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研究开发无氰电镀低锡铜-锡合金(黄青铜)工艺技术取代传统工业中氰化物电镀工艺具有重要的实用价值和社会效益,有利于实现现代电镀工艺的清洁生产和达到绿色环保要求。在能替代氰化物电镀的无氰电镀铜-锡合金(黄青铜)的溶液体系中,焦磷酸盐溶液体系是最优选择,但目前在工业应用中只能用于挂镀。本文通过工艺试验探讨了焦磷酸盐溶液体系滚镀低锡铜-锡合金(黄青铜)作为打底镀层和加厚功能性镀层的最佳镀液组成与工艺条件;通过各种表征方法探讨了低锡铜-锡合金(黄青铜)镀层的表面形貌和镀层性能;通过电化学测试阴极极化曲线和循环伏安曲线探讨了焦磷酸盐溶液体系电沉积铜和铜锡合金的电化学行为及其动力学规律。试验在镀槽(60cm×50cm×55cm)和滚筒(直径10cm、径长30cm、孔径2mm)中试规模基础上探讨了焦磷酸盐溶液体系在低碳钢铁饼上滚镀低锡铜-锡合金(黄青铜)的最佳镀液组成与工艺条件以及各种因素对镀层结构与性能的影响。研究结果表明,镀液中焦磷酸钾浓度和添加剂的用量、电镀采用的电流和温度对合金镀层中锡含量影响不大,但对镀速影响显著。焦磷酸盐溶液滚镀低锡铜-锡合金(黄青铜)取代氰化物预镀铜的最优镀液组成与工艺条件为:K4P2O7300350g/L、Cu2P2O7·4H2O2025g/L、Sn2P2O70.81.2g/L、K2HPO4·3H2O60g/L、添加剂JZ-10.5mL/L、pH8.5、阴极电流密度为0.380.48A/dm2、镀液温度3035℃、滚筒转速15r/min、循环过滤。焦磷酸盐溶液滚镀低锡铜-锡合金(黄青铜)作为加厚功能性镀层的最佳镀液组成与工艺条件为:K4P2O7350400g/L、Cu2P2O7·4H2O2025g/L、Sn2P2O71.52.0g/L、K2HPO4·3H2O60g/L、添加剂JZ-100.5mL/L、pH8.5、阴极电流密度为0.340.46A/dm2、温度2535℃、滚筒转速15r/min、循环过滤。焦磷酸盐溶液滚镀低锡铜-锡合金(黄青铜)新工艺的镀液成分简单稳定且易于维护,获得铜锡合金镀层为典型的Cu13.7Sn晶体结构,外观金黄光亮、孔隙率低、耐蚀性能好,具有良好的机械性能与物理性能。实验通过阴极极化曲线法和循环伏安法对焦磷酸盐溶液体系电沉积铜和铜锡合金的电化学行为及其动力学规律进行了初步研究。研究结果表明,焦磷酸盐溶液体系电沉积铜及铜锡合金的阴极还原反应均为不可逆电极反应,表现为络阴离子放电还原的动力学规律,电极过程控制步骤为电极反应步骤,其电沉积动力学方程为η=0.29+0.52logik,Cu2P2O7·4H2O在电极反应中的反应级数为一级,不存在前置或后置转化反应,焦磷酸盐溶液体系电沉积铜可能的反应机理是(CuP2O7)2-+2e→Cu+P2O74-。焦磷酸盐溶液体系电沉积铜锡合金过程中电沉积的铜与锡存在相互作用。