硫酸鹽鍍銅光亮劑的改進(jìn)研究

陳少華，曹林峰

(安徽建筑工業(yè)學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，合肥安徽 230022)

硫酸鹽鍍銅光亮劑的改進(jìn)研究

陳少華，曹林峰

(安徽建筑工業(yè)學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，合肥安徽 230022)

酸性鍍銅溶液中添加現(xiàn)行硫酸鹽鍍銅光亮劑會(huì)導(dǎo)致低電流區(qū)域鍍層光亮度不足，通過調(diào)整光亮劑中SP用量和添加甲基紫來改善這一缺點(diǎn)。通過甲基紫與硫酸鹽鍍銅光亮劑的復(fù)配，研究鍍銅所得試片鍍層的效果，確定了甲基紫的最佳添加量，得到了一種適用于低酸高銅體系的硫酸鹽鍍銅光亮劑。

硫酸鹽鍍銅液;光亮劑;甲基紫

引 言

硫酸鹽鍍銅雖然具有成分簡單、成本低、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但電解液存在分散能力差、鍍層結(jié)晶粗糙、沒有光亮度等缺點(diǎn)。從20世紀(jì)30年代起國外對硫酸鹽鍍銅進(jìn)行了大量的添加劑研究工作，到70年代發(fā)達(dá)國家開發(fā)了很多新型的鍍銅光亮劑，使硫酸鹽鍍銅獲得高整平性能并且達(dá)到了鏡面光澤度的良好鍍銅層。我國也于1978年研制成功MN型酸性鍍銅光亮劑。近年來，關(guān)于酸銅光亮劑的研制及在實(shí)際使用中遇到的問題的研究已多有報(bào)道［1-5］，硫酸鹽鍍銅光亮劑和有機(jī)染料(主要是甲基紫)的復(fù)配可以改善硫酸鹽鍍銅光亮劑系列在中低電位光亮度和整平性差等現(xiàn)象［6］，但其中甲基紫的具體添加用量還需要試驗(yàn)研究。本研究目的就是通過甲基紫與硫酸鹽鍍銅光亮劑的復(fù)配，分析研究所得霍爾槽試片鍍層的效果，來確定試驗(yàn)條件下的甲基紫的最佳添加量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)所用電解液基本組成為180g/L硫酸銅、73g/L硫酸，采用267mL的霍爾槽進(jìn)行試驗(yàn)，通過研究添加不同量的硫酸鹽鍍銅光亮劑得到的霍爾槽試片，以確定最佳的光亮劑含量，試驗(yàn)中所用的試劑均為分析純，水均為去離子水。

1.2 硫酸鹽鍍銅光亮劑各組分的配制

1)M(2-巰基苯駢咪唑)溶液的配制

M是一種整平劑。稱取0.054 5g M，于50ml的燒杯中，加入約25ml去離子水，加熱至90℃時(shí)，加入少量NaOH，攪拌下，固體慢慢溶解。冷卻溶液至室溫，移入250mL容量瓶中定容備用。實(shí)驗(yàn)時(shí)每次用移液管移取1mL溶液，ρ(M)為0.872 mg/L。

2)N(乙撐硫脲)溶液的配制

N也是一種整平劑。稱取0.037 1g N，常溫下攪拌溶解，移入250mL容量瓶中定容備用。實(shí)驗(yàn)時(shí)每次取1mL 溶液，ρ(N)為0.594 mg/L。

3)SP(聚二硫二丙烷磺酸鈉)溶液的配制

稱取 0.115 8g SP，常溫下攪拌溶解，移入250mL容量瓶中定容備用。實(shí)驗(yàn)時(shí)每次取10mL溶液，ρ(SP)為18.53mg/L。

4)P聚乙二醇(M=20 000)溶液的配制

P是表面活性劑，主要作用是減少鍍層針孔和麻點(diǎn)。稱取0.456 7g P于50mL的燒杯中，加入25mL的去離子水，在常溫下攪拌溶解，移入250mL容量瓶中定容備用。實(shí)驗(yàn)時(shí)每次取10mL溶液，ρ(P)為 0.073 1g/L。

1.3 霍爾槽試片的前處理

霍爾槽試片為磷銅片。用粗砂紙和細(xì)砂紙將表面打磨光亮，再用丙酮除油，去離子水沖洗，入槽前用稀硫酸活化。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 硫酸鹽鍍銅光亮劑的霍爾槽試驗(yàn)

鍍液組成為:180g/L CuSO4·5H2O、40mL/L H2SO4、40mg/L Cl－。添加 ρ(M)為 0.872mg/L、ρ(N)為 0.594mg/L、ρ(SP)為 18.53mg/L、ρ(P)為0.073 1g/L，所得霍爾槽試片，結(jié)果見圖1。圖1中各試片試驗(yàn)條件分別為:1、攪拌，I=0.5A;2、不攪拌，I=0.5A;3、攪拌，I=2A;4、不攪拌，I=2A。t電鍍均為5min，θ槽液為22℃。

圖1 霍爾槽試片

由圖1可以得出以下結(jié)論:添加硫酸鹽鍍銅光亮劑鍍液的低電流密度區(qū)光亮性差。試片1與2，3與4表明，攪拌可以使低電流密度區(qū)的光亮度有所改善，并且能夠減小燒焦區(qū)域;試片1與3表明，在攪拌的條件下，增大電流可以改善低電流密度區(qū)的鍍層光亮度，并且能增大試片的光亮鍍層的范圍?？傊?，在上述組合光亮劑鍍液中霍爾槽試片能獲得光亮的鍍層，但是在低電流密度區(qū)的走位不良與高電流密度區(qū)易燒焦的問題還需要改進(jìn)。

