焦磷酸盐镀铜工艺研究
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毕业论文
题目：焦磷酸盐镀铜工艺研究
学院：化学化工学院
专业：应用化学班级: 0701学号：************学生姓名：***
导师姓名：肖鑫
完成日期：2011年6月10日
目录
摘要 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
0前言 (3)
1焦磷酸盐镀铜的机理探讨 (4)
2实验材料与仪器 (5)
2.1药品及材料 (5)
2.2仪器 (5)
3实验研究部分 (5)
3.1工艺流程 (5)
3.1.1碱性脱脂 (5)
3.1.2酸洗除锈 (5)
3.1.3阴极电解脱脂 (6)
3.1.4 超声波脱脂 (6)
3.1.5化学镀镍 (6)
3.2镀液性能检测 (7)
3.2.1沉积速度的测定 (7)
3.2.2结合力的测定 (7)
3.2.3深度能力的测定 (7)
3.2.4分散能力的测定 (7)
3.2.5阴极电流效率的测定 (8)
4实验结果与讨论 (8)
4.1 基础配方的确定 (8)
4.2 主要功能成分的作用与影响 (9)
4.2.1焦磷酸铜 (9)
4.2.2焦磷酸钾 (9)
4.2.3 PL光亮剂 (10)
4.2.4 PL开缸剂 (11)
4.2.5 氨水 (11)
4.3工艺参数的影响 (12)
4.3.1 P比的影响 (12)
4.3.2 pH的影响 (13)
4.3.3 温度的影响 (13)
4.3.4 电流密度的影响 (13)
4.4杂质离子的影响 (14)
4.4.1 Cr6+对镀液的影响 (15)
4.4.2 Pb2+的影响 (15)
4.4.3 Fe3+的影响 (15)
4.4.4 CN-的影响 (16)
4.5 性能检测 (17)
4.5.1 沉积速度 (17)
4.5.2 深镀能力 (17)
4.5.3 分散能力 (18)
4.5.4 阴极电流效率 (18)
4.6 镀液维护 (18)
5结论 (20)
参考文献 (20)
致谢 (21)
0前言
铜是玫瑰红色富有延展性的金属。原子量为63.54，比重8.9、熔点1083℃。一价铜的电化当量为2.372g/安培小时，二价铜的电化当量为1.186g/安培小时[1]。铜镀层由于具有良好的可塑性、结合性及易抛光性，广泛用于装饰性保护镀层的底层，这样不但可以减少镀层孔隙，而且可以节约贵重金属的耗用量。另外，由于碳在铜中扩散渗透困难，在工业生产中为了防止局部渗碳往往也要采用镀铜工艺。因此，作为可以改变固体材料表面特性的镀铜工艺在工业上广泛采用。焦磷酸盐镀铜是采用焦磷酸铜作为主盐，加上络合剂及其它辅助络合剂、光亮剂等成分，通过控制pH值、电流密度、空气搅拌及温度等工艺条件得到结晶细致光亮镀层的一种工艺。由于镀液不含氰化物，电流效率高，抛光性好，不需要额外通风设备和吸风装置，因此非常适合于工业大批量生产。因此镀铜成为电镀工业中最重要的一种单金属镀层[2]。
铜镀层具有美丽的紫红色外观、柔软、孔隙少、韧性好、传热导电性强，常用作钢铁件多层镀铬的中间层和钢铁件镀锡、镀银和镀金的底层，以提高基体金属和表面镀层之间的结合力，也可用作锌、铝压铸件的底镀层 [3]。
目前镀铜主要有氰化物镀铜，焦磷酸盐镀铜、酸性光亮镀铜。
氰化物镀铜具有结晶细致，分散能力和覆盖能力好等特点，是良好的预镀铜层，可以在钢铁件、黄铜件、锌压铸件、焊锡件上直接电镀 [4]；但氰化镀铜液含有大量的有毒氰化物，不符合清洁生产要求。
酸性光亮镀铜光亮平整性非常好，具有高平整性，高电流密度等特点，但是其分散能力差，对很多复杂零件根本无法施镀[5]。
相对其他的镀种，焦磷酸盐镀铜具有成分简单，镀液稳定，电流密度高，电流效率高，深度能力强，均镀能力强，结晶细致，易获得较厚的镀层等优势，且镀液无镀[6]。易于维护，符合当前的环境需求。第一次投资大，工件人槽前需经过严格的前处理，钢铁基体上不能直接镀铜，而需预镀或经丙烯基硫脲浸铜后方可人槽镀铜。同时，焦磷酸盐镀铜的致命缺点是焦磷酸钾会水解成磷酸盐，随着磷酸盐的增加，电流密度下降，沉积速度降低。
镀铜工艺是研究最早的镀种之一，1810年发明了酸性镀铜法，1847年发明了焦磷酸盐镀铜，但是到1941年才真正的用于实际生产，1934年发明了氰化镀铜。开展无氰镀铜以来，还先后涌现了HEDP镀铜，柠檬酸——就是酸盐镀铜，三乙醇胺镀铜，乙二胺镀铜等，大多已被淘汰[7]。所以，无氰镀铜的工艺研究经
历了漫长的历程。焦磷酸盐镀铜工艺在国内应用于生产已有二十多年的历史，是国内电镀行业防护装饰性镀层工艺中常用的镀铜工艺之一[8]。但一直由于其镀液稳定性不如传统的氰化镀和酸性光亮铜，对杂质离子的兼容性不是很强，且成本相对较高，所以，一直得不到广泛的应用。但就其对环境的压力而言，因为其对环境造成的污染很小，废液容易处理，一直受到学者的大为支持。
，
1焦磷酸盐镀铜的机理探讨
镀液中的离子状态。首先，K
6[Cu(P
2
7
)
2
]分解为：
K6[Cu(P207)2]→6K++[Cu(P207)2]6-
接着，[Cu(P
20
7
)
2
]6-络离子在阴极双电层区按下式分解：
[Cu(P
20
7
)
2
]6-→[Cu(P
2
7
)]2-+P
2
O
7
4-
阳极反应：Cu-2e→Cu2+（主反应）
2OH--2e→H
2O+O
2
↑(副反应）
阴极反应:对于[Cu(P
2O
7
)
2
]6-络离子来说，它在阴极上直接放电是比较困难的，因
为它有较高的配位数和较多的负电荷数，估计在阴极上放电的是[Cu(P
20
7
)]2-络离
子[9]：
[Cu(P
20
7
)]2-+2e→Cu+P
2
O
7
4-
这样的反应步骤之所以能成立是因为[Cu(P
20
7
)]2一络离子的半径比
[Cu(P
20
7
)
2
]6一络离子小，配位数低，相应地在电极上放电所需要的活化能也较低，
受荷负电的电极的排斥作用弱一些，而且从[Cu(P
20
7
)
2
]6一络离子转化为
[Cu(P
20
7
)]2一络离子的速度不够快，这一步是提高阴极极化的主要因素之一[10]。
在阴极上起副反应的还有：
Cu2++2e—→Cu（副反应） 2H++2e—H
2
↑（副反应）
2H20+2e—H2↑+20H一（副反应）