酸性光亮电铸铜的工艺实践

2013-03-27蒋文中杨利东

电镀与精饰 2013年9期

蒋文中，杨利东

(河南江河机械有限责任公司，河南平顶山 467337)

引言

在结晶器铜管基体表面上进行修复性酸性光亮电铸铜。由于结晶器铜管是含低磷的银-铜或铬-铜合金，在它的基体上镀上几个毫米厚的铜镀层，将出现铜镀层结合力差、长铜瘤及外观粗糙等问题。并且镀后的铜镀层还需经过铣削、外抛等机加工过程。所以，必须解决铜镀层与结晶器铜管基体之间的结合力差和镀液稳定性问题。

经多次实验，在结晶器铜管基体上获得了符合产品技术质量要求的铸铜镀层。该铜镀层厚度达到几个毫米，外观呈光亮的紫红色，结合力良好能承受铣削、外抛等机加工过程。在实验过程中，需要严格控制镀液中各成分的含量和工艺条件参数，可以提高铸铜镀层结合力和镀液的稳定性。

1 工艺配方

酸性光亮电铸铜溶液组成和操作条件为:

硫酸铜 180～220g/L

硫酸 60～90 g/L

盐酸 50～90 mg/L

光亮剂A 4～6mL/L

光亮剂 B 0.3 ～0.6mL/L

θ 20～40℃

Jκ1.5 ～8.0A/dm2

Ja0.5 ～3.0A/dm2

U 2～10V

阳极 0.1% ～0.3%磷铜板

搅拌需要

连续过滤需要

电铸铜操作过程中，结晶器铜管需带电入槽和出槽。

2 镀液的配制

首先将纯净水注入预用槽(带刻度)中，加入计量的硫酸，θ为45℃时，加入计量的硫酸铜，充分搅拌至完全溶解为止。随后均匀地撒入2g/L活性炭(粉末)，搅拌1～2h，待溶液澄清后用过滤泵将镀液滤入清洁的电镀槽内。此时需测量镀液中的氯离子，根据氯离子的质量浓度进行微调。在充分搅拌条件下，慢慢加入计量的亮铜-3号光亮剂。搅拌均匀后，用低电流密度电解溶液数小时，同时分析溶液中各成分的含量，控制在工艺范围内，即可开始试镀。

3 镀液中各成分作用

1)硫酸铜。在镀铜溶液中，如果硫酸铜含量过低，镀层易出现条纹，粗糙，严重时会烧焦。如果硫酸铜含量过高，镀层粗糙。考虑到产品加工的特殊性，经实验，硫酸铜的质量浓度控制在180～220g/L为最佳。

2)硫酸。硫酸的主要作用是提高镀液的导电性和电流效率，防止铜盐水解，保证镀液的稳定。当硫酸含量过低，硫酸铜或硫酸亚铜易发生水解，水解产物使镀层疏松和光亮度下降。当硫酸含量过高，阳极易钝化，镀层光亮度下降。经实验，硫酸的质量浓度控制在60～90g/L较适宜，可改善镀液分散能力，使镀层结晶细致，进一步提高镀层的光泽性和整平性。

3)氯离子。在光亮硫酸盐镀铜液中必须有少量的氯离子才能得到全光亮镀层，经实验，氯离子质量浓度控制在50～90mg/L较适宜。氯离子含量过低，镀液整平性和镀层光亮性下降，易产生光亮树枝状条纹，严重时镀层粗糙甚至烧焦。氯离子含量过高时，镀层光亮度也会下降，光亮区变窄，因此工作中需经常检查镀液中氯离子的含量。因为氯离子可以与亚铜离子生成难溶于水的氯化亚铜，从而消除亚铜离子的影响。氯离子还可以消除光亮铜层的内应力，提高镀层的韧性。

4)添加剂。硫酸盐镀铜所用的添加剂种类很多，可以同时采用一种或几种配合使用，主要作用是稳定镀液，提高镀层的整平性和光亮性，提高阴极极化过程，使铜镀层的晶粒更为均匀、细致和紧密［1-4］。实验中只采用光亮剂A和光亮剂B，光亮剂A在低电位下起光亮作用，光亮剂B起整平和光亮作用。在含低磷的银铜或铬铜合金表面镀几个毫米厚的铜镀层，铜镀层还得经过铣削、外抛等机加工过程，这就必须控制添加剂的用量。经过一年的试生产，发现控制好添加剂的用量，即能提高镀层的结合力和光亮度，同时也稳定了镀液浓度。

4 工艺条件的影响

1)温度。硫酸盐镀铜操作温度范围较宽。经过不同温度条件下的实验结果，最后确定θ为30～40℃较适宜，镀后的铜镀层光亮性和整平性非常好，而且韧性也好。温度控制在其他区间内，虽然也能得到光亮性和整平性良好的铜镀层，但韧性不好，在机械加工时镀层容易剥离，严重影响产品质量。因此，将θ控制在30～40℃为佳。

2)阴极电流密度。电流密度与镀液的操作温度、硫酸铜质量浓度和搅拌强度均有关系。当温度较高时，阴极电流密度可以接近工艺参数的上限。同样，如果当硫酸铜质量浓度、搅拌强度较高时，阴极电流密度也可以接近工艺参数的上限［4］。但最大阴极电流密度不允许超过工艺规定的上限，如果电流密度过大，镀层结晶粗糙，会出现许多针孔，光亮性降低。

3)空气搅拌和连续过滤。实验结果表明，搅拌可以降低浓差极化，提高阴极电流密度，可有效防止镀层产生条纹，减少针孔和毛刺，使镀层更均匀，有助于镀液中亚铜离子氧化成铜离子，进而减少铜粉的产生。搅拌的同时进行循环过滤，可除去镀液中存在的微量铜粉、添加剂分解产物和悬浮的固体杂质等，有利于改善镀层质量、稳定镀液［4］。根据实际生产情况，只采用连续过滤，能得到满意的铜镀层。

4)阳极。在硫酸盐光亮镀铜工艺中使用磷铜阳极很重要。因工作场地处偏僻，采购专用的磷铜合金作阳极比较困难。开始，所用的阳极是自己铸造的，满足不了工艺要求，从而导致镀层产生毛刺、粗糙或积瘤等。为进一步提高产品质量，阳极材料专门选购，镀层的质量问题得到解决。

5 测试

1)结合力测定。实践中测定镀铜层结合力的方法比较简单，不需要借助先进仪器。首先，打磨结晶器铜管外表的铜镀层，判定铜镀层与结晶器铜管是否剥离。如果没有剥离，再将结晶器铜管进行快速锯切，观察铜镀层与结晶器铜管是否剥离。如果没有剥离，最后，将结晶器铜管进行快速铣削，同样观察铜镀层与结晶器铜管是否剥离。如果没有剥离，证明铜镀层与结晶器铜管的结合力良好。用上述方式可以判明铜镀层结合力。

2)镀液稳定性试验。镀液老化试验最可靠的方法是长时间的生产，从2010年9月配制的镀铜溶液，到2011年9月已经使用了一年时间，完成了数百只成品结晶器管实验品和产品的电镀，溶液仍继续使用，与初配时一样清澈。在日常工作中经常对溶液各成分进行化验分析，如果含量超出工艺范围，对溶液进行稀释，如果含量低于工艺范围，对溶液进行补加。总之，各成分质量浓度必须控制在工艺范围内。同时槽液需连续过滤，蒸发后的溶液要及时补加去离子水。

用上述工艺在长期施镀过程中，阳极正常损耗，几乎不产生阳极泥，且溶液清澈见底，镀层呈光亮的紫红色。