電鍍金屬及其合金5

1、3.電鍍銅及銅合金3.1 電鍍銅銅為粉紅色副延展性、柔軟可塑的的金屬，相對原子質(zhì)量63.54，密度8.93g/cm3。一價銅的電話當量為2.372(Ah)，二價銅的電話當量為1.186(Ah)。銅易溶于硝酸、鉻酸和熱的濃硫酸，遇堿易被侵蝕。具有良好的導電性能和導熱性能。銅在空氣中會被氧化而失去光澤，在潮濕空氣中與二氧化碳作用生成堿式碳酸銅（即銅綠）。銅鍍層一般用作鋼鐵件、銅合金件、鋅壓鑄件和塑料制品的防護裝飾電鍍的中間鍍層。此外，銅鍍層也用于局部防止?jié)B碳，增加導電性能和潤滑性能，電鑄以及印刷電路板孔金屬化等。由于銅的電勢比鐵和鋅的電勢正，所以在鐵和鋅上面的銅鍍層屬陰極性鍍層。在大氣環(huán)境下，如果

2、銅鍍層受損傷或因其表面上有空隙，裸露的基體金屬便成為陽極而很快被腐蝕。因此，銅鍍層只能依靠其機械保護作用，而不起電化學保護作用。鍍銅溶液的種類雖然很多，但在生產(chǎn)中常用的主要為氰化物、酸性硫酸鹽和焦磷酸鹽等三種鍍液。13.1 電鍍銅3.1.1 氰化物鍍銅氰化物鍍銅溶液由銅氰化鈉（鉀）和游離氰化鈉（鉀）組成，可以直接在鋼鐵件和鋅壓鑄件表面上鍍銅而不發(fā)生置換反應。鍍液具有優(yōu)良的分散能力和覆蓋能力。銅鍍層結(jié)晶細致，用作中間鍍層時，可以在基體金屬表面覆蓋一層結(jié)合力良好的銅鍍層，還能夠改善后面鍍層的覆蓋能力。鍍液中的氰化鈉對鍍件還有去油和火花作用，既能解決有時因前處理去油不夠徹底的缺陷，又可以增強銅鍍層與

3、基體金屬的結(jié)合力。氰化物劇毒，對人體有害且污染環(huán)境，生產(chǎn)時必須制定嚴格的安全技術制度并設置槽邊排風設備和廢水、廢氣治理設備。1.鍍液中各成分的作用（1）氰化亞銅 是鍍液中供給銅離子的主鹽、不溶于水，溶于氰化鈉中生成絡合物銅氰化鈉。在鍍液中同時存在Cu(CN)2-、 Cu(CN)32-和Cu(CN)43-三種銅氰絡離子。但一般因游離氰化物含量不會很高，所以主要以Cu(CN)32-形式存在。（2）游離氰化鈉 可以使鍍液穩(wěn)定和增大陰極極化作用使銅鍍層細致，改善鍍液的分散能力和覆蓋能力，促進陽極溶解。23.1 電鍍銅（3）氫氧化鈉和碳酸鈉 氫氧化鈉可以提高鍍液的導電性能，改善分散能力，促進陽極溶解。碳

4、酸鈉可以提高鍍液的導電性能，并用于作緩沖劑使pH值易于控制，起到穩(wěn)定鍍液的作用，還可以減輕陽極鈍化。（4）酒石酸鉀鈉 在鍍液中作為輔助絡合劑。（5）硫氰酸鉀 可以促進陽極溶解，因此也是陽極去極化劑。（6）硫酸錳 與酒石酸鉀鈉和硫氰酸鉀聯(lián)合使用并配以周期換向電源可以鍍?nèi)」饬零~鍍層。（7）陽極 氰化物鍍銅應使用經(jīng)過壓延的高純度電解銅作為陽極。2 操作條件的影響（1）溫度 溫度高時可以提高陰極電流效率，但降低陰極極化和引起氰化鈉分解，從而生成碳酸鈉和氨。為了縮短電鍍時間，一般采用50 -65 ；預鍍?yōu)?0 -40 。（2）電流密度 提高陰極或陽極的電流密度都會降低陰極或陽極的電流效率。為了加速電鍍時

