表面处理4-镀铜

第四章鍍銅4.1銅的性質色澤：玫瑰紅色原子量：63.54原子序：29電子組態：1S22S22P63d104S1比重：8.94熔點：1083℃沸點：2582℃Brinell硬度43-103電阻：1.673lW-cm，20℃抗拉強度：220～420MPa12.標準電位：Cu++e-→Cu為＋0.52Ｖ；Cu++＋2e-→Cu為＋0.34V。質軟而韌，延展性好，易塑性加工導電性及導熱性優良良好的拋光性易氧化，尤其是加熱更易氧化，不能做防護性鍍層會和空氣中的硫作用生成褐色硫化銅會和空氣中二氧化碳作用形成銅錄會和空氣中氯形成氯化銅粉末銅鍍層具有良好均勻性、緻密性、附著性及拋光性等所以可做其他電鍍金屬之底鍍鍍層。鍍層可做為防止滲碳氮化銅唯一可實用於鋅鑄件電鍍打底用銅的來源充足銅容易電鍍，容易控制銅的電鍍量僅次於鎳回目錄4.2銅鍍液配方之種類可分為二大類：1.酸性銅電鍍液：優點有：成份簡單毒性小，廢液處理容易鍍浴安定，不需加熱電流效率高價廉、設備費低高電流密度，生產速率高缺點有：鍍層結晶粗大不能直接鍍在鋼鐵上均一性差2.氰化銅電鍍液配方：優點有：鍍層細緻均一性良好可直接鍍在鋼鐵上缺點有：毒性強，廢液處理麻煩電流效率低價格貴，設備費高電流密度小，生產效率低鍍液較不安定，需加熱P.S配合以上二種配方優點，一般採用氰化銅鍍液打底後，再用酸性銅鍍液鍍銅，尤其是鍍層厚度需較厚的鍍件。回目錄4.3硫酸銅鍍浴(CopperSulfateBaths)硫酸銅鍍浴的配製(prepare)、操作(operate)及廢液處理都很經濟，可應用於印刷電路(printedcircuits)、電子(electronics)、印刷板(photogravure)、電鑄(electroforming)、裝飾(decorative)及塑膠電鍍(platingonplastics)。其化學成份簡單，含硫酸銅及硫酸，鍍液有良好導電性，均一性差但目前有特殊配方及添加劑可以改善。鋼鐵鍍件必須先用氰化銅鍍浴先打底或用鎳先打底(strike)，以避免置換鍍層(replacementdiposits)及低附著性形成。鋅鑄件及其他酸性敏感金屬要充份打底，以防止被硫酸浸蝕。鍍浴都在室溫下操作，陽極必須高純度壓軋銅，沒有氧化物及磷化(0.02到0.08wt％P)，陽極銅塊(copperanodenuggets)可裝入鈦籃(titaniumbaskets)使用，陽極必須加陽極袋(anodebag)，陽極與陰極面積比應2：1，其陽極與陰極電流效率可達100％，不電鍍時陽極銅要取出。4.3.1硫酸銅鍍浴(standardacidcopperplating)(1)一般性配方(generalformulation)：Coppersulfate195-248g/lSulfuricacid30-75g/lChloride50-120ppmCurrentdensity20-100ASF(2)半光澤(semibrightplating)：Clifton-Phillips配方CopperSulfate248g/lSulfuricacid11g/lChloride50-120ppmThiourea0.00075g/lWettingagent0.2g/l(3)光澤鍍洛(brightplating)：beaver配方Coppersulfate210g/lSulfuric60g/lChloride50-120ppmThiourea0.1g/lDextrin糊精0.01g/l(4)光澤電鍍(brightplating)：Clifton-Phillips配方Coppersulfate199g/lSulfuricacid30g/lChloride50-120ppmThiourea0.375g/lWolasses糖密0.75g/l4.3.2高均一性酸性銅鍍浴配方(HighThrowBath)用於印刷電路，滾桶電鍍及其他需高均一性之電鍍應用。