如何在铝上化学镀铜

铝上化学镀铜

一、概述

铝及铝合金是应用最广泛的金属之一，其具有导电性好、传热快、比重轻、强度高、易于成型等优点。但是，铝及铝合金也存在硬度低、不耐磨、易于发生晶间腐蚀、不易焊接等缺点，影响其应用范围和使用寿命。铝及其合金经过表面处理后可扬长避短，延长其使用寿命和扩大应用范围，赋予其防护、装饰等用途。

铝合金的表面处理技术包括阳极氧化、电镀、化学镀等方法。铝上电镀比其他金属上电镀要困难得多，容易出现气泡和脱皮，结合力不良等问题。究其原因是铝合金在空气中极易氧化。因此，在进行一般的除油、碱液腐蚀和浸蚀后，暴露出制件的活化表面，在电镀之前的瞬间又重新被氧化，形成的氧化膜严重地影响了镀层的结合力，造成镀层起泡和脱落。为了解决这一问题，目前普遍采用化学镀的方法。

铝合金表面化学镀因具有诸多的优良性能及特性而在电子工业、石油化工、机械和航天等领域的应用而不断增加，如何优化工艺、提高质量日益成为人们关注的焦点。所谓化学镀，是指不使用外电源，而是依靠金属的催化作用，通过可控制的氧化-还原反应，使镀液中的金属离子沉积到镀件上去的方法，因而化学镀也被称为自催化镀或无电镀。

铝及铝合金属于化学镀难镀基材，因此在其基体上进行化学镀有其自身的特点：①铝是一种化学性质比较活泼的金属，在大气中易生成一层薄而致密的氧化膜，即使在刚刚除去氧化膜的新鲜表面上，也会重新生成氧化膜，严重影响镀层与基体的结合力。②铝的电极电位很低（-1.56V），极易失去电子，当浸入镀液时，能与多种金属离子发生置换反应，析出的金属与铝表面形成接触镀层。这种接触性镀层疏松粗糙，与基体的结合力强度差，严重影响了镀层与基体的结合力。③铝属于两性金属，在酸、碱溶液中都不稳定，往往使化学镀过程复杂化。由此可知，要在铝及铝合金制品上得到良好的化学镀层，最关键的就是结合力问题，而结合力取决于化学镀的前处理。因此，对于铝及其合金来说，镀前处理是十分重要的。

二、铝的预处理

采用传统的二次浸锌法，其流程为：除油→浸蚀→第一次浸锌→硝酸退除→第二次浸锌。由于铝的电极电势较负，极易氧化，在化学除油、酸浸蚀等工序中铝试件表面易重新形成很薄的氧化膜，经化学镀后往往形成输送的金属沉积层，其结合力差，无使用价值。因此在化学镀之前，先进行两次浸锌预处理的方法，达到理想的果，使化学镀正常进行，这也是本工艺的最关键的步骤。研究发现，进行一次浸锌处理效果不佳，退除第一次浸锌预处理时所形成的粗糙的锌层后，使铝件表面呈现活化状态，再进行第二次浸锌处理，可获得均匀、细致的锌层，增强了基体金属的结合力，以利于化学镀的顺利进行。

三、化学镀铜工艺

一、以甲醛为还原剂的化学镀铜

（一）溶液组成及其作用

1．铜盐

化学镀铜的主盐大多采用硫酸铜，在镀液中的硫酸铜的浓度为0.07mol/L时，镀速达到最大值。

化学镀铜溶液中铜盐含量越高，镀速越快；但是当期含量继续增加到某一定值后，镀速变化将不再明显。

2．甲醛

甲醛的还原作用与镀液的PH值有关；只有在PH>11的碱性条件下，它才具有还原铜的能力。镀液的PH值越高，甲醛还原铜的能力就越强，镀速越快。但是镀液的PH值过高，容易造成镀液的分解，降低了镀液的稳定性，因此大多数的化学镀铜溶液的PH值都控制在12左右。

3．络合剂

在镀液中，加入适量的络合剂，形成稳定的络合物，有利于细化晶粒，也有利于提高沉积速度及溶液的稳定性，改善化学镀层的性能。常用的络合剂有酒石酸、EDTA盐、乙二胺、三乙醇胺等。

4．稳定剂

为稳定镀液，需加入Cu＋的络合剂和螯合剂，使之生成Cu-S、Cu-N化合物，因此，最实用的是同时又N和S的环状结构化合物。可能的稳定剂有含氮杂硫化合物、含硫化合物、硒化合物与硫化合物、炔类化合物等

5．PH调节剂

一般采用氢氧化钠、碳酸钠或硫酸。在化学镀铜过程中，由于氢气的产生，是的镀液的PH值一直降低，因此必须定期的调整化学镀铜溶液的PH值，并维持镀液的PH值在正常范围内。

6．加速剂

一般作为加速剂的有：结构为N-（R1-R2）3的一元胺、铵盐、银盐、氯化物和钨酸盐等。

7．镀液PH值

镀液的PH值低于12是沉铜反应基本上不进行；PH>12是反应可能进行，随着镀液PH值增大，沉铜速率迅速增加；PH值大于13.5后，镀液开始自动分解。8．温度

温度升高沉铜速率迅速增加，但同时镀液的稳定性也急剧下降，温度过高镀液会迅速分解。一般以60℃左右的温度为最适合的温度。但从维护镀液稳定性考虑，实际操作中多在室温下进行。在室温下虽然镀速不是很快，但镀液相对稳定，也可以获得满意的铜镀层。

（二）以甲醛为还原剂的化学镀铜工艺

3号配方由于有少量镍盐，提高了铜层的结合力；4号、5号配方多用于ABS塑料电镀。

和可塑性，可用于镀厚铜（20~30mm），但需要时间较长（达24~48h），镀液的利用率高，可用于PCB孔金属化。

3

注：2

8~25μm/h，但溶液的稳定性较差。

二、以次磷酸盐为还原剂的化学镀铜工艺

（一）溶液组成及其作用

1．硫酸铜

2．次磷酸钠

次磷酸钠的浓度与铜离子的浓度相比较过量很多，其比为（3:1）~（30:1）。当比值大于15:1时，沉积速率达到稳定值。次磷酸钠的含量过高时，会发生一些副反应。

3．柠檬酸盐

浓度增加速率减低是由于柠檬酸浓度高时游离铜离子浓度低所致。如果柠檬酸盐浓度太低（<0.026mol/L）,镀液会变得不稳定而出现沉淀。

4．硼酸

镀液中无硼酸时，沉积速率很慢。当硼酸浓度超过0.025mol/L时，它以

B5O6(OH)4-的形式存在。这些例子能加速沉积反应的店子转移，硼酸浓度大于0.5mol/L时，沉积速率不能再增加。

5．稳定剂

含有镍离子的镀液是很不稳定的，会在24小时内自发分解析出全部通。需要在镀液中加入少量的（<0.2mg/L）硫脲或2-巯基苯并噻唑就可以抑制镀液的自发分解。但过量的话会使沉积反应完全停止。在这样的溶液中添加适当数量的镍离子又可使化学镀继续进行。因此维持溶液中稳定剂的镍离子适当的数量可使镀液既稳定，又有一定的沉积速率。常用的稳定剂有硫脲、2-巯基苯并噻唑、糖精、对甲苯磺酰胺和盐酸胍等。

6．硫酸镍的影响

经钯催化的基体表面能顺利的进行化学镀铜，当沉积的铜将基体表面全部覆盖以后，由于铜对次磷酸盐的氧化反应无催化活性，这时化学镀铜停止。在溶液