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銅與鍍銅

銅的性能

      銅的元素符號(hào)為Cu,周期表中IB族元素，原子序號(hào)29,相對(duì)原子質(zhì)量63.57,熔點(diǎn)1083C,相對(duì)密度8.93,電阻率1.6730X10-6Ω?cm.膨脹系數(shù)0.165X10-4,?1A.h二價(jià)銅析出的鍍層重1.185g,一價(jià)銅析出的鍍層重2.371g(以電流效率100%計(jì)）。

       金屬銅的晶格類型為fcc,晶格常數(shù)a=0.3615nm。鍍銅的組織結(jié)構(gòu)因鍍種的不同和工藝參數(shù)的變化而有所不同。 酸性鍍銅層在低電流密度下和鍍層較薄時(shí)，主要是110取向，隨著鍍層厚度的增加，鍍層組織向111織構(gòu)變化。 而焦磷酸鍍銅從一開始就表現(xiàn)為111織構(gòu)。

        銅是一種略帶紫紅色的金屬。因?yàn)榫哂辛己玫难诱剐浴?yōu)良的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性能而在很多工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。特別是在電工和電子工業(yè)領(lǐng)域，銅是不可或缺的重要金屬材料。銅也是制造各種銅合金的重要原料，在現(xiàn)代工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域都有著重要的用途。不僅現(xiàn)代人的生產(chǎn)和生活離不開銅，就是在整個(gè)人類發(fā)展的過(guò)程中，銅也扮演了極其重要的角色。

       銅在空氣中容易氧化，從而失去金屬的光澤，在加熱時(shí)更為明顯。銅易溶于硝酸和鉻融，也溶于熱硫酸中。

                     3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

                     Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

                     Cu+2H₂SO₄（濃）CuSO₄+SO₂↑+2H₂O

       單純的稀硫酸和鹽酸與銅不起反應(yīng)，只有在一定條件下，比如有充分的氧并適當(dāng)加熱才有作用。        

                     Cu+2HCI(濃）＋H₂O₂   CuCl+2H₂0       

                    2Cu+4HCI(濃）＋O₂      2CuCl₂+2H₂0

                    2Cu+2H₂SO₄(稀，熱）十O2   2CuSO₄+2H₂0

        銅與空氣中的硫化物起反應(yīng)生成黑色的硫化銅。   

                   2Cu+(NH₄)₂S═Cu₂S+2NH₃+H₂

         在潮濕的空氣中，銅與二氧化碳或氯化物作用生成綠色的堿式碳酸銅（銅綠）或氯化制膜            

                  Cu+O₂+H₂O+CO₂═Cu(OH)₂CO₃(銅綠）

         銅與有些有機(jī)酸也有作用。而與堿類（除氨外）則幾乎不起作用。

       鍍銅的歷史與分類

       電鍍銅雖然有一百多年的歷史，但是在酸性光亮鍍鋼滌加劑開發(fā)出來(lái)以前，主要還是于其他鍍種打底的氨化物鍍銅占主導(dǎo)地位。1945年，美國(guó)公布了第一個(gè)酸性鍍銅添加用利（USP 2391289), 從此酸性光亮鍍銅開始迅速進(jìn)人工業(yè)應(yīng)用的領(lǐng)域。首先是在印制線路板制造業(yè)大量采用，然后是在裝飾電鍍領(lǐng)域獲得認(rèn)可，同時(shí)也成為電鑄的主要鍍種。        

        鍍銅還在防滲碳、增加導(dǎo)電性、擠壓時(shí)的減摩、修復(fù)零件尺寸等諸多領(lǐng)域都有應(yīng)用?，F(xiàn)在可以用于工業(yè)化生產(chǎn)的鍍銅液已經(jīng)有十多種。根據(jù)鍍液的pH值范圍的不同可以分為兩類，一類是酸性電解液，另一類是堿性電解液。

        酸性電解液包括硫酸鹽鍍銅、氟硼酸鹽鍍銅、烷基磺酸鹽鍍銅、氯化物鍍銅、檸檬酸鹽鍍銅、酒石酸鹽鍍銅等。

        酸性鍍銅液中的主鹽主要是以二價(jià)銅離子的形式存在。因此，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位（Cu2+/Cu)為＋0. 337V, 電化當(dāng)量為1. 186g/(A·h).

        堿性電解液有氰化物電解液、焦磷酸鹽鍍銅、HEDP 鍍銅、硫代硫酸鹽鍍銅等，氯化物鍍銅液中的銅離子是以一價(jià)銅離子的形式存在的，因此，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位（Cu2+/Cu)為＋0. 521V, 電化當(dāng)量為2. 372g/(A·h).

