朱飞，郑健，彭朝华*，李爱玲，周立鹏，胡跃明

（中国原子能科学研究院核物理研究所，北京 102413）

【工艺开发】

用于超导谐振腔的铅-锡合金电镀工艺

朱飞，郑健，彭朝华*，李爱玲，周立鹏，胡跃明

（中国原子能科学研究院核物理研究所，北京 102413）

通过赫尔槽试验研究了镀液中主盐、甲基磺酸、OP-10的质量浓度以及电流密度对紫铜上电镀Pb-Sn合金的影响，得到最佳配方和工艺条件为：甲基磺酸铅48 ～ 96 g/L，甲基磺酸锡6.5 ～ 13.0 g/L，甲基磺酸50 ～ 200 g/L，OP-10 5 g/L，对苯二酚1 g/L，电流密度0.135 ～ 3.077 A/dm2。在最优工艺条件下所得Pb-Sn合金镀层光亮、致密，晶粒大小均匀，机械稳定性良好，在7.2 K低温下的电阻接近零，呈超导态，满足超导谐振腔的性能要求。

超导谐振腔；电镀；铅-锡合金；甲基磺酸盐；赫尔槽试验；机械稳定性

Abstract:The effects of mass concentrations of main salts, methanesulfonic acid and OP-10 as well as current density on Pb-Sn alloy electroplating were studied by Hull cell test.The optimal bath composition and process conditions were obtained as follows: lead methanesulfonate 48-96 g/L, tin methanesulfonate 6.5-13.0 g/L, methanesulfonic acid 50-200 g/L,OP-10 5 g/L, hydroquinone 1 g/L, and current density 0.135-3.077 A/dm2.The Pb-Sn alloy coating obtained under the optimal conditions is bright and compact, featuring uniform grain size and good mechanical stability.The alloy coating is in superconducting state with a resistance close to zero at a temperature of 7.2 K, meeting the performance requirements of superconducting resonator.

Keywords:superconducting resonator; electroplating; lead-tin alloy; methanesulfonate; Hull cell test; mechanical stability

First-author’s address:Department of Nuclear Physics, China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China

中国原子能科学研究院从美国纽约州立大学石溪分校(Stony Brook University)引进了重离子超导直线加速器(SBU-LINAC)，其核心部件超导谐振腔采用无氧铜铸造，表面电镀铅锡合金，在4.2 K低温及150.4 MHz射频场的环境中工作。该加速器在引进前已经停止运行多年，长期暴露在大气环境中，腔体表面镀层已经氧化而失去超导性能，必须重新电镀才能满足应用要求。铅锡合金镀液按配位剂分主要有氨基磺酸盐体系、氟硼酸盐体系、酚磺酸盐体系、柠檬酸盐体系等[1]。前 3种镀液中含有氨、氟、酚等有害物质，对电镀工作者的身体健康和环境有很大危害，废液不易处理。柠檬酸盐体系镀液则成分复杂，稳定性差。甲基磺酸盐体系镀液具有性能稳定，毒性低，镀液温度范围宽(18 ～ 35 °C)等优点，近年来发展迅速，被广泛应用于印制线路板、电子元件、线材和带材等镀铅锡合金[2-5]。……