40 预镀层镀上酸铜后未弯曲就存在起皮
根据实验结果得出,当焦磷酸铜含量为2g/L时薄铜度层不完整,继续增加焦磷酸铜含量到5g/L时镀层的结合力良好,未起皮。当焦磷酸铜含量达到10g/L,20g/L时镀层的结合力越来越差,当含量达到40g/L时镀层未弯曲就有起皮脱落。
根据“电位活化理论”,在电沉积初始过程中,当金属离子的还原电位负于基体表面的活化电位时,阴极过程将首先极化至活化电位,完成对基体的表面活化,随后再极化至金属镀层的析出,形成具有良好结合强度的电镀层。反之,金属镀层只能在钝化的表面沉积,得到结合强度差的电镀层。铜含量低时,沉积速度慢,影响了镀层的整平性和光泽。铜含量过高时极化作用降低,镀层粗糙,影响镀层均匀性。
5.2.2 焦磷酸钾
焦磷酸钾是镀铜溶液中的主要配位剂。它与铜离子配合成焦磷酸铜钾:
Cu2++2K4 P2O7→K6 [Cu( P2O7)2] + 2K+
Cu2(P2O7)+3K4P2O7→2K6 [Cu( P2O7)2]
为了使镀液稳定和有较高的分散能力,并使镀铜层结晶细致、改善阳极溶解和提高镀铜液的导电性能,镀液中焦磷酸钾的含量必须大于其与铜离子生成的配合物盐的量。本实验采用焦磷酸钾350g/L。
5.2.3 柠檬酸铵
柠檬酸铵是辅助配位剂,它不仅能改善电解液的分散能力和阳极溶解性能,还可以增强镀液的缓冲作用。表5.2为柠檬酸铵加入量对镀层结合力与镀层外观的影响。
表5.2 柠檬酸铵含量对镀层结合力、镀层外观的影响
柠檬酸铵含量(g/L) 结合力 镀层外观
5 镀层弯曲1次后有起皮 镀层较粗糙呈暗红
15 镀层弯曲至断裂未起皮脱落 镀层平整光亮
25 镀层弯曲至断裂未起皮脱落 镀层平整光亮
35 镀层弯曲至断裂未起皮脱落 镀层平整光亮
由实验结果得出,当柠檬酸铵加入量为5g/L时镀层结合力较差,镀层外观较粗糙。随着柠檬酸铵含量的增加,当其含量达到15g/L时,镀层结合力得到改观,弯曲镀层至断裂未起皮脱落,镀层也变得平整光亮。当继续添加柠檬酸铵至25g/L和35g/L时,镀层的结合力和依然良好,镀层外观平整光亮。
因为柠檬酸铵改善了镀层的分散能力,促进阳极溶解,扩大阴极电流密度。使镀层结晶细致。但是柠檬酸铵含量过高也没有其他好处。
5.2.4 硝酸铵
硝酸铵为焦磷酸盐镀铜的辅助配位剂。表5.3为硝酸铵含量对镀层结合力和镀层外观的影响。
表5.3 硝酸铵含量对镀层结合力、镀层外观的影响
硝酸铵含量(g/L) 结合力 镀层外观
5 镀层弯曲至断裂未起皮 镀层有针孔,较粗糙
15 镀层弯曲至断裂未起皮 镀层平整光亮
25 镀层弯曲至断裂未起皮 镀层粗糙
35 镀层弯曲至断裂未起皮 镀层粗糙
由实验结果得出,当硝酸铵加入量为5g/L时,镀层有针孔,并且较粗糙。随着硝酸铵的增加,镀层外观得到改善,当硝酸铵含量为15g/L时镀层变得平整光亮。当继续加硝酸铵达到25g/L和35g/L时,镀层变得粗糙。另外硝酸铵加入量无论多少都能通过结合力试验。
加入硝酸铵能提高阴极电流密度上限,减少针孔,因为NO3-+10H++8e→NH4++3H2O
由于NO3-与阴极的H+反应从而抑制了H+的还原和氢气的生成,从而提高了阴极电流密度上限,减少了镀层针孔,但随着硝酸铵含量的提高,镀液阴极效率逐渐降低。因此硝酸铵含量控制为15g/L。
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