無氰鍍銅：鍍液成分及工藝條件的影響

    (1)銅鹽   

    銅鹽是以硫酸銅(CuS0₄·5H₂O)或堿式碳酸銅[Cu(OH)₂·CuCO₃]加入的，在鍍液中，銅以Cu²⁺形式存在，降低Cu²⁺含量可使鍍層結晶更加細致，鍍液分散能力提高，鍍層與鋼鐵基體之間的結合牢固，但是隨著溶液中Cu²⁺含量的下降，陰極電流效率也下降，電流密度上限縮小，鍍層光亮范圍也縮小。Cu²⁺含量過高，鍍液分散能力會降低。

    (2)HEDP

    HEDP[C(CH₃)(0H)(PO₃H₂)₂]是一種多元的有機酸，能與許多金屬離子形成絡合作用。它是鍍液中Cu²⁺的主絡合劑，，據(jù)有關文獻報道，HEDP在pH值2～12之間的水溶液中，對Cu²⁺有如下幾種絡合形式。

    pH值2～8時，形成：    [Cu(C₂H₅P₂0₇)]^-和[Cu(C₂H₅P₂0₇)₂]^4-；

    pH值8～10時，形成：    [Cu(C₂H₄P₂0₇)]^2一和[Cu(C₂H₂P₂0₇)]^4一；

    pH值10．5～12時，形成：[Cu(C₂H₃P₂0₇)₂]^8-。

    其中：

    [Cu(C₂H₅P₂0₇)]^一的不穩(wěn)定常數(shù)為(3．5±2．8)×10^—9；

    [Cu(C₂H₅P₂0₇)₂]^4一的不穩(wěn)定常數(shù)為(9．5±1．2)×10^—18；

[Cu(C2 H3 P2Q)2]8一的不穩(wěn)定常數(shù)為(3．2±0．6)×10一l6。

HEDP對Cu²⁺的絡合形式不但與溶液的pH值有關，同時也與HEDP和Cu²⁺的相對含量也有關系，如在pH值8～10之間，當HEDP／Cu²⁺的比值較高時(或游離HEDP含量較高)，形成的絡合物主要是一分子HEDP與一個Cu²⁺絡合。當HEDP的游離量較低時，形成的絡合物主要是一分子HEDP與2個Cu²⁺絡合。本工藝鍍液的pH值在8～10之間，而且鍍液中有足夠量的游離HEDP，其主要的絡合形式應為1分子HEDP與一個Cu²⁺的絡合，據(jù)報道絡合物的結構為：

    此結構為六原子環(huán)的螯合物，這種六原子環(huán)是螫合物中較為穩(wěn)定的一種結構。

    HEDP在鍍液中除足量與Cu²⁺生成絡合離子外，還必須保證有一定量的游離狀態(tài)存在。在pH 9～10范圍內，HEDP／Cu²⁺摩爾比在(3～4)：1之間所獲得的銅鍍層與鋼鐵基體結合力好，鍍層結晶細致，外觀呈半光亮。如果HEDP／Cu2+摩爾比值太低，鍍層光亮區(qū)范圍縮小，分散能力降低并影響鍍層結合力，陽極也容易發(fā)生鈍化現(xiàn)象。當HEDP／Cu²⁺摩爾比值過高時，會使鍍液陰極電流效率下降，沉積速度減慢，因HEDP比較貴，還會提高鍍液成本。

    (3)碳酸鉀、硫酸鉀、硝酸鉀

    碳酸鉀(K₂C0₃)、硫酸鉀(K₂S0₄)和硝酸鉀(KN0₃)是導電鹽，能有效提高鍍液的電導率和分散能力，但含量不宜過高，否則會縮小鍍層光亮區(qū)范圍。

    (4)CUR-1添加劑

    CUR-1添加劑的主要作用是允許提高陰極電流密度范圍，改善鍍層整平性能。如不加CUR-1添加劑時，陰極電流密度最高可達l．5A／dm²，而加入CuR-1添加劑后，最大允許陰極電流密度可擴大至3A／dm²，補充CUR-1添加劑時，可先用霍爾槽試驗確定添加量。

    (5)pH值

    pH值過低，容易產(chǎn)生置換反應，使結合力下降、分散能力變差，而且HEDP與Cu²⁺生成絡合離子的狀態(tài)也是根據(jù)鍍液的pH值而定的。pH值過高時，光亮區(qū)范圍縮小，鍍層色澤變暗。pH值用HEDP酸和KOH溶液來調節(jié)。

    (6)溫度

    不同溫度的鍍液試驗結果表明，鍍液溫度在30～50℃范圍內，可獲得結合力良好的銅鍍層，溫度的過高過低會影響鍍層外觀光澤性能和鍍液分散能力。

    (7)陰極電流密度

    在表4-1工藝規(guī)范中，未加入CUR-1添加劑時，鍍液允許的電流密度范圍在1～1．5A／dm²，在實際生產(chǎn)中鍍液溫度和陰極移動的次數(shù)可使電流密度范圍上限提高，使加入CuR-1

添加劑的鍍液允許陰極電流密度上限提高至3A／dm²。

    (8)陽極

陽極可采用電解銅和壓制電解銅。相比之下，使用壓制電解銅板質量較好。為避免陽極泥污染鍍液，陽極板需裝入尼龍布套中。為防止陽極發(fā)生鈍化現(xiàn)象，要嚴格控制HEDP／Cu²⁺摩爾比和陰、陽極面積比例[1:(1～1．5)]，并根據(jù)鍍液中Cu²⁺含量，隨時調整陰、陽極面積比例。