硫酸铜电镀工艺介绍

硫酸铜电镀工艺介绍现代电镀网6月17日讯：（每日电镀行业最新资讯推送请关注微信公众号：现代电镀网）铜既要掩盖钢辊的缺陷，又要为下道工序——电雕展示最好的工作面。

镀铜是一个极为复杂的过程，对其控制应极为严密，稍有马虎，就需要耗费大量的时间、人力、物力来纠正所出现的问题。

（一）镀铜工艺流程金工滚筒→检验→发配滚筒→滚筒前处理→预镀镍→打磨清洗→镀铜→卸滚筒→交车磨（二）滚筒镀铜原理镀铜层呈粉红色，质柔软，具有良好的延展性。

镀铜槽中电解溶液的主要成分是硫酸（H2SO4）和硫酸铜（CuSO4·5H2O）。

铜在这种溶液中以铜离子（Cu2+）形式存在。

电解铜作为阳极，按半圆弧分布于电解溶液中，并与电源阳极相接。

滚筒横放在电解槽中，其表面有的是全部浸入电解溶液中，有的是半浸或1/3浸入电解溶液中，它与阴极相接，并以一定转速旋转。

通电后，阴阳两极发生化学反应，铜离子带有正电荷，被阴极吸引，在阴极获得电子而形成铜原子，并附着在滚筒上，完成电镀。

但事实上，由于某些原因会干扰这种反应过程，正负离子始终不会平衡，所以在实际生产中不容易制得很满意的电镀滚筒。

针对这种情况，只能尽力做到减少干扰因素，根据本公司的条件，进行各种器材、工艺的匹配，以制得满意的电镀滚筒。

（三）加强导电性管理提高铜层质量，重要的是控制好电流差，保证导电部位干净和接触良好，使电流值分布均匀，使滚筒两端和中间的铜层硬度一致。

（四）镀铜液的主要成分凹版电镀采用硫酸盐镀铜，镀液的基础成分是硫酸铜和硫酸。

硫酸铜用来供给镀液中的铜离子，硫酸则能起到防止铜盐水解、提高镀液导电能力和阴极极化的作用。

由于镀液的电流效率高（近于100%），可镀得较厚的镀层。

当然，要保证各种化学品的纯度与稳定。

镀铜液的主要成分如下：1.硫酸铜(CuSO4·5H2O)，是蓝色晶体，颗粒大小如玉米粒，应尽量无黄色，工业级可用。

根据生产条件和不同要求，硫酸铜的含量有的公司规范为200～250g/L，有的为210～230g/L，有的为180～220g/L。

硫酸铜含量低，允许的工作电流密度低，阴极电流效率低。

硫酸铜含量的提高受到其溶解度的限制，并且电镀中随硫酸含量的增高，硫酸铜的溶解度相应降低。

所以硫酸铜含量必须低于其溶解度，以防止其析出。

2.硫酸(H2SO4)，在镀液中能显著降低镀液电阻，防止硫酸铜水解沉淀。

其化学反应式如下：CuSO4+2H2OCu(OH)2+H2SO4若发出像氨水一样的气味，则有问题。

若槽液浓度不合适，会产生Cu2+，使镀铜面出现麻点和针眼。

硫酸含量低时，镀层粗糙，阳极钝化。

增加硫酸含量，能提高均镀能力，但有些光亮剂易于分解。

其含量有的公司规范为40～60g/L，有的为55～65g/，有的为60～70g/L。

有的公司把硫酸铜含量控制在180～270g/L，硫酸含量控制在55～65g/L，取得了很好的效果，使铜层达到最佳硬度，并延长了存放期。

在温度为15℃条件下，硫酸铜+硫酸含量与波美度的对应关系如表2所示。

3.氯离子(Cl-)，通过加入少许盐酸获得。

氯离子是酸性光亮镀铜中不可缺少的一种无极阴离子。

没有氯离子便不能获得理想的光亮铜层，但氯离子含量过高会使镀铜层产生麻点，并影响光亮度和平整性。

应根据添加剂的要求使用，如：美吉诺添加剂为50～60ppm，Hard 为50ppm左右，大和G为80～120ppm。

（五）镀液配制方法先将计算量的硫酸铜溶解在2/3配制体积的温水中，当硫酸铜完全溶解和冷却后，在不断搅拌下慢慢地加入硫酸(加入硫酸为放热反应)，静止镀液并过滤，再加入规定的添加剂后，试镀合格即可投入生产。

