王士磊

（青島安普泰科電子有限公司，山東 青島266108）

0 前言

硫酸鹽光亮鍍銅工藝具有鍍液成分簡(jiǎn)單且容易控制、鍍液的整平性及分散能力好、電流密度范圍寬、鍍層光亮度高及廢水處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于防護(hù)裝飾性五金電鍍、塑料電鍍、電鑄、制版以及印制線路板（PCB）和圖形電鍍中。雖然硫酸鹽光亮鍍銅工藝已經(jīng)非常成熟，但在實(shí)際電鍍生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)各種故障，其中鍍層毛刺和粗糙較為多見。筆者根據(jù)電鍍生產(chǎn)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，并參閱了一些資料，詳細(xì)介紹了酸銅鍍層產(chǎn)生毛刺的原因以及排除方法和預(yù)防措施。

1 毛刺產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

1.1 毛坯或者前處理的影響

1.1.1 毛坯的影響

酸銅鍍層上的毛刺，有時(shí)在鍍前的毛坯上就有了。由于底材毛坯色澤較暗，再加之毛刺較小，所以當(dāng)時(shí)看不出來(lái)。經(jīng)過(guò)電鍍光亮的酸銅層后，由于鍍層比較光亮，較小的毛刺就比較明顯了。

1.1.2 除油或者酸洗的影響

除油或者酸洗溶液由于使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在其表面會(huì)懸浮一層小油滴（或者油污）。當(dāng)工件從除油液或者酸洗液中取出時(shí)，溶液表面懸浮的油污黏附在工件表面，導(dǎo)致后續(xù)的酸銅鍍層產(chǎn)生毛刺或者粗糙。

1.1.3 活化溶液被銅離子污染

活化的主要目的是清除工件表面的氧化膜或者輕微的銹跡，使基體金屬完全裸露出來(lái)。當(dāng)活化溶液被銅離子污染后，鐵基體的工件進(jìn)入活化溶液就會(huì)和溶液中的銅離子發(fā)生置換反應(yīng)，從而導(dǎo)致后續(xù)的酸銅鍍層產(chǎn)生毛刺或者粗糙。

1.2 預(yù)鍍層的影響

1.2.1 預(yù)鍍層太薄

預(yù)鍍層太薄，基體的鐵材質(zhì)會(huì)通過(guò)預(yù)鍍層的孔隙置換溶液中的銅，形成點(diǎn)狀疏松的置換層。在其上電鍍酸銅后就會(huì)形成毛刺、粗糙或者氣泡的外觀。在實(shí)際電鍍生產(chǎn)中必須保證預(yù)鍍層的厚度，一般預(yù)鍍銅的時(shí)間大于3min，預(yù)鍍鎳的時(shí)間大于7min。

1.2.2 預(yù)鍍層粗糙

預(yù)鍍層粗糙，電鍍酸性光亮銅后，鍍層粗糙更加明顯，嚴(yán)重的粗糙尖端放電會(huì)出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象。

1.2.3 預(yù)鍍鎳層的工件未及時(shí)通電

預(yù)鍍鎳層的工件進(jìn)入酸銅溶液后未及時(shí)通電，會(huì)置換酸銅溶液中的銅，形成疏松、粗糙的置換層，導(dǎo)致酸銅鍍層產(chǎn)生毛刺或者粗糙。

1.3 磷銅陽(yáng)極的影響

1.3.1 銅陽(yáng)極中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

硫酸鹽光亮鍍銅使用含磷的銅陽(yáng)極。在銅陽(yáng)極中摻入少量的磷，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的電解處理后，銅陽(yáng)極表面生成一層黑色的“磷膜”，其主要成分為磷化銅（Cu3P）。這層黑色磷化膜具有金屬導(dǎo)電性，它能加快Cu＋的氧化，減少Cu＋的積累，大大減少了Cu＋進(jìn)入溶液的機(jī)會(huì)。一般銅陽(yáng)極中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.030%～0.075%是比較合理的。

1.3.2 露在酸銅溶液外的磷銅陽(yáng)極的影響

露在酸銅溶液外的磷銅陽(yáng)極沒有黑色磷化膜的保護(hù)，當(dāng)鈦籃內(nèi)的磷銅陽(yáng)極逐漸消耗時(shí)，沒有黑色磷化膜保護(hù)的磷銅陽(yáng)極落入酸銅溶液中，很快產(chǎn)生Cu＋，形成銅粉，造成鍍層毛刺、粗糙。

1.3.3 陽(yáng)極面積的影響

陽(yáng)極面積過(guò)小，會(huì)使陽(yáng)極電流密度過(guò)大，造成陽(yáng)極鈍化加劇，產(chǎn)生過(guò)多的Cu＋。由于Cu＋的水解，進(jìn)而產(chǎn)生過(guò)多的銅粉，導(dǎo)致鍍層產(chǎn)生毛刺、粗糙。在電鍍生產(chǎn)過(guò)程中陽(yáng)極不斷地溶解變小，必須經(jīng)常加入磷銅球粒，以保持足夠的陽(yáng)極面積。一般應(yīng)保證陽(yáng)極與陰極的面積比為2.0～2.5。

