合物，既是光亮劑又是整平劑。市售有代表性的有：乙撐硫脲(N)，乙基硫脲，甲基咪唑啉硫酮，2-四氫噻唑硫酮，2-巰基苯駢噻唑，2-巰基苯駢咪唑(M)……

    2．聚二硫化合物

    通式為：  R₁—S—S—R₂

式中R₁為芳香烴(苯基)、烷烴、烷基磺酸鹽或雜環(huán)化合物；R₂為烷基磺酸鹽或雜環(huán)化合物。

    這一類化合物是良好的光亮劑。市售有代表性的有：聚二硫二丙烷磺酸鈉(SP)，苯基聚二硫丙烷磺酸鈉……

2．  聚醚化合物   

通式為：  (-CH₂-CH₂0-)。

    這類光亮劑實質(zhì)為表面活性劑，采用的是非離子型和陰離子型。這類表面活性劑除了它的潤濕作用可以消除鍍銅層產(chǎn)生針孔和麻砂現(xiàn)象外，還可以提高陰極極化作用，使鍍銅層的晶粒更為均勻、細(xì)致和緊密，并且還有增大光亮范圍的效果。其不足之處是，因為在陰極上產(chǎn)生一層肉眼看不見的憎水膜，所以鍍銅后必須在除膜溶液中除膜，然后方可進行鍍鎳，以保證鍍層的結(jié)合力。市售有代表性的有：聚乙二醇(分子量為6000)，OP₁₀或OP₂₁，乳化劑，AE0乳化劑……

    上述各類光亮劑必須組合使用。搭配恰當(dāng)，才能鍍出鏡面光亮、整平性能和韌性良好的鍍銅層。這可能是由于硫酸鹽鍍銅鍍液的總的吸附效果主要依賴于它們的共同作用。

    在市場上，有很多全光亮酸性鍍銅光亮劑商品，大多是染料型的，選用幾個廠商的產(chǎn)品，如表3—3—7、表3—3—8和表3—3—9所列。

    (二)工藝規(guī)范(見表3—3—7、表3—3—8和表3—3—9)

表3—3—7全光亮酸性鍍銅工藝規(guī)范(掛鍍)(一)

表3—3—8  全光亮酸性鍍銅工藝規(guī)范摘選(掛鍍)(二)

表3—3—9  全光亮酸性鍍銅工藝規(guī)范(掛、滾鍍)(三)

除膜工藝：

(1)電解除膜法(陽極電解)：

氫氧化鈉20g／L碳酸鈉(或磷酸三鈉)20g／L

陽極電流密度3A／dm²～5A／dm²溫度30℃～50℃，時間5s～15s

  (2)化學(xué)除膜法：

  氫氧化鈉30g／L～50g／L 十二烷基硫酸鈉2g／L～4g／L

溫度40℃～60℃，時間5s～15s

  鍍件除膜后，必須經(jīng)清洗中和(硫酸中和)后再鍍光亮鎳，如鍍亮銅后直接鍍鉻可以不必除膜。

(三)鍍液配制方法

    先將計算量的硫酸銅溶解在配制體積2／3的溫水中，當(dāng)硫酸銅完全溶解和冷卻后，在不斷攪拌下慢慢地加入硫酸(加入硫酸時為放熱反應(yīng))，靜止鍍液并進行過濾，再加入規(guī)定的添加劑后，試鍍合格后即可生產(chǎn)。

(四)鍍液成分和工藝規(guī)范的影響(以非染料體系為例)

1．硫酸銅

根據(jù)生產(chǎn)條件和不同的要求，硫酸銅含量可采用150g／L～220g/L范圍內(nèi)。銅含量低，允許工作電流密度低，陰極電流效率低。硫酸銅含量的提高受到其溶解度的限制，并且鍍液中隨硫酸含量的增高而硫酸銅的溶解度相應(yīng)的降低。所以硫酸銅含量必須低于其溶解度才能防止硫酸銅析出。

2．硫酸

    硫酸在鍍液中能顯著降低鍍液電阻，能防止硫酸銅水解沉淀。硫酸含量低時鍍層粗糙，陽極鈍化，增加硫酸含量，能提高均鍍能力，但有些光亮劑易于分解。

    3．光亮劑

    酸性光亮鍍銅的添加劑由三個部分組成：光亮劑載體、主光亮劑、整平劑。

(1)光亮劑載體。常采用的為聚乙二醇或0P乳化劑。這些表面活性劑在電極表面上的吸附比其他添加劑都要強。單獨添加這類表面活性劑并不獲得光亮鍍層，必須與其他添加劑配合使用。

(2)主光亮劑。這類光亮劑的結(jié)構(gòu)通式為：

R-(S)m-(CH₂)_nS0₃A

式中m=2,n=3～4效果最好；A=H或K、Nap  

    聚二硫二丙烷磺酸鈉(SP)，NN-二甲基硫代氨基甲酰基丙烷磺酸鈉(TPS)屬于這一類光亮劑。這類光亮劑單獨添加即有光亮作用，如與光亮劑載體配用則會得到更為光亮的光亮區(qū)。