Coppersulfate60-90g/lSulfuricacid172-217g/lChloride50-100ppmProprietaryadditive專利商品添加劑按指示量4.3.3酸性銅鍍浴之維護及控制(MaintenanceandControl)1.組成：硫酸銅是溶液中銅離子的來源，由於陰極及陽極電流效率正常情況接近100％，所以陽極銅補充銅離子是相當安定的。硫酸增進溶液導電度及減小陽極及陰極的極化作用(polarization)並防止鹽類沈澱和提高均一性(throwingpower)。高均一性鍍浴中銅與硫酸比率要保持1：10。硫酸含量超過11vol％則電流效率下降。氯離子在高均一性及光澤鍍浴中，可減少極化作用及消除高電流密度之條紋沈積(striateddeposits)。#溫度：太部份鍍浴在室溫下操作，如果溫度過低則電流效率及電鍍範圍(platingrange)將會減少。如果光澤性不需要，則可將鍍浴溫度提升到50℃以提高電鍍範圍，應用於電鑄(electroforming)，印刷電路或印刷板等。#攪拌：可用空氣、機械、溶液噴射(solutionjet)或移動鍍件等方法攪拌，攪拌愈好則容許電流密度(allowablecurrentdensity)愈大。#雜質:有機雜質是酸性鍍浴最常見的、其來源有光澤劑(brighteners)的分解生成物，槽襯、陽極袋未過濾到物質、電鍍阻止物(stopoffs)、防銹物質(resists)及酸和鹽之不純物。鍍浴變綠色表示相當量之有機物污染，必需用活性碳處理去除有機物雜質，有時過氧化氫及過錳酸鉀(potassiumpermanganate)有助於活性碳去除有機雜質，纖維過濾器(cellulosefilter)不能被使用。金屬雜質及其作用如下：銻(antimony)：10-80g/l，粗糙及脆化鍍層，加膠(gelatin)或單檸酸(tannin)可抑制銻共同析出(codeposition)。砷(arsenic)20-100ppm：同銻。鉍(bismuth)：同銻。鎘(cadmium)＞500ppm：會引起浸鍍沈積(immersiondeposit)及陽極極化作用，能用氯子控制。鎳＞1000ppm：同鐵。鐵＞1000ppm：減低均一性及導電度。錫500-1500ppm：同鎘。鋅＞500ppm：同鎘。4.3.4酸性銅鍍浴之故障及原因1.燒灼在高電流密度區：銅含量太少有機物污染溫度太低氯離子太少攪拌不夠2.失去光澤：光澤劑太少溫度太高有機物污染銅含量太少低氯離子濃度3.精糙鍍層：固體粒子污染陽極銅品質不佳陽極袋破裂氯離子含量不足4.針孔：有機物污染氯離子太少陽極袋腐爛5.電流太低：有機物污染氯含量太多硫酸含量不夠電流密度太小添加劑不足溫度過高6.陽極極化作用：錫、金污染氯含量太多溫度太低硫酸含量過多陽極銅品質不好硫酸銅含量不足4.3.5酸性銅鍍浴之添加劑有很多添加劑如膠、糊精、硫、界面活性劑、染料、尿素等，其主要目的有：平滑鍍層減少樹枝狀結晶提高電流密度光澤硬度改變防止針孔回目錄4.4化鍍銅浴(CopperCyanideBaths)氰化鍍銅帶給人體健康危害及廢物處理問題，在厚鍍層已減少使用但在打底電鍍仍大量使用。氰化鍍銅鍍浴之化學組成最重要的是自由氰化物(freecyanide)及全氰化物(totalcyanide)含量，其計算方程式如下：K2Cu(CN)3全氰化鉀量＝氰化亞銅需要量×1.45＋自由氰化鉀需要量K2Cu(CN)3全氰化鈉量＝氰化亞銅需要量×1.1＋自由氰化鈉需要量例:鍍浴需2.0g/l的氰亞化銅及0.5g/l自由氰化鉀，求需多少氰化鉀？解需氰化鉀量＝2.0×1.45＋0.5＝3.4g/l陽極銅須用沒有氧化物之純銅，它可以銅板或銅塊裝入鋼籃內須陽極袋包住。鋼陽極板用來調節銅的含量。陰極與陽極面積比應1：1勤1：2。