1.3.4 陽(yáng)極導(dǎo)電性的影響

鈦籃陽(yáng)極掛鉤與陽(yáng)極杠必須接觸良好，以保證銅陽(yáng)極能夠正常溶解。如果部分陽(yáng)極鈦籃導(dǎo)電不良，就會(huì)大大提高其他銅陽(yáng)極的溶解電流，也就相當(dāng)于減小了有效的銅陽(yáng)極面積，這樣對(duì)銅陽(yáng)極的溶解極為不利，而且加大了銅粉產(chǎn)生的可能，導(dǎo)致鍍層出現(xiàn)粗糙、毛刺。

1.3.5 陽(yáng)極袋的影響

在銅陽(yáng)極溶解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的陽(yáng)極泥和銅微粒，使用陽(yáng)極袋可保證這些細(xì)小的微粒不被鍍覆到工件上。陽(yáng)極袋破損或者開線時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。在生產(chǎn)中要經(jīng)常清洗陽(yáng)極板，清除陽(yáng)極袋中的陽(yáng)極泥。陽(yáng)極袋在使用前用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～10%的硫酸浸泡，并用純水清洗干凈。

1.3.6 磷銅陽(yáng)極的自溶

當(dāng)酸銅槽長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)時(shí)，應(yīng)將磷銅陽(yáng)極從溶液中取出，否則磷銅陽(yáng)極在酸銅溶液中會(huì)發(fā)生自溶，使溶液中硫酸銅的質(zhì)量濃度升高。

1.4 硫酸的影響

當(dāng)H2SO4的質(zhì)量濃度過(guò)高時(shí)，因陰極電流效率下降，析氫較多，若攪拌不充分，鍍層會(huì)出現(xiàn)麻點(diǎn)。當(dāng)Cu＋出現(xiàn)并進(jìn)入溶液時(shí)，若溶液中有足夠的H2SO4及空氣，就可以將Cu＋氧化成Cu2＋。但當(dāng)溶液中的H2SO4不足時(shí)，Cu＋會(huì)水解成Cu2O，并以電泳的方式沉積在鍍層表面，產(chǎn)生毛刺、粗糙；又由于不穩(wěn)定，還可以發(fā)生歧化反應(yīng)，生成的Cu也會(huì)以電泳的方式沉積于鍍層中，使鍍層產(chǎn)生毛刺、粗糙。

在電鍍生產(chǎn)過(guò)程中H2SO4的質(zhì)量濃度可以用赫爾槽進(jìn)行分析：250mL赫爾槽2A攪拌鍍時(shí)，電壓應(yīng)在2.8～3.0V之間；電壓高于3.2V，則說(shuō)明鍍液中H2SO4的質(zhì)量濃度偏低，可以根據(jù)赫爾槽實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充一定量的H2SO4；電壓低于2.5V，則說(shuō)明H2SO4的質(zhì)量濃度偏高。

1.5 硫酸銅的影響

硫酸銅的質(zhì)量濃度偏高，硫酸的質(zhì)量濃度也相應(yīng)地偏高，在這樣的溶液中硫酸銅容易結(jié)晶析出。這樣陽(yáng)極表面和陽(yáng)極袋（或者鈦籃）上就會(huì)有一層硫酸銅析出，造成有效陽(yáng)極面積減小、槽電壓升高、陽(yáng)極趨于鈍化，會(huì)導(dǎo)致鍍層毛刺、粗糙。

在電鍍生產(chǎn)過(guò)程中也可以根據(jù)赫爾槽試片判斷硫酸銅質(zhì)量濃度的高低：250mL赫爾槽1A靜鍍3～5min，在光亮劑的質(zhì)量濃度正常時(shí)，試片高端燒焦（呈海綿狀）的寬度應(yīng)在1cm左右，若小于5mm，則說(shuō)明硫酸銅的質(zhì)量濃度過(guò)高，可以稀釋一下鍍液。

1.6 添加劑的影響

添加劑要以少加勤加的原則添加，添加量以消耗量和赫爾槽試驗(yàn)為標(biāo)準(zhǔn)。在硫酸鹽光亮鍍銅中光亮劑比例失調(diào)也會(huì)造成鍍層毛刺、粗糙。鍍液中低位光亮劑過(guò)多，可導(dǎo)致鍍件高電流尖端處出現(xiàn)毛刺，這時(shí)可適量加入高位光亮劑加以調(diào)整。

1.7 氯離子的影響

氯離子是酸銅溶液中不可缺少的一種成分。它對(duì)降低溶液電阻、保持陽(yáng)極正常溶解、抑制Cu＋的增多及穩(wěn)定光亮劑等均起到了重要的作用。鍍件高電流密度區(qū)的尖端處及邊緣處出現(xiàn)毛刺及均勻排列的點(diǎn)狀物，一般都是由于缺少氯離子所致。當(dāng)酸銅溶液中氯離子的質(zhì)量濃度低于10mg／L時(shí)，這種不良現(xiàn)象較為明顯。酸銅溶液中氯離子的質(zhì)量濃度過(guò)高時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象，氯離子會(huì)與Cu＋作用形成氯化亞銅沉淀，沉積于鍍層表面形成毛刺。氯離子的質(zhì)量濃度應(yīng)保持在30～80mg／L范圍內(nèi)。