（六）工艺条件1.电流密度（DK）电流密度在滚筒全浸时为15～18A/dm2，半浸时为20～30A/m2。

电流密度能否提高，取决于镀液成分和其他条件，如：提高镀液温度、加强搅拌、镀液浓度高等都能提高工作电流密度。

2.温度镀液温度在全浸时为42±1℃，半浸时为38±1℃较适宜。

如果镀液温度过低，不但允许的工作电流密度低，而且硫酸铜容易结晶析出；镀液温度高，则能增强镀液导电性，但会使镀层结晶粗糙；若镀液温度超过45℃，铜层会变软，版面发白。

#p#分页标题#e#3.镀铜时间镀铜时间应根据所要求的铜层硬度而定，一般为1～1.5小时一槽。

4.镀铜槽中的阳极阳极为电解铜球，直径为40mm。

电解铜球在硫酸盐镀铜镀液中往往会产生铜粉，导致镀层产生毛刺、粗糙。

铜球含磷量越少越好，这样可以减少铜粉，避免出现砂眼。

如果铜球含磷量过高，则其表面会产生一层较厚的膜，使得阳极不易溶解，导致镀液中铜离子含量下降。

铜球的含磷量以0.035％～0.05%为宜，目前国产铜球含磷量都大于0.05%，而进口的含磷量只有0.038%，但价格太贵。

5.阳极距离阳极距离为50～80mm。

6.版辊转速版辊转速根据版辊直径而改变。

7.硬度剂的选择与使用根据本公司的设备条件，选择电镀性能最佳的硬度剂是一个重要环节，因为控制铜层硬度主要是靠调整镀液中的添加剂用量。

目前硬度剂种类较多，现介绍如下。

(1)MDC硬度剂，是固体，配缸为6mg/L，应做到少加勤加，它对氯离子(Cl-)非常敏感，使用温度为25～30℃。

它不太适合我国国情，目前很少有公司在使用。

(2)美国美吉诺硬度添加剂，其性能偏脆，较难控制，补加量为10ml/100Ah(以本公司的镀铜硬度为标准)，使用温度为40～52℃。

(3)日本大和硬度添加剂，常用的有二种：一种是Hard，其电镀性能最好，硬度、光洁度都很理想，其最大的缺点是硬度存放期短，只有3～7天，所以用的公司逐渐减少。

另一种是COMSG，其电镀性能虽然不如Hard，但硬度、光洁度也都很好，其性能偏柔韧，最大的优点是存放期长，可达3～6个月，而且不受环境污染，非常适合国内制版厂的设备情况，所以备受制版公司的青睐。