4.4.1化銅低濃度浴配方(打底鍍浴配方)氰化亞銅(coprouscyanide)CuCN20g/l氰化鈉(sodiumcyanide)NaCN30g/l碳酸鈉pH值11.5溫度40℃電流效率30～60％電流密度0.5～1A/cm24.4.2化銅中濃度浴配方氰化亞銅(coprouscyanide)CuCN60g/l氰化鈉(sodiumcyanide)NaCN70g/l苛性鈉(sodiumhydroxide)NaOH10～20g/l自由氰化鈉(freecyanide)5～15g/lpH值12.4溫度60～70℃電流密度1～2A/dm2電流效率80～90％4.4.3氰化銅高濃度浴配方氰化亞銅CuCN120g/l氰化鈉NaCN135g/l苛性鈉NaOH42g/l光澤劑Brightener15g/l自由氰化鈉freesodiumcyanide)3.75～11.25g/lpH值12.4～12.6溫度78～85℃電流密度1.2～11A/dm2電流效率90～99％4.4.4氰化鍍銅全鉀浴配方氰化亞銅CuCN60g/l氰化鉀KCN94g/l碳酸鉀15g/l氫氧化鉀KOH40g/l自由氰化鉀5～15g/lpH值＜13浴溫78～85℃電流密度3～7A/dm2電流效率95％4.4.5化鍍銅全鉀浴之優點之缺點高電流密度也可得光澤鍍層導電度高光澤範圍廣帶出損失量少光澤好藥品較貴平滑作用佳4.4.6酒石酸鉀鈉氰化鍍銅浴配方(RochellecyanideBuths)氰化亞銅CuCN26g/l氰化鈉NaCN35g/l碳酸鈉酒石酸鉀鈉NaKC4H4O6‧6H2O45g/l自由氰化納5～10g/lpH值12.4～12.8浴溫60～70℃電流密度1.5～6A/d㎡電流效率50～70％4.4.7化鍍銅浴各成份的作用及影響1.主鹽：NaCu(CN)2和Na2Cu(CN)3二種形式存在，其作用有：CuCN＋NaCN＝NaCu(CN)2CuCN＋2NaCN＝Na2Cu(CN)3Na2Cu(CN)3?2Na+(aq)+Cu(CN)3-(aq)Na2Cu(CN)3?2Na+(aq)+Cu(CN)3-(aq)Cu(CN)3-?Cu++3CN-Cu(CN)2-?Cu++2CN-由於銅的錯離子Cu(CN)2-及Cu(CN)3-的電離常數非常小，使陰極之極化作用很大，使銅不易置換析出，所以可直接在鋼鐵上鍍銅，但使電流效率降低，有氫氣產生，電鍍產量降低。主鹽對陰極極化作用影響很大，主鹽濃度提高則可降低陰極極化作用，幫助陽極溶解，防止陽極鈍態形成。2.自由氰化物，NaCN，KCN，幫助陽極溶解，防止錯鹽沈澱，安定鍍浴。含量太多會加深極化作用產生大量氫氣使電流效率降低。3.碳酸鈉，防止氰化鈉水解，降低陽極極化作用，幫助陽極溶解。4.苛性鈉，降低氫離子濃度，增加導電度，提高電流效率及使用的電流密度。5.酒石酸鉀鈉，可提高陽極鈍化開始的電流密度。6.亞硫酸鹽或次亞硫酸鹽，可防止氰化鈉與空氣中的氧作用而分解，穩定亞銅離子Cu並有光澤作用，但含量過多則生成硫化銅，使鍍層變脆變黑。7.鉛雜質，少量時使鍍層變亮，超過0.002g/l則變脆。8.銀雜質，使結晶粗大，含量大於0.005g/l時鍍層呈海綿狀和樹枝狀結晶。9.有機物雜質會使鍍層不均勻，變暗色，精糙或針孔，陽極亦會被極10.化，通常以活性碳處理去除之。10.六價鉻雜質會使低電流密度區的鍍層起泡或不均勻，防止六價鉻的危害的最好方法是阻止它的來源或者用一些專利還元劑加以還元成三價鉻。11.鋅雜質，會使鍍層不均勻及黃銅顏色出現，可用低電流密度(0.2～0.4A/d㎡)電解去除。12.硫及硫化合物，使鍍層變暗色，在低電流密度區出現紅色鍍層，此現象在新的鍍浴容易發生，其原因是不純的氰化物及槽襯。13.其他金屬雜質會使鍍層粗糙，可用過濾或弱電鍍去除之。14.碳酸鈉可用冷凍方沈澱去除之，或用氧化鈣、氫氧化鈣、硫酸沈澱去除之。4.4.8化鍍銅浴之配製(1)用冷水溶解所需之氰化鈉。2.將所需之氰化亞銅緩慢加入氰化鈉水溶解中，此過程為放熱反應，不能過度加熱。(2)加入其他添加劑，攪拌均勻，取樣分析。(3)根據分析結果，補充和校正各成份。(4)低電流密度下弱電解