1.8 雙氧水的影響

為了氧化酸銅溶液中的Cu＋，需要添加雙氧水使Cu＋氧化成Cu2＋。添加雙氧水氧化Cu＋的同時(shí)，會(huì)消耗一定量的硫酸。當(dāng)硫酸的質(zhì)量濃度降低到一定程度時(shí)，補(bǔ)加雙氧水將起不到應(yīng)有的作用。氧化1g Cu＋需要8.1g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的雙氧水，并消耗1.55g硫酸。

1.9 溫度的影響

溫度對(duì)酸銅鍍層的整平性影響較大。溫度過(guò)低，光亮劑在陰極表面的吸附狀態(tài)不理想，陰極極化不強(qiáng)，鍍層的整平性差；溫度過(guò)高，使陰極極化降低，不利于光亮劑在陰極表面吸附，光亮劑會(huì)分解而且使溶液中的Cu＋增多，造成鍍層毛刺、粗糙、光亮范圍變窄。在實(shí)際生產(chǎn)中，酸銅溶液需要配備冷凍設(shè)備，允許的溫度范圍控制在16～35℃較為合理。

1.10 陽(yáng)極電流密度的影響

當(dāng)陽(yáng)極電流密度過(guò)大時(shí)，陽(yáng)極鈍化加劇，發(fā)生可逆的歧化反應(yīng)，產(chǎn)生較多的Cu＋，Cu＋水解生成較多的銅粉。

1.11 管狀工件內(nèi)壁置換銅的影響

管狀工件在預(yù)鍍銅或者預(yù)鍍鎳后，其內(nèi)壁未被鍍上預(yù)鍍層。因此，在酸銅溶液中管狀工件的內(nèi)壁會(huì)形成置換銅層。置換銅層在陰極移動(dòng)、空氣攪拌及出槽振動(dòng)時(shí)掉入酸銅溶液中，在電鍍過(guò)程中以電泳的形式被鍍覆在工件表面，形成粗糙或毛刺。

可以在CuSO2和H2SO4中添加一種添加劑，這種添加劑具有阻礙置換反應(yīng)、細(xì)化置換銅層和潤(rùn)濕等功能。在此溶液中浸過(guò)的鐵管，其內(nèi)外表面有一層淡粉紅色的薄銅層。這層銅層與鐵基體結(jié)合良好，而且電鍍酸銅后細(xì)致、光亮，無(wú)起皮現(xiàn)象。

1.12 外界固體懸浮微粒帶入的影響

外界的固體懸浮微粒進(jìn)入酸銅溶液后就會(huì)沉積到鍍層表面形成毛刺、粗糙。主要通過(guò)掛鉤上的疏松鍍層掉入、硫酸銅加入時(shí)帶入不溶性微粒、掛具或者極杠上的銅銹掉入、壓縮空氣中的塵埃等方式進(jìn)入鍍液。

1.13 攪拌和過(guò)濾的影響

攪拌可以消除濃差極化，從而提高電流密度。攪拌可以采用空氣攪拌或者陰極移動(dòng)。陰極移動(dòng)的方向要與陽(yáng)極表面成一定的角度，這樣有利于孔內(nèi)溶液流動(dòng)，孔內(nèi)氣泡也能及時(shí)被趕走。一般移動(dòng)次數(shù)為15～20次／min，移動(dòng)幅度為25～50mm。采用空氣攪拌可以給鍍液帶來(lái)中度到強(qiáng)烈的攪拌，同時(shí)提供一定的氧氣，加速鍍液中多余的Cu＋氧化成Cu2＋。所以建議采用空氣攪拌。

由于攪拌對(duì)鍍液的翻動(dòng)較大，所以對(duì)鍍液的清潔程度提出了更高的要求。為了保證鍍層質(zhì)量，應(yīng)配備連續(xù)過(guò)濾裝置，不論采用聚丙烯（PP）濾芯，還是采用其他過(guò)濾介質(zhì)，其過(guò)濾精度應(yīng)為5～10μm；鍍液每h交換不小于3次；過(guò)濾出口安裝在槽底，進(jìn)口安裝在液面下10mm處，進(jìn)出管口對(duì)應(yīng)在鍍槽的對(duì)角線上，以達(dá)到最佳的過(guò)濾效果。

2 總結(jié)

在酸性硫酸鹽鍍銅中造成鍍層毛刺、粗糙的原因很多，在上述影響因素中有的單獨(dú)產(chǎn)生影響，有些相互影響最終導(dǎo)致鍍層出現(xiàn)毛刺、粗糙。在實(shí)際電鍍生產(chǎn)過(guò)程中，我們必須遵循規(guī)律，科學(xué)地分析問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際，積累經(jīng)驗(yàn)，更好地解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題。