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1 前 言
酸性硫酸鹽鍍銅工藝因為其溶液基本成分簡單,溶液穩(wěn)定,電流效率高[1],加入適當光亮劑就可以得到高光亮度、高整平性、高均鍍能力的鍍層,因而得到廣泛的應用。酸性鍍銅層的好壞,關鍵在于酸銅光亮劑的選擇與應用,因而十幾年來人們堅持不懈地對酸銅光亮劑的改進做了大量的工作[2～11]。20世紀70年代我國成功開發(fā)和推廣了以聚二硫二丙烷磺酸鈉(SP)、2-巰基苯并咪唑(M)、乙撐硫脲(N)等為主要組分的組合光亮劑,曾得到廣泛應用。但此類組合光亮劑在生產(chǎn)使用中,有較難控制、出光速度慢等不足。而國外已在酸銅光亮劑中引入了多種新組分[12～15],特別是引入性能優(yōu)異的的染料,使酸銅鍍液表現(xiàn)出優(yōu)良的綜合性能。近年來國外的酸銅光亮劑大舉進軍國內市場,迅速占有60%～70%的市場份額[16],特別是質量要求較高的產(chǎn)品,均優(yōu)先選用進口酸銅光亮劑。但國外產(chǎn)品價格較高,因此有必要開發(fā)出能與國外酸銅光亮劑性能相媲美的新一代酸銅光劑。我們經(jīng)過幾年的努力,已在某些重要方面取得了關鍵性的突破。本文將我們研究開發(fā)的KU-99酸銅光亮劑與目前在國內使用較多的兩種國外酸銅光亮劑(分別以A和T表示)的陰極極化曲線、鍍液的深鍍能力、均鍍能力、耐溫工作范圍等作了比較。
2 實驗部分
2.1 KU-99酸銅光亮劑的組成KU-99酸銅光亮劑主要成分為主光劑、整平劑和潤濕走位劑。主光劑主要由有機多硫化合物組成;整平劑主要由硫脲衍生物、含N和S的雜環(huán)化合物、有機染料組成;潤濕走位劑主要由聚醚、聚胺化合物、脂肪胺聚醚等組成。對以上幾種物質,經(jīng)過大量實驗篩選后確定KU-99酸銅光亮劑主要組份,通過優(yōu)化實驗確定了其最佳配方。
2.2 HullCell試驗試驗鍍液的基本組成:CuSO4·5H2O200g/LH2SO4(d=1.84)60g/LCl-60mg/LKU99-A0.5mL/LKU99-B0.5mL/LKU99-C5mL/L
2.3 電化學測試陰極極化曲線采用PRAC公司的電化學測試系統(tǒng)。Model-73恒電流/恒電位儀;Model-175通用訊號程序裝置;Model-179數(shù)字庫侖計;旋轉鉑電極專用的三室電解池,工作電極為圓盤鉑電極(面積為0.2cm2)輔助電極為飽和甘汞電極。測量中的電解液的組成與2.2所述相同,只是添加了KU-99、T和A三種不同光亮劑。
2.4 鍍液深鍍能力的測試用黃筒管內插法,將黃銅片插入 10mm×100mm的黃銅管,一端密封,黃銅管開口端垂直于陽極,離陽極距離為20mm,鍍后取出,測量黃銅片上鍍層的長度,即可得出黃銅管內鍍層的深度。測試液組成與2.2相同。
2.5 鍍液均鍍能力的測試采用HullCell試驗法,將經(jīng)過化學鍍鎳的試片放入HullCell中,用1A的電流電鍍60min,然后按要求測方格中心的鍍層厚度。測試液組成與2.2相同。
3 結果和討論
3.1 HullCell試驗KU-99在較寬的溫度范圍內(10～40℃),和較廣的電流密度范圍內(10～0.5A/dm2)均可得到高光亮的銅鍍層。當溫度達到45℃以上時,工作電流密度范圍略微變窄,低電流密度區(qū)鍍層光亮度下降明顯,但仍可以在較寬的電流密度范圍內得到光亮均勻的銅鍍層。HullCell電鍍銅后,直接鍍光亮鎳,將試片任意曲折直至斷裂,沒有發(fā)生鎳鍍層的剝離現(xiàn)象。因此KU-99酸銅光亮劑鍍銅后,不需經(jīng)除膜處理可直接鍍鎳。
3.2 陰極極化曲線圖1和圖2為按2.3節(jié)所述測量的不同體系的電位掃描極化曲線,可以看出KU-99酸銅光亮劑的極化曲線與進口光亮劑的極化曲線形狀相似,峰值電位相近。添加KU-99光亮劑的峰電流比添加A和T小,表明KU-99對銅的電沉積有更強的抑制作用,因而可以產(chǎn)生更大的陰極極化及極化度,這樣,對電沉積細顆結晶獲得厚度均勻鍍層是有好處的。
3.3 鍍液的深鍍能力試驗的結果如表1所示。由表1可見KU-99與進口光亮劑相比深鍍能力相當。HullCell試驗亦可反映出鍍液的深鍍能力。試片正面距近陽極端9cm處為全光亮,試片背面有鍍液處大部分鍍上光亮層,可見KU-99酸銅光亮劑的深鍍能力相當好。只要鍍液能夠進入,電流能達到的部位,均能夠鍍上平整、光亮的銅鍍層。因此,可以滿足復雜工件鍍銅的特殊質量要求。
3.4 鍍液均鍍能力的測試結果
將鍍后的HullCell試片分成八個區(qū)域,并分別測出1～8號方格中心部位的厚度。按下式計算均鍍能力:T=δiδ1×100%式中δi——2～8方格中任選方格的鍍層厚度;δi——1號方格中鍍層厚度;計算結果見表2。
結果表明,在一次電流密度分布相差20倍的情況下,區(qū)域8相對于區(qū)域1的均鍍能力分別為使用光亮劑T是10%,使用光亮劑A為11.3%,使用KU-99為8.8%。如以區(qū)域6的結果比較KU-99的均鍍能力與進口光亮劑達到同一水平。
4 結 論
1)KU-99酸銅光亮劑能在較寬的溫度范圍(10～40℃),在較寬廣的電流密度范圍內(10～0.5A/dm2)均可得到高光亮的銅鍍層。
2)KU-99酸銅光亮劑深鍍能力好,是一種分散能力和走位能力較好的光亮劑,可以應用于復雜零件的裝飾鍍工藝。
3)KU-99酸銅光亮劑鍍銅后,不需要除膜即可直接鍍鎳。可簡化生產(chǎn)工藝,提高成品率。