生产实践证明：实际用量比其推荐的比例稍少一些为佳。

如：硫酸铜200～250g/L，硬度添加剂为80～100ml/Ah,使用温度40～45℃，不能超过45℃。

(4)镀铜液配比与硬度添加剂的用量一定要达到最佳。

保证镀铜层的脆性和柔韧性达到平衡是关键，这样既可以使镀铜层达到最佳硬度，又利于延长保存时间、减少用量。

若用量过多，镀铜层太硬太脆，容易磨损和打雕针；柔韧性强，以30°或38°雕刻容易出现毛刺，雕刻时要用刮刀。

判断韧性的方法是：铜皮对折一次不断，反复折一次，即正反两折后折断为佳。

(5)实际生产中经常出现的问题是铜层硬度不是太高就是太软，不稳定。

如：硫酸根离子偏低，电流较大，导致硬度高、太脆、韧性差，造成版滚筒存放时间一长就会出现龟裂现象；铜层太软，造成网点变形。

因此，必须做到诸种元素的最佳匹配，使铜层脆性与柔韧性达到平衡，并能保持稳定，这就要依靠严格精心的管理。

（七）工艺维护1.阳极框套阳极袋可以防止砂眼。

阳极袋脏后应及时更换。

2.定期更换镀铜液的过滤芯，保证溶液干净。

3.经常查看镀液液位，若不足，应补充软化水至规定液位。

镀铜液化验规范为两天一次。

4.镀铜液要搅拌充分。

5.经常清洗缸底杂质，一般为3个月一次，而上槽杂质必须一星期清理一次。

6.每天检查镀液温度，最好在槽内悬挂温度计，严格控制温度。

7.严格控制波美度。

8.每天检查添加剂，保持添加剂量稳定。

9.镀液槽最好加盖密封，减少空气污染。

10.每天补充铜球，铜球应先用稀硫酸浸泡，且每天都要将其冲洗干净。

应把铜球表面的黑铜粉等氧化物冲刷掉，或用1∶15的稀氧化水冲洗。

（八）送电1.计算电流：浸入面积×18A/dm2=总电流。

2.镀铜时间(安培小时)：Ah=面积×厚度／K。

其中，K为理论常数，须测试，有的公司规定K=0.8，面积单位为平方分米，厚度单位为微米。

铜层厚度范围为90～200微米。

厚度如果小了也要调整K值，因为安培小时是恒定的。

3.送电方法(1)电流从小到大逐渐送，一分钟送1/3，3分钟送到规定值。

(2)以100～200A小电流施镀50Ah后，再慢慢将电流升至计算值。

4.注意事项(1)镀铜过程中要经常观察电流、温度、电压的稳定性。

(2)在设备导电良好的情况下，槽压应小于12V。

电压偏大说明硫酸少，导电性能差。

（九）影响镀层质量的因素在实际生产中，大家总结的影响镀层质量的因素主要有以下几个方面，应注意分析研究，加以控制。

1.电解液的成分电解液由单纯盐类组成，通常会形成粗糙的电镀层，因为结晶核的形成慢于结晶体的成长。

为了得到细密的电镀层，可以增加电解液中盐类(CuSO4)浓度，提高电流密度。

2.阳极金属的纯度含有杂质的金属在电解过程中，会离析出许多残渣，这些残渣黏附在阳极金属的表面，会使电解速度减慢。

因此，溶解性良好的阳极金属（电解铜球），其结构应是细密的，并且尽可能不含杂质。

3.镀液温度提高电镀液温度就能提高盐类（Cu2+·SO42-）离解程度，提高电解液的导电率，并且会促使形成镀层结构粗糙的电镀层。

而在提高溶液温度的同时也提高电流密度，就会形成结构细密的电镀层。

温度过低，容易出砂眼，版滚筒两端易出毛刺；温度过高，铜层变软，影响电雕。

因此，在生产中必须严格将温度控制在最佳范围（40±1℃）。

4.电流密度提高电流密度可以改善金属的沉积，但也会消耗靠近阴极板(版辊)的溶液，使靠近阴极板的金属离子浓度变得不足。

金属离子浓度的减少，会促使镀层的结构变得细密，但是在提高电流密度时，如果溶液搅拌不充分或温度过低，则又会造成镀层高低不平或粗糙。

电流密度过高，则所形成的镀层含氢量增多，呈现脆性或过硬。

5.氢离子的浓度和阴极性质在电镀过程中，酸根离子不断消耗，加上版辊直径的不同，会或多或少发生氢的离析，离析出的氢就会附着在铜层上，使铜层变脆。

而在正常工艺规范的数值内，提高溶液的pH 值、温度和电流密度，就会减少氢的离析和它对镀层质量的负面影响。

另外，镀层质量还受到其他因素如：溶液容量、循环速率、过滤、阳极/阴极距离等的影响。

在镀铜过程中，只有对各种化学因素、物理因素进行准确的分析，并做好记录，做好诸种元素的最佳匹配，才可能制作出优质的凹印版滚筒。

（十）规范研磨、抛光工艺为了得到最佳的光洁度,必须对版滚筒进行精细的研磨和抛光。

因此，规范研磨和抛光工艺是非常重要的。

1.规范研磨工艺应根据本公司的设备条件进行规范。

如：(1)一些大制版公司，产品档次高，都采用瑞士产的MDCpolishmaster车磨联合机。

其加工后的版滚筒，一是同心度特别精确，几何精度误差小于0.005mm；二是版滚筒的光洁度达到镜面光亮；三是完全符合印刷适性。

为了获得高质量的版滚筒，应根据车磨联合机的新旧情况，规范4种工艺流程。

①新车磨机：滚筒铜层→车磨加工→电雕。