         由于銅的標(biāo)準(zhǔn)電位比鋅和鐵的要正得多，因此，在這些電位比銅負(fù)的金屬上電沉積鋼屬于陰極性鍍層。

        鍍銅的應(yīng)用。

         鍍銅是重要的功能性鍍層，因此其應(yīng)用非常廣泛，特別是在電子電鍍中，鍍銅占有很大鍍種。比重，是印制板電鍍、電子連接器電鍍、波導(dǎo)電鍍、微波器件電鍍等電子電鍍中用量最大的鍍種。

        作為功能性鍍層，導(dǎo)電性是其最主要的功能，這正是電子產(chǎn)品大量采用鍍銅技術(shù)的原因，電鍍鋼技術(shù)也為節(jié)約銅資源提供了幫助。最典型的就是用于電話電纜的“銅包鋼”技術(shù)，所謂銅包鋼，就是在低碳鋼絲表面鍍上一層銅，以提高其導(dǎo)電性能，提高電話信號(hào)的傳輸質(zhì)量。以往的電話電纜戶外線，都是鐵絲鍍鋅線，其導(dǎo)電性能較差，如果采用銅導(dǎo)線，成本太高，而采用銅包鋼技術(shù)，在提高了其導(dǎo)電性能的同時(shí)，又節(jié)約了大量的銅材。      

        除了功能性電鍍，鍍銅在裝飾電鍍和防護(hù)性電鍍中也有著重要應(yīng)用，光亮酸性銀制已經(jīng)是光亮電鍍中的重要光亮底鍍層，成為替代光亮鍍鎳底層的首選鍍種，酸性鍍銅有較高的沉積速度，又有一定的整平能力，不僅可以獲得鏡面光亮的鍍層，面且對(duì)微觀不平和輕微劃痕有一定整平作用。

       鍍鋼也是防護(hù)性多層電鍍的中間鍍層或底鍍層，用鍍銅恭代多層鍍鎳工藝中的鎳中間層，可以節(jié)省比鍋貴得多的鎳資源。      

       由于有較高的電流效率和沉積速度，鍍銀也是電鑄的重要鍍種，特別是酸性鍍銅，在電鑄中有較大量的應(yīng)用。銅電鑄有多種用途。

        鍍銅還在藝術(shù)品制造中有著廣泛的應(yīng)用，比如浮雕工藝品的電鍍，特別是非金屬材料 作大型浮雌裝飾工藝品，在建筑裝飾中有廣泛應(yīng)用 ，電鍍也用來(lái)制作銅箱，用于印刷板銅板材制造。

        酸性光亮鍍銅

       酸性鍍銅典型工藝

        酸性光亮鍍銅在現(xiàn)代電鍍中占有很大比重，特別是在電子電鍍中，是用量最大的鍍種，隨著電鍍添加劑技術(shù)發(fā)展工藝進(jìn)步較快的鍍種，根據(jù)不同的鍍銅需要，可以選擇不同的藝，以下是酸性鍍銅應(yīng)用以來(lái)的典型工藝。

       (1) 工藝配方

       堿酸鋼                                150~220g/L          十二烷基硫酸鈉       0.05～0.02g/L

       堿酸                                       50～70g/L         氯離子                        20～80mg/L  

       四氨噻唑硫酮              0.0005～0.001g/L         溫度                               10～25℃

       聚二硫二丙烷碳酸鈉        0.01～0.02g/L         陰極電流密度              2～3A/dm2

       聚乙二醇                          0.03～0.05g/L         陽(yáng)極          含磷0.1%～0.3%的銅板

      (2)鍍液配制

      ①將計(jì)量的硫酸邊攪拌邊溶于鍍液總量2/3的去離子水中，液溫會(huì)有所升高，注意充分?jǐn)嚢璺乐咕植窟^(guò)熱；

       ②趁熱將計(jì)量的硫酸銅溶入鍍槽中，等硫酸銅全部溶解后，加入1ml/L30%的雙氧水，充分?jǐn)嚢?h以上，再加入1～2g/L活性炭，充分?jǐn)嚢?h左右；

       ③將②中配得溶液靜置沉淀后過(guò)濾，去除沉淀物；

       ④往濾清的鍍液中加入各種計(jì)量的添加劑，并用去離子水將鍍液補(bǔ)量至規(guī)定的量，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笕幼龌魻柌墼囼?yàn)；

        ⑤如果發(fā)現(xiàn)氯離子缺少，可補(bǔ)人0. 05ml/L化學(xué)純鹽酸，試鍍后確認(rèn)合格即可投入使用。

        酸銅光亮劑

        酸性光亮鍍銅開發(fā)的早期采用的是多組分單一添加的光亮劑，這就是所謂 MSHOD 體泰SBP體系，在MSHOD體系中，M是甲基藍(lán)，S是聚二硫丙烷磺酸鹽，H是2-巰基噻唑啉，0是聚氧乙烯烷基酚醚，D則是亞甲基二萘磺酸鈉。這些組分都是單獨(dú)添加到鍍液，用量大都是每升幾毫克，通過(guò)協(xié)同作用達(dá)到整平和光亮的目的。

       隨著對(duì)光亮劑作用機(jī)理探討的深人，酸性光亮劑也進(jìn)人由單一成分組合發(fā)展為復(fù)合添加劑的階段。早期開發(fā)的單一組分的添加劑也都發(fā)展成為酸性鍍鋼光亮劑的中間體，現(xiàn)在商業(yè)化鍍銅光亮劑已經(jīng)是采用各種酸性鍍銅漆加劑中間體配制而成的，常用酸性鍍銅添加劑中間體見(jiàn)表15-2,