2.2 調(diào)整硫酸鹽鍍銅光亮劑后的霍爾槽試驗(yàn)

文獻(xiàn)［3］分析硫酸鹽光亮鍍層易燒焦的主要原因有:光亮劑不足;鍍液溫度過低;硫酸銅含量偏低;電流密度過大等。本試驗(yàn)中，因?yàn)榱蛩徙~含量在工藝范圍內(nèi)，溫度也不太低。所以試驗(yàn)工作主要是通過適當(dāng)提高SP的用量和適當(dāng)降低電流來改善高電流密度區(qū)的鍍層燒焦問題，鍍液除了上述的基本組成外，還添加了 0.87mg/L M、0.594mg/L N、0.073 1g/L P。結(jié)果見圖2。

圖2 調(diào)整SP用量得到的霍爾槽試片

圖2中各試片在攪拌下 t電鍍?yōu)?5min，θ槽液為22℃，試片 1～6 分別添加了 ρ(SP)為 20.4、22.2、24.0、25.9、27.8 和27.8mg/L。1～5 采用2A 而6 為1A電流施鍍。

從所得的霍爾槽試片效果可以看出，ρ(SP)可以減少高電流密度區(qū)的燒焦區(qū)域，但是效果不太顯著，隨著ρ(SP)的逐漸增大，低電流密度區(qū)的光亮區(qū)域也開始減少。試片 5表明，當(dāng) ρ(SP)達(dá)到27.8mg/L時(shí)，燒焦區(qū)域消失，但ρ(SP)也不能太高，否則鍍層會(huì)發(fā)霧，圖中可見試片5的低電流密度區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了較大區(qū)域的半光亮鍍層。試片6表明，可以通過減小槽電流的方法來改善高電流區(qū)域的鍍層。試片6中高電流密度區(qū)域的燒焦現(xiàn)象已經(jīng)沒有，但是低電流密度區(qū)域的鍍層不夠光亮，同時(shí)中區(qū)的光亮度也比2A時(shí)的差，應(yīng)選用稍大一點(diǎn)的槽電流。

2.3 添加甲基紫的硫酸鹽鍍銅光亮劑的霍爾槽試驗(yàn)

根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)得到了，在上述的基礎(chǔ)鍍液中合適的硫酸鹽鍍銅光亮劑為:0.872mg/L M+0.594mg/L N+27.8mg/L SP+0.073 1g/L P，又進(jìn)行了添加甲基紫溶液的試驗(yàn)，結(jié)果見圖3。

圖3 添加不同量甲基紫的霍爾槽試片

圖3中試驗(yàn)均在攪拌下進(jìn)行，I=2A，電鍍時(shí)間為5min，槽液溫度為22℃，1～6試片甲基紫的用量分別為:1、5、10、15、20 及25mL。

由圖3可以看出，甲基紫加入鍍液后能顯著改善霍爾槽試片的低電流密度區(qū)域的光亮性，它是一種優(yōu)秀的低區(qū)走位劑，可以改善低區(qū)的光亮度。但當(dāng)用量過低、即小于10mL的時(shí)候，沒有明顯的作用。加入15mL便能夠很好地拓寬光亮區(qū)范圍，使整個(gè)試片鏡面光亮。但是，甲基紫加入量過大也會(huì)對鍍液產(chǎn)生負(fù)面影響，試片6表明，當(dāng)用量大于25mL的時(shí)候，會(huì)使低電流密度區(qū)發(fā)霧，出現(xiàn)半光亮鍍層，而且過量的染料可能會(huì)分解，從而污染鍍液。因此，試驗(yàn)表明，甲基紫的用量范圍應(yīng)該在10～20mL之間，結(jié)合經(jīng)濟(jì)和鍍層效果兩方面因素考慮，最佳用量選為15mL，換算成質(zhì)量濃度為0.06 mg/L。

3 結(jié)論

本文通過大量的霍爾槽試驗(yàn)，甲基紫和傳統(tǒng)MN體系硫酸鹽鍍銅光亮劑的復(fù)配，得到一種適用于低酸高銅體系的硫酸鹽鍍銅光亮劑。光亮劑的最佳組成為:ρ(M)為 0.872mg/L、ρ(N)為0.594mg/L、ρ(SP)為27.8mg/L、ρ(P)為 0.073 1 g/L、ρ(甲基紫)為0.06mg/L。

［1］張立倫.影響酸性電鍍銅用磷銅陽極質(zhì)量因素的探討［J］.電鍍與涂飾，2006，25(9):35-38.

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［4］袁詩璞.酸銅光亮劑的研制與應(yīng)用［J］.材料保護(hù)，2008，40(7):58-60.

［5］遲紅訓(xùn).酸性光亮鍍銅添加劑的作用及控制［J］.電鍍與環(huán)保，2005，25(2):41-42.

［6］馬幸平，馬忠信.酸性鍍銅光亮劑的發(fā)展［J］.電鍍與環(huán)保，2002，22(4):16-18.

Study on the Improvement of a Brightening Agent for Sulfate Copper Electroplating

CHEN Shao-hua，CAO Lin-feng
(College of Materialsand Chemical Engineering，Anhui University of Architecture，Hefei 230022，China)

The use of existing copper plating brightening agent in the sulfate copper plating solution with lower acid and higher copper concentrations the coating obtained will be less shining at the low current density regions.Adjusting quantity of the SP component in and adding methyl violet into the brightening agent simultaneously can improve the quality of the copper coating.Through experimental tests a compounded brightening agent of the existing copper plating brightening agent with methyl violet suitable for use in sulfate copper plating solution containing lower acid and higher copper can be obtained.

sulfate copper plating solution;brightening agent;methyl violet

TQ153.14

A

1001-3849(2010)12-0030-04

2010-06-11

2010-07-30