工藝條件對(duì)電鍍鋅錫鎳鍍層的影響

周玉梅

（黑龍江省石化學(xué)校，黑龍江 哈爾濱 150001）

隨著印刷線路技術(shù)在電子工業(yè)中的應(yīng)用，電解銅箔在工業(yè)、國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)中的重要性越來越明顯[1]。電解銅箔的后處理方法很多，主要有在銅箔表面電鍍鋅及鋅鎳、鋅錫等鋅合金。銅箔鍍鋅的主要問題是銅與鍍層鋅易發(fā)生擴(kuò)散，從而導(dǎo)致鍍層表面的顏色變化[2]；電鍍鋅鎳合金與鍍鋅相比由于鎳的加入，可以阻止銅鋅的擴(kuò)散，克服了銅箔鍍鋅經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間貯存變色的問題，但該方法的最大不足是陰極電流效率較低，約為50%～80%，鍍層含鎳量較低，約為6%～9%[3]。電鍍鋅錫合金與鋅酸鹽體系鍍鋅相比，具有鍍液的分散能力好，鍍層細(xì)致，平整的優(yōu)點(diǎn)，但其不足之處是鍍層中鋅的含量受電流密度影響比較大，使用的電流密度范圍比較窄[4]。總之，電解銅箔上鍍鋅、鋅錫合金層，該銅箔在長(zhǎng)期貯存之后其耐酸性并不是令人滿意的。

目前，有人研究了在銅箔上電鍍鋅錫鎳三元合金，其中鎳既不從鋅鎳合金層擴(kuò)散到鋅錫合金層，也不擴(kuò)散到銅箔，鎳和銅的逆向擴(kuò)散更困難[5]。由于鎳控制著加熱時(shí)鋅和錫的經(jīng)過和源自鋅鎳層的擴(kuò)散，銅箔長(zhǎng)期貯存和使用過程中具有很好的穩(wěn)定性。因此，本文討論了工藝條件對(duì)電沉積鋅錫鎳合金鍍層的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及鍍液組成

基體采用18μm厚的電解銅箔，以純鋅板為陽極。鍍液組成為：焦磷酸鉀 270g·L-1，硫酸亞錫 10g·L-1，硫酸鋅 50g·L-1，硫酸鎳 35g·L-1，添加劑 0.6g·L-1，電沉積2min。實(shí)驗(yàn)中所用試劑均為分析純。

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 鍍層外觀檢測(cè) 由于工藝條件對(duì)鍍層的外觀影響較大，為考察其規(guī)律性，直接采用數(shù)碼相機(jī)照相，通過對(duì)不同條件下的相片對(duì)比，得出外觀變化規(guī)律。

1.2.2 鍍層成分檢測(cè) 采用日本HitachiS4700型帶能譜儀的掃描電子顯微鏡（FE-SEM）對(duì)鍍層進(jìn)行成分檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 電流密度對(duì)鍍層外觀質(zhì)量的影響

當(dāng)溫度為30℃、pH值為8時(shí)，研究了電流密度對(duì)鍍層外觀的影響，結(jié)果見表1。

表1 電流密度對(duì)鍍層外觀的影響Tab.1 Effect of current density on coating surface

由表1可以看出，隨著電流密度增大，鍍層灰色越來越重，說明鍍層中鋅的含量逐漸增加。這是由于隨著電流密度的增加，陰極電位變得更負(fù)，這有利于合金成分中電位較負(fù)的金屬鋅的沉積。因此，為保證合金中一定的鋅含量，應(yīng)控制電流密度在 0.8～1.0A·dm2。

2.2 溫度對(duì)鍍層質(zhì)量的影響

當(dāng)電流密度為1.0 A·dm-2、pH值為8時(shí)，研究了溫度對(duì)鍍層外觀的影響，結(jié)果見表2。

表2 溫度對(duì)鍍層外觀的影響Tab.2 Effectof temperature on coating surface

由表2可以看出，隨著溫度升高，鍍層的灰色越來越不明顯，說明鍍層中鋅的含量隨著溫度的升高而逐漸減少，鎳和錫的含量逐漸增加。這是因?yàn)殡S著溫度的增加，提高了金屬離子的擴(kuò)散和遷移的速度，即增加了金屬離子在擴(kuò)散層中的濃度，它有利于電位較正的金屬的電沉積。鋅的平衡電位比錫鎳的都要負(fù)，隨著溫度升高，更有利于錫鎳的沉積，從而增加了鍍層中錫鎳的含量。因此，為了保證鍍層中一定的鋅含量，溫度應(yīng)控制在30～40℃。

2.3 pH值對(duì)鍍層質(zhì)量的影響

當(dāng)電流密度為1.0A·dm2、溫度為30℃時(shí)，研究了pH值對(duì)鍍層外觀的影響，結(jié)果見表3。

表3 pH值對(duì)鍍層外觀的影響Tab.3 Effectof pH value on coating surface

從表3可以看出，pH值對(duì)鍍層的顏色影響不大，卻影響了鍍層的均勻性，這是因?yàn)閜H影響了鍍液的狀態(tài)。當(dāng)pH值小于8時(shí)，加速了焦磷酸根的水解，從而影響到焦磷酸根的絡(luò)合能力，使得鍍層均勻性變差。當(dāng)pH值過高時(shí)鍍液變得渾濁，也使鍍層的均勻性下降。因此，pH值取8～9較為適宜。

2.4 鍍層的成分測(cè)定

對(duì)在電流密度為1.0A·dm-2、溫度為30℃、pH值為8條件下得到的鍍層進(jìn)行了能譜測(cè)試，結(jié)果見圖1。

圖1 較佳工藝條件下鍍層的能譜測(cè)試結(jié)果Fig.1 Testing results of erergy spectrum under optimal conditions

由圖1可到合金鍍層中各金屬元素的含量，見如表4。

表4 合金鍍層中各元素含量Tab.4 Elements contentof alloy coating

能譜測(cè)試結(jié)果表明，鍍層中鋅含量34.00（wt）%，鎳含量為 11.08（wt）%，錫含量為 54.92（wt）%，元素組成比較合理，能夠滿足電解銅箔的后處理要求。

3 結(jié)論

通過以上研究，確定了電解銅箔上電鍍鋅錫鎳三元合金的工藝條件為：電流密度0.8～1.0A·dm-2、溫度30～40℃、pH值8～9。在該工藝條件下得到的合金鍍層中鋅占 34.00（wt）%，鎳占 11.08（wt）%，錫占54.92（wt）%，滿足電解銅箔的后處理要求。

[1] 王平,袁智斌.我國(guó)電解銅箔未來發(fā)展方向的思考[J].銅業(yè)工程，2009,（2）:24-26.

[2] 冷大光，胡京江，郭宗訓(xùn),等.電解銅箔鍍鋅工藝的研究[J].金屬學(xué)報(bào)，1998，34（11）：1227-1229.

[3] Hwa Yong Lee,Sung Gyu Kim.Characteristics of Ni Deposition in an Alkaline Bath for Zn-Ni Alloy Deposition on Steel Plates[J].Surfaceand Coatings，2000,（135）:69-74.

[4] 王玲，孫宇宏.電鍍錫鋅合金工藝[J].金屬學(xué)報(bào)，1996，（29）：11-14.

[5] 李青.合金鍍層開發(fā)及用途的擴(kuò)展[J].電鍍與環(huán)保，1996，16（3）：9-11.