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摘要：鈀鎳合金具有較高的硬度、較低的孔隙性與良好的焊錫性且價格低廉,可作為替代金的電鍍層。但鈀鎳合金鍍層的鎳含量會隨著電流密度的增加而增加,鍍層結晶也會隨著電流密度的增加而變得粗糙,因此在使用鈀鎳合金進行電鍍時必須充分掌握其特性。 本文通過改變電鍍制造過程中的電流密度來了解鈀鎳合金鍍層的組成與結晶狀態(tài),對鈀鎳合金鍍層的特性作了深入的研究,對鍍層質量的控制具有較大的參考價值。
關鍵詞:鈀鎳合金;鍍層;特性
鈀鎳合金的質地堅硬且具白色光澤,鈀是其中最主要的成分。由于在貴金屬交易的國際市場上,大多數時間內金的價格在都遠高于鈀,這就使得鈀鎳合金替代金成為電子連接器與印刷電路板的電鍍材料。近年來,業(yè)界還將鈀鎳合金應用在IClead-frame、多層陶瓷電容器之終端裝置、電池零件以及消費性金屬器具上。 鈀鎳合金由于有鎳的加入,使得其成本不僅低于純鈀,且硬度、耐磨性、低孔隙性等物理特性都優(yōu)于純鈀(如表1所示)。不同鎳含量的鈀鎳合金鍍層晶格都是面心立方體(FCC),且80%的方向都是200。隨著鎳含量的增加,鍍層的晶格也會有所變化,這是因為不同半徑的2種金屬原子形成合金時,半徑較大的鈀原子受到壓縮而間距縮小,半徑較小的鎳原子而受到拉伸而間距增大的緣故。
本研究通過改變電鍍制造過程中的電流密度來探討鈀鎳合金鍍層的特性,并借此了解電流密度對合金鍍層沉積的原子組成與結晶狀態(tài)及其相關信賴性測試結果的影響。
1·試驗材料及方法 1.1 試驗原料 試驗使用二氯四氨鈀為主鹽進行鈀鎳合金鍍層的電鍍,其鍍液組成為: Pd(NH3)4Cl2:35g/L;NiSO4:26g/L<;pH:8·2;Be:10g/L;溫度:(50±2)℃。 鍍液的pH值靠氨水來調整,試驗條件為改變電流密度(5~30A/dm2),電鍍時間控制在20~60s,鈀鎳合金的膜厚約為0.75μm。
1.2 樣品分析與信賴性測試 分別用掃描式電子顯微鏡觀察上述試驗樣品的鍍層表面,并以X-ray能量散射能譜儀(EDX)對鈀鎳合金鍍層進行原子組成比例分析,在測試經改變電流密度后所鍍的鈀鎳合金樣品的鍍層硬度,取固定電流密度(10A/dm2)與膜厚的樣品來做試驗,依據MIL-STD-202F208D測其焊錫性,依據MIL-STD-833E測其潤濕平衡及依據EIA-364-60測其鍍層孔隙度等。
2·結果與討論 2.1 電流密度對鈀鎳合金鍍層的影響 由圖1可知,當鈀鎳鍍液溫度固定在50℃、pH約為8.2時,改變電鍍的電流密度,就會發(fā)現在低電流密度(<20A/dm2)條件下,鈀鎳合金鍍層外觀為光亮銀白色且鍍層致密平整;當電流密度逐漸增大(>20A/dm2)時,鈀鎳合金鍍層外觀會變成灰白色且鍍層變得粗糙。這是因為電流密度越大,金屬離子電解還原速度越快,再加上底材的邊緣區(qū)域屬高電流分布區(qū),會使金屬離子快速沉積于此。又因為存在尖端放電效應,過大的電流會造成此底板邊緣區(qū)域有燒焦的現象。
用EDX去分析合金的組成,從圖2可以發(fā)現,鈀鎳合金鍍層為5A/dm2時,鈀與鎳的質量比為60∶40,但隨著電流密度提高至20A/dm2時,其比例會變?yōu)?0∶20。這是因為鈀的電極電位比鎳大,而當電流加大時,會加速電位高的鈀金屬離子還原沉積的緣故。從圖3可以看到,電流密度越大,鍍層鎳的含量就越低,硬度也會越低。
2.2 鈀鎳合金的焊錫性測試
對鈀鎳合金(10A/dm2,0.75μm)進行焊錫測試,研究表明,當未使用助焊劑(flux)時,焊錫面積僅能達到72%,這是因為鈀鎳合金鍍層表面生成的氧化膜會減小錫與鈀鎳合金的接觸面積,從而降低了焊錫能力的緣故。當鈀鎳合金經過蒸氣老化后,會加速鍍層氧化膜的生成。若使用助焊劑,則可以有效地去除氧化膜。無論是否經蒸氣老化,鈀鎳合金都有很好的焊錫性,
2.3 鈀鎳合金的鍍層孔隙度測試
先將磷銅底材鍍上厚約2μm的鎳,再分別以不同的電流密度鍍上鈀鎳合金(5、10、15、20A/dm2、0.75μm),并使用二氧化硫進行鍍層孔隙度測試。 二氧化硫氣體是利用亞硫酸溶液水解的方程式生成,其反應式為: H2SO3(1)→SO2(g)+H2O(1) 由測試結果可知,在上述電鍍條件下,其鍍層皆無任何腐蝕點產生,耐蝕性良好[5]。
3·結語 鈀鎳合金在電流密度為20A/dm2以下時,其電鍍層致密平整,鍍層外觀為銀白色;當電流密度過高時,則鍍層結晶會變得粗糙,鍍層外觀呈灰黑色并有輕微燒焦現象產生。鈀鎳合金的組成比例也與電流密度有關,當電流密度增加時,鎳的含量會減少,鍍層硬度也跟著降低。 當鈀鎳合金鍍層暴露在高溫潮濕的環(huán)境下時,易生成氧化膜。若不使用助焊劑,則其焊錫性便不理想;若使用助焊劑,則即使把鈀鎳合金鍍層經過蒸氣老化,也都會有極佳的沾錫性。
