焦磷酸盐镀铜：常见故障及其排除方法

焦磷酸盐镀铜：常见故障及其排除方法

(1)镀层粗糙、毛刺和结瘤

基体金属或预镀层粗糙，镀液中有“铜粉”或其他固体悬浮粒子，镀液中有机杂质过多，铅等异金属杂质过多或被CN一沾污，镀液pH过高，温度偏高，电流密度过大，阳极溶解不正常，铜含量过高或焦磷酸钾含量过低等都会引起镀层粗糙、毛刺和结瘤。

分析这类故障时，首先应确定故障的起源，用良好的前处理和良好的预镀后直接进行焦磷酸盐镀铜，或者用铜零件(或铜片)经手工擦刷除油和活化后直接进行焦磷酸盐镀铜。假使这样试验所得的镀层不粗糙，那么粗糙起源于镀前，否则就起源于镀铜液中。

假使经过试验，确定故障起源于镀铜液中，那么最好进行烧杯试验。先取1L镀液，不经任何处理做一块样板，作为空白对比，在这块样板上，一定要能观察到镀层粗糙的现象，然后用不同的方法处理镀液后做试验。例如：单纯地过滤镀液后做试验，看看粗糙是否是镀液中悬浮的固体微粒造成的；将镀液用双氧水处理，试验粗糙是否是由CN一引起的；用双氧水一活性炭处理镀液，观察粗糙是否是由有机杂质的影响等。反复试验，就可以找出镀层粗糙的原因，从而就可以针对性地处理

镀液，排除故障。

下述几种情况都会引起镀层粗糙和毛刺。

①基体金属粗糙。应改善抛光和研磨工序的质量。

②清洗不良。避免使用有硅酸盐的清洗剂，如水玻璃之类物质，其水洗性不好。零件表面留有硅酸盐后，遇酸后易变成不溶于水的另一种物质，更不易清洗，往往引起镀层粗糙，严重时影响结合力。

③预镀液不干净，预镀层已经粗糙。

④添加物料不慎。没有完全溶解，或溶解时因搅拌沉渣浮现，未经充分沉淀就进行电镀。加料前，应将所加材料在另一容器内先溶解完毕，然后加入镀液，并搅拌均匀。

⑤擦洗导电棒或挂钩时不注意，有腐蚀物落入槽内。电镀中切勿用研磨材料来擦洗接触点，否则镀层很易产生粗糙、毛刺现象。

⑥氨的浓度偏低。氨的浓度过低后，阳极会出现疏松的薄膜，这些疏松的薄膜进入镀液就会使镀层发生粗糙。处理时，可增加氨的浓度直到阳极表面不存在疏松的薄膜。

⑦工艺条件控制不当。例如温度偏高，电流密度过大，或阳极板的阳极套破损，造成阳极泥渣进入镀液，或镀液中有悬浮物，镀液浑浊等。为此，要控制好温度、电流密度，同时控制阳极与阴极的面积之比为2：1，并控制DK<1A／dm2，以避免引起阳极钝化，产生“铜粉”。加强管理及时更新阳极护套，避免护套破漏造成不应有的疵病。

⑧阳极溶解不正常，“铜粉”较多。焦磷酸镀铜工艺由于阴极效率较高，如阳极溶解不正常，镀液中Cu2+的浓度就会迅速下降，阳极表面出现“铜粉”，以致造成镀液浑浊，镀层毛刺。为了帮助阳极溶解正常，设计镀液组成时，多主张采用偏高量的K4P2O7，同时加入柠檬酸盐。有时生产中即使各组成成分正常，阳极溶解依然不正常，仍然有“铜粉”的产生，甚至增大面积也未能奏效。那是什么原因呢?多年实践告诉人们，产生该故障的原因除与阳极面积控制不当(面积过小)有关外，还与阴、阳极间的槽端电压控制不当有关。上海自行车厂通过长期摸索，认为：既要控制阳极面积，又要使两极之间的槽端电压控制在2～5V(最好是2．5V)就可以顺利地解决阳极不正常溶解的问题，甚至为了防止阳极溶解过快，还不得不减少焦磷酸钾、柠檬酸盐含量来解决。

⑨在生产过程中，有时因产生“铜粉”而使镀层粗糙。“铜粉”的产生除了前面所讲的原因之外，还因为铁制品预镀(或浸镀)方法不好，尚有裸露的铁表面，尤其是深凹部分更易引起“铜粉”的产生，这是由于二价铜被铁还原所致。