                     表15-2 常用酸性健銅通加劑中間體

        由工藝配方可知酸性光亮鍵銅的光亮劑比較復(fù)雜，成分達(dá)5種之多，而用量卻又非客少，因此在實(shí)際生產(chǎn)控制中會(huì)預(yù)先配制一純較濃的組合液，對(duì)消耗量相差不多的按一定比混合溶解后配成濃縮液，以方便添加。

        現(xiàn)在已經(jīng)普遍采用商業(yè)添加劑，通常只一種或兩種添加組分，且光亮效果和分散能力也有很大提高，不過(guò)仍有一些企業(yè)采用這種自己配制的工藝，優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)產(chǎn)品情況對(duì)其中的某一個(gè)成分進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最住效果、原因是光亮劑中各成分的消耗是不完全一樣的，單一成分的添加可以做到哪一種少就補(bǔ)哪一種，而組合的光亮劑就做不到這一點(diǎn)。

        改進(jìn)的酸性光亮添加劑組合中可以加入有機(jī)染料 早期的是甲基藍(lán)，現(xiàn)在則擴(kuò)展到多種有機(jī)染料，對(duì)于提高光亮度和分散能力都有好處。

  鍍液維護(hù)

      （1)氯離子的控制 酸性鍍銅只要正確地使用添加劑很陽(yáng)極材料、通常都能正常工作，但是有一個(gè)重要的參數(shù)是氯離子量的控制，一般情況下，采用自來(lái)水配制鍍液，可以對(duì)氯離子的量不另外加人。但是由于電子工業(yè)的需要，現(xiàn)在流行采用去離子水配制鍍液，如果采用去離子水配制，則需要按工藝規(guī)定的量20~80mg/L. 加人氯離子， 務(wù)必注意是毫克級(jí)的量，有不少馬虎的操作者會(huì)看錯(cuò)面按克的量加人，結(jié)果就最災(zāi)難性的，所以要很小心，不可加多了氯離子。

        可用霍爾槽試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)鍍液中的氯離子是否正常，將被測(cè)鍍液置于250ml 標(biāo)準(zhǔn)霍爾槽中、取標(biāo)準(zhǔn)試片以2A總電流電鍍5min, 取出清洗后吹干，如果高區(qū)有燒集，可以判定氯喜子偏高，可用鋅粉去除。如果低區(qū)不亮，加入光亮劑后仍不亮，則是氯離子偏低，需要按量補(bǔ)充氯離子。

        當(dāng)酸性光亮鍍銅中氯離子含量過(guò)高時(shí)，鍍層的高電流區(qū)容易發(fā)生燒焦現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)鍍層都會(huì)失去光澤，除去氯離子的方法是往酸性光亮鍍銅槽中加人鋅粉，并充分?jǐn)嚢?0min以上，然后加入1~2g/L 活性炭，繼續(xù)攪拌2h 以上，沉淀后過(guò)濾。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可按0. 5~1. 0g/L的量在劇烈攪拌下加入鍍槽，每1g/L鋅粉，可去除約20~30mg/L的氯離子。

       （2)鍍層間結(jié)合力問(wèn)題 酸性銅的另一個(gè)問(wèn)題是在其上續(xù)鍍其他鍍層特別是鎳鍍層時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)結(jié)合力不好的問(wèn)題，這是有機(jī)添加劑中的表面活性物在表面吸附的影響，通過(guò)堿液或電解除油法做閃除處理，就可以消除。

       （3)常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題與排除方法 最常見(jiàn)的是由于光亮劑的使用失調(diào)導(dǎo)致的不光亮。用霍水福進(jìn)行檢驗(yàn)是最常用的方法。鍍層質(zhì)量不好的表現(xiàn)主要是粗糙、針孔、條痕、光亮不足、燒焦等。

        酸性光亮鍍銅最好是在室溫下工作，當(dāng)鍍液溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)光亮不足。這時(shí)可以減少產(chǎn)品的懸掛量，增大陽(yáng)極面積，以高電流短時(shí)間來(lái)進(jìn)行電鍍。

       光亮劑過(guò)多時(shí)也用這種方法應(yīng)急生產(chǎn)。光亮劑過(guò)多會(huì)引起陽(yáng)極鈍化、電流下降，如果確定是電鍍光亮劑過(guò)多，應(yīng)該用活性炭過(guò)濾鍍液。

       毛刺，突起的斑點(diǎn)等可能是陽(yáng)極泥，也可能是一價(jià)銅的溶解產(chǎn)生的歧化反應(yīng)生成了銅粉，要檢查陽(yáng)極、陽(yáng)極袋是否完好，鍍液最好是采用循環(huán)過(guò)濾，如果確定是歧化反應(yīng)導(dǎo)致的銅粉性斑點(diǎn)，要往鍍液中加人雙氫水，將鍍液中出現(xiàn)的一價(jià)銅氧化為二價(jià)銅，以阻止歧化反應(yīng)的發(fā)生。

     文章源自：江門電鍍添加劑      http://www.0bong88.com/