5、間，提高陰極電流密度的同時必須提高鍍液中的銅含量，適當降低游離氰化鈉含量和提高鍍液的操作溫度以及加入適量的陽極去極化劑。33.1 電鍍銅（3）周期換向電源 采用周期換向電源進行氰化物鍍銅可以改善銅鍍層的整平性，又可以減少銅鍍層的孔隙率。3 雜質(zhì)的影響和消除辦法（1）碳酸鈉 碳酸鈉的含量超過75g/L時可將鍍液冷卻至0 -5 ，讓其自行結(jié)晶析出后出去。用此方法會損失一部分金屬鹽。另一方法是將鍍液加熱至60-80，在不斷攪拌下加入氫氧化鈣，繼續(xù)攪拌1h-2h，然后將碳酸鈣沉淀除去。（2）六價鉻 過多的六價鉻能使銅鍍層呈豬肝色，產(chǎn)生條紋，嚴重時發(fā)脆，并降低鍍液的陰極電流效率，甚至鍍不出鍍層。處理時先

6、將鍍液加熱至60 ，在攪拌下加入低亞硫酸鈉，繼續(xù)攪拌0.5h，趁熱過濾。如鍍液含酒石酸鉀鈉，則需再加入小量茜素，攪拌后用活性炭吸附便可過濾除去。（3）鋅和鉛 鍍液中的鋅含量不允許超過0.1g/L。如果鍍液中含有硫氰酸鉀時雖可以和鋅離子絡合而起掩蔽作用，但鋅含量過高時便會影響銅鍍層色澤，出現(xiàn)條紋或粗糙。0.015g/L-0.03g/L的鉛可以用作光亮劑，但超過0.1g/L時便影響銅鍍層色澤，發(fā)脆和粗糙。高達0.5g/L時銅鍍層呈海綿狀。鋅和鉛均可用硫化鈉除去。43.1 電鍍銅3.1.2 硫酸鹽鍍銅硫酸鹽鍍銅溶液具有成分簡單、穩(wěn)定性能好、陰極電流效率高和成本低等優(yōu)點，但存在分散能力差和鍍層粗糙、不

7、光亮等缺點。必須加入光亮劑，才能鍍出鏡面光亮、整平和延展性能良好的鍍層。我國與1978年研究成功以M、N、SP等為組合光亮劑，操作溫度可以提高至40 。以后又陸續(xù)開發(fā)了幾種新型光亮劑，使硫酸鹽鍍銅光亮劑的性能更好。1 鍍液的配制方法（1）將所需量的硫酸銅溶解在所需體積2/3的熱去離子水后蒸餾水中，冷卻后加入1ml/L的30%雙氧水，攪拌0.5h-1h以后除去雙氧水，然后加入3g/L的粉末活性炭，繼續(xù)攪拌1h。靜置一段時間，過濾。 （2）在攪拌下，慢慢加入所需量的化學純濃硫酸（稀釋后加入）。冷卻后，邊攪拌邊加入所需光亮劑，待完全混合或溶解后加去離子水或蒸餾水至所需體積。（3）分析校正53.1 電

8、鍍銅（4）點解試鍍鍍液中加入AEO乳化劑就不能加十二烷基硫酸鈉。新配制的基礎鍍液中的硫酸銅用活性炭處理過，則需先測定其中的氯離子含量，然后決定是否必須加入氯離子，因為一般活性炭中含有氯離子。2 除膜處理有些表面活性劑（如AEO乳化劑）會在銅鍍層表面生成一層肉眼看不見的憎水膜。為了不影響銅鍍層與鎳鍍層的結(jié)合力，在鍍鎳前先將鍍銅件浸入30 -60 的由氫氧化鈉30g/L-50g/L和十二烷基硫酸鈉2g/L-4g/L所組成的溶液中5s-15s除膜。除膜后經(jīng)過充分清洗和用硫酸火化后才可以鍍光亮鎳。3 鍍液中各成分的作用（1）硫酸銅 是提供鍍銅溶液銅離子的主鹽（2）硫酸 加入硫酸可以提高鍍液的電導率并通