2Cu2++Fe——2Cu++Fe2+

2Cu++20H-一—2CuOH——Cu20+H20

当发现“铜粉”后，可加入双氧水使其溶解，被氧化成Cu2+后，即被P2O74-络合：

2Cu++H2O2+2H+一2Cu++2H20

Cu2++2P2074-一一[Cu(P207)2]6一

此外，若使用空气搅拌镀液，不仅能提高电流密度，而且对阳极的正常溶解和减少“铜粉”的出现都有很大的帮助。

(2)镀层结合力不好

镀前处理不良，预镀层太薄，预镀层没有良好地活化，清洗水或活化液中有油，活化液有Cu2+或Pb2+杂质，镀液中有油或六价铬存在等都会出现结合力不好。

出现结合力不好时，先观察现象，辨明结合力不好发生在哪两层之间。假使预镀层与基体金属之间结合力不好，则应检查镀前的除油、酸腐蚀和活化液；倘若结合力不好发生在焦磷酸盐镀铜与预镀层之间，那么用铜零件或铜片经手工擦刷除油、活化后直接进行焦磷酸盐镀铜，检查结合力不好起因于镀铜以前，还是起因于镀铜液中，假使起因于镀前，而且出现点状的结合力不好，那可能是预镀层太薄，可以有意识地延长预镀时间，观察镀层的结合力能否改善，如果是大块地脱皮，则可能是预镀层没有良好地活化(酸浓度太低，浸酸时间不足，预镀铜层表面有氧化物薄膜)或活化液中有Cu2+、Pb2+或油等杂质，可采用良好的活化液活化后进行试验。假使结合力不好起因于焦磷酸盐镀铜液中，那就进行小试验，检查镀液中是否有油或六价铬存在，最后根据试验查出的原因处理镀液，或者是镀铜件进入下一槽之后通电不够快等原因引起。还有一种可能是其他镀层镀槽中含有有机杂质过多，由其他镀层质差所引起。

特别强调：钢铁零件或锌压铸件上直接进行焦磷酸盐镀铜时，由于镀件在镀液中钝化或产生疏松的置换铜而使镀层结合力不好，所以一般需要预镀镍或预镀铜。

在焦磷酸镀液中，由于铜与铁的电位差较大，同时焦磷酸盐对钢铁表面的活化作用较差，所以铜层与铁基体结合力较差。

陈其忠介绍了一种工艺可以获得结合力良好的镀层，原则是：低浓度铜盐、高浓度络合剂。

①镀液配方和操作条件

焦磷酸钾(K4P207，总

量)

300～350g／L

焦磷酸铜(Cu2P207，以

铜计)

20～25g／L

柠檬酸铵

[(NH4)3C6H507]

20～25g／L

氨三乙酸

[N(CH2COOH)3]

15～20g／L

pH值8．2～8．8

温度40℃

左右阴极移动20～25次／min

起始阴极电流密度lA／dm2

正常阴极电流密度l～1．5A／dm2

阳极与阴极面积比(SA：SK) (1．5～2．O)：

1

电源波型

单相全波或间歇电源

②工艺说明

a．前处理比氰化镀液要求严。

b．碱液配方为l0～20g／L KOH，室温操作。

C．起始电流应在0．5A／dm2以上，正常工作电流密度控制在1～1．5A／dm2。电镀时把好起始电镀这一关很重要。

如果在焦磷酸盐镀铜时，液面有泡沫出现，也会引起镀层结合力差。其故障现象：液面上先出现丝状的白色黏液，空气搅拌后立即变为一层“泡沫”。覆盖层严重时，厚度可达10cm，泡沫洁白细密，似十二烷基硫酸钠产生的泡沫那样。此泡沫产生极快，即使设法把泡沫除去，又会很快出现，停止空气搅拌或切断电流之后，即迅速消失。如恢复搅拌或接通电流后又产生。零件出槽时，与这些泡沫接触，便在接触处出现结合力不良的镀层。为此，某电镀厂对泡沫的收集物进行了萃取培养，结果检出一种尚未被命名的球状霉菌。这种霉菌具有耐温喜碱的特性，平时在空气中大量飞扬。焦磷酸盐镀铜液中所含有的K4P207、Cu2P207、(NH4)3C6H507等成分中有充足含量的氮、磷、钾和碳水化合物，正好为这些霉菌的滋生繁殖创造了良好的条件，而“泡沫”正是霉菌代谢过程中的残骸。冬天，电镀条件相同，由于霉菌在空气中存在较少，故不产生泡沫。

针对上面的故障，他们用加温杀菌法来解决。在每月一次的大处理时，将焦铜镀液加温至70℃，保温2h杀菌，结果泡沫绝迹，效果很好。