    (3)整平劑。其作用是改善鍍液的整平性能，并且能改善低電流密度區(qū)的光亮度和整平性，分子結(jié)構(gòu)上差異很大的化合物都可用作整平劑，多數(shù)為雜環(huán)化合物、染料等。整平劑的含量范圍比較窄，有時操作溫度不同，其最佳含量范圍也不同。含量太低，光亮度和整平性不好，含量太高則容易產(chǎn)生條紋、麻點。

    4．氯離子

    氯離子是酸性光亮鍍銅中不可缺少的一種無機陰離子。沒有氯離子便不能獲得理想的光亮銅層，但含量過高產(chǎn)生麻點，并影響光亮度和整平性。氯離子其控制為20mg／L～80mg／L。

    5．溫度

    操作溫度通常在20℃～40℃之間，如果鍍液溫度過低，不但允許工作電流密度低，而且硫酸銅容易結(jié)晶析出，提高鍍液溫度，能增加鍍液導(dǎo)電度，但會使鍍層結(jié)晶粗糙。整平性下降。

     6．電流密度

    電流密度能否提高，取決于鍍液成分和其他條件。提高鍍液溫度、增加攪拌、鍍液濃度高等，都能提高允許工作電流密度。電流密度低鍍件深凹處不亮，沉積速度慢。

    7．?dāng)嚢?SPAN lang=EN-US>

用陰極移動或壓縮空氣等方式攪拌鍍液，可以增大允許工作電流密度，以加快沉積速度。當(dāng)采用攪拌時還應(yīng)配備良好的過濾設(shè)備。在添加十二烷基硫酸鈉鍍液中，不宜采用空氣攪拌。    

8．陽極

    電解銅極在硫酸鹽鍍銅鍍液中往往會產(chǎn)生銅粉，導(dǎo)致鍍層產(chǎn)生毛刺、粗糙。若采用含有少量磷(0．030％～0．075％)的銅陽極可以減少銅粉。如果銅陽極含磷量過高，便會產(chǎn)生一層較厚的膜，陽極不易溶解，導(dǎo)致鍍液中銅含量下降。

    陽極與陰極面積的比例一般為(1～2)：1，在硫酸含量正常和無雜質(zhì)干擾的情況下，陽極不會鈍化，鍍液中銅含量能基本保持平衡。為了防止銅陽極中的不溶性雜質(zhì)落入鍍液內(nèi)而影響鍍銅層質(zhì)量，必須用陽極保護框或陽極袋(二層以上滌綸布)。

    9．雜質(zhì)的影響

    一般說來，硫酸鹽鍍銅鍍液中，金屬雜質(zhì)含量允許比其他電鍍鍍液高一些，這是因為銅的電極電位較正，而在強酸性溶液中，如鎳、鋅、鐵之類金屬雜質(zhì)不致于造成共沉積的條件，因此影響小一些。但砷和銻雜質(zhì)會使鍍層粗糙變脆，某些有機雜質(zhì)也會影響鍍層發(fā)脆。

    10．光亮劑

    光亮劑的添加可用霍耳槽控制或憑經(jīng)驗添加，應(yīng)該勤加少加。光亮劑的消耗量與鍍液中固體顆粒的污染程度、溫度、陽極、鍍液的維護以及是否采用空氣攪拌都有關(guān)系。如果控制維護得好，消耗量低。如果單靠補加光亮劑來提高亮度的辦法，不僅浪費光亮劑，而且使分解產(chǎn)物很快積累起來，效果并不好。

(五)鍍液的凈化處理

1．日常凈化

    硫酸鹽鍍銅鍍液不可能不產(chǎn)生一價銅，如果采用空氣攪拌則可以使產(chǎn)生的一價銅氧化成二價銅。如不采用空氣攪拌則必須每個班次在鍍液中添加30％的雙氧水0．1 mL／L～0．2mL／L(用蒸餾水稀釋后再加入)，以將一價銅氧化成二價銅。采用這個方法處理一價銅時，鍍液中的硫酸濃度會逐漸下降，應(yīng)及時分析補加。一價銅氧化成Cu²⁺的反應(yīng)如下：

    2．定期凈化處理   

    鍍液經(jīng)過較長時間使用后就應(yīng)該進行定期凈化處理。其方法為：將鍍液加熱至70％，在攪拌下加入 1mL／L～2mlML的30％雙氧水，充分?jǐn)嚢?SPAN lang=EN-US>1h，再慢慢加入3g／L～5g／L的粉末狀活性炭，繼續(xù)攪拌0．5h，靜置，待鍍液澄清后過濾。取鍍液進行化學(xué)分析和霍耳槽試驗，根據(jù)其結(jié)果調(diào)整成分并補加所需量的光亮劑，試鍍正常方可生產(chǎn)。

    (六)常見故障及糾正方法(見表3—3—10和表3—3—11)

表3—3—10  普通硫酸鹽鍍銅常見故障及糾正方法

表3—3—11  光亮鍍銅(以配方1為例)常見故障及糾正方法