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关于焦磷酸钾-HEDP体系无氰仿金电镀工艺研究

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大C 0 484 2021-12-17
【摘要】在镀液基本组成为焦磷酸钾(260g/L)、焦磷酸铜(18g/L)、焦磷酸亚锡(2.0g/L),电镀工艺条件为电流0.15A,温度30℃,pH=9~10,电镀5min,和空气搅拌的条件下,利用正交实验探究羟基乙叉二膦酸(HEDP)、酸铜走位剂(AESS)和K2CO3对无氰仿金电镀镀层颜色的影响。对正交结果进行分析,最终得出HEDP、AESS、K2CO3的最优组合为:HEDP:15g/L,K2CO3:40g/L,AESS:24×10-3g/L。对以上组合所得到的镀层形貌、厚度、成分、相组成进行。该配方可获得Hull槽试片上全范围光亮的仿金镀层,且镀层表面平整,镀层厚度约为1.5μm。Sn在镀层中主要以Cu13.7Sn的形式存在,且为立方结构。
  • 将真金用于电镀成本高,因此仿金电镀便发展了起来,其既满足了人们对颜色的追求,又满足了对价格的要求。一般情况下仿金电镀是以合金电镀为主,但是由于合金电镀反应很复杂,不易控制,因此目前很多生产厂家依旧采用络合能力良好的氰化物来做仿金电镀络合剂。由于氰化物的巨毒性,且环保问题日益突出,多种无氰仿金电镀体系应运而生,很多研究人员在这些体系上进行改进,以望获得更优的镀层性能,使其在颜色上无限接近甚至达到真金电镀镀层的颜色,在性能上拥有良好的耐腐蚀性能、结合力和耐磨性等。

    在合金电镀中,铜锡合金镀层在性能(耐蚀性、防变色性、耐磨性等)上有一定的优异性,但时至今日,其作为仿金电镀仍存在许多不足之处。比如镀液稳定性差,镀层颜色难与真金镀层颜色相同,并存在工作范围窄,允许的电流密度低、维护管理困难等问题,所以目前铜锡合金作无氰仿金电镀并未在工业上广泛应用。车丽媛等研究出的无氰碱性低锡铜-锡合金电镀工艺具有镀液稳定、镀层性能好等优点,但颜色及性能上仍不及真金,存在着许多亟待解决的问题。黄灵飞所带的团队探讨了不同类型电镀添加剂对无氰Cu-Sn合金仿金电镀的影响。结果表明:有机胺类添加剂更适用于无氰Cu-Sn合金仿金电镀,其镀层光亮、平整,厚度分布均匀,耐腐蚀性能优良。

    电镀中同时利用两种及以上络合剂可以更好地控制金属离子析出的速度。孙博宇研究了一种以亚硫酸钠-HEDP为主配位剂的无氰脉冲电镀金-铜合金工艺,得出电镀工艺参数的影响规律并优选出了电镀工艺参数,所得镀层具有杂质少、孔隙率低、平整性好和无裂纹等优点。HEDP在高pH值情况下,仍很稳定,不易水解,因此,很多研究者将其用于电镀中。本文在前期研究的基础上,拟在焦磷酸钾电镀体系中加入HEDP,形成焦磷酸钾-HEDP体系无氰仿金镀液,以提高仿金镀液的性能,期望得到可工业化应用的无氰仿金电镀液。

    1实验材料及方法

    1.1材料

    将镀镍不锈钢作电镀基体,规格为100mm×70mm×0.3mm。石墨片做阳极。

    1.2试样制备

    预处理对电镀很重要,因此任何试样电镀前都要经一定步骤的预处理。由于本文所采用的基体为市售镀镍不锈钢,其表面光泽度较好,故省略抛光步骤。碱性除油(自制除油剂,60℃下浸泡5min)完成后直接用清水冲洗,然后吹干待用。根据前期的筛选实验,选择HEDP作辅助络合剂、K2CO3作导电盐,AESS作添加剂,并以它们作为正交因素设计三因素三水平正交实验,实验因素和水平见表1,实验分组见表2。在镀液基本组成为:焦磷酸钾(260g/L)、焦磷酸铜(18g/L)、焦磷酸亚锡(2.0g/L),电流为0.15A,温度30℃,pH=9~10,电镀5min,在空气搅拌的条件下进行正交实验,以最终获得金黄色镀层的长度作为正交结果判断标准。

     


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