9、過共同離子效應，降低銅離子的有效濃度，從而提高陰極極化作用，改善鍍液的分散能力和使銅鍍層結(jié)晶細致。62.1 電鍍錫（3）光亮劑 硫酸鹽鍍銅溶液用的光亮劑一般由下面幾種材料組合而成：1）含巰基雜環(huán)化合物或硫脲衍生物 這類光亮劑的強吸附作用阻化銅的沉積過程，影響銅晶體的生長，提高成核速度，使銅鍍層晶粒顯著細化。2）聚二硫化合物 這種化合物的吸附作用比硫脲衍生物弱，但能與銅離子絡合，可以阻化銅離子的放電過程，影響控制電結(jié)晶過程的吸附原子濃度及其表面擴散速度。3）聚醚化合物 這類化合物屬載體光亮劑，為非離子型表面活性劑。4）聚乙烯亞胺的季胺化生成物 這類物質(zhì)可以改善低電流密度區(qū)的光亮度和提高操作溫度。

10、5）染料 在硫酸鹽鍍銅溶液中加入某些有機染料，如甲基紫、亞甲藍、偶氮二甲基苯胺等可以改善銅鍍層低電流密度區(qū)的光亮范圍和鍍液的整平性能。6）氯離子 使銅鍍層鏡面光亮。（4）陽極 硫酸鹽光亮銅的陽極必須使用含磷銅陽極，因為電解純銅陽極很容易溶解，陽極電流效率大于理論值。73.1 電鍍銅4 操作條件的影響 （1）溫度 溫度過低，陰極電流密度隨之降低，同時硫酸銅會結(jié)晶析出；過高使光亮范圍縮小，甚至銅鍍層不光亮，發(fā)霧或粗糙。操作溫度范圍應根據(jù)所選用的光亮劑來決定，一般控制在10 -40 之間。（2）陰極電流密度 提高鍍液的濃度、操作溫度和增加攪拌，可以提高陰極電流密度。（3）攪拌 可以采用空氣攪拌或陰極

11、移動。5 鍍液的凈化處理（1）日常凈化 由于鍍液中存在一價銅，用空氣攪拌可以使一價銅氧化為二價銅，但采用陰極移動無此作用，必須每個班次在鍍液中添加一倍去離子水將一價銅氧化為二價銅。但此時鍍液中的硫酸會逐漸下降，應通過分析，及時調(diào)整。（2）定期凈化 鍍液經(jīng)使用較長時間后，需進行定期凈化處理。處理時將鍍液加熱至70，在不斷攪拌下加入1ml/L-2ml/L的30%雙氧水，充分攪拌1h，再慢慢加入小量活性炭，繼續(xù)攪拌0.5h，靜置，待鍍液澄清后過濾。83.1 電鍍銅3.1.3 焦磷酸鹽鍍銅焦磷酸鹽鍍銅工藝成分簡單、鍍液穩(wěn)定、電流效率高、均鍍能力和深鍍能力較好、鍍層結(jié)晶細致，并能獲得較厚的鍍層。電鍍過程沒有刺激性氣體逸出，一般可不用通風設備，但對于鋼鐵零件鍍銅時，要進行預鍍或預處理以改善鍍層和基體的結(jié)合能力。焦磷酸鹽鍍銅的主要缺點是配制時成本較高，由于焦磷酸鹽水解而產(chǎn)生的正磷酸根會在鍍液中積累起來，一般在幾年之內(nèi)，使沉積速度顯著下降，因而得不到廣泛的使用。所以在這里不詳細贅述。3.1.4 不合格銅鍍層的退除1 鋼鐵件上銅鍍層的化學退除鉻酐硫酸溫度40g/L40g/L室溫93.1 電鍍銅2 鋼鐵件上銅鍍層或銅鎳鍍層的化學退除（1） （2）3 鋼鐵件上銅鍍層的電化學退除4 鋼鐵件