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酸性亮铜工艺不可忽视的二个因素

2021-09-03 09:10:15

酸性亮铜工艺不可忽视的二个因素


                                     王 琰/文  储荣邦/校

[摘 ]叙述了酸性亮铜镀槽宽度、电流与电压的关系以及电压与镀液性能的关系。

0  前言

光亮酸性镀铜在实际生产中占有相当重要的地位,这与酸性亮铜的优点是分不开的,成本低、成分简单、电流效率高、出光速度快、整平和柔软性好,所以目前防护装饰性电镀的中间层、塑料电镀以及印刷电路板的孔金属化电镀中全部采用该工艺。

酸性亮铜工艺要达到理想状态,决不是一件容易的事,需要注意的问题很多,如配方的准确、光亮剂的选择与正确添加、阳极板的面积与质量、镀液的洁净、液温、电源的波型、原材料的纯度、镀槽的宽度与深度、工件前处理的好坏等诸多问题都会直接影响到酸性亮铜工艺的质量,以下是笔者在生产实践中遇到的一些现象与解决方法,供同行参考。

1  镀槽宽度的影响

某专门电镀钢笔、圆珠笔零件的工厂,生产正常、质量稳定。有一次碰到一批工艺品要求电镀时,在通过小批量试验、改用进口光亮剂和新配槽后,效果不好,主要表现在工艺品突出的部位很亮,工件凹下去的部位亮度明显下降,当然整平也不行,凹得很深的部位更无法镀亮,因此找笔者帮助解决问题。笔者了解情况后,发现该厂的亮铜槽内部宽度仅48cm,而且二阳极实际间隔仅40cm,工件本身厚度10~15cm,即工件最厚部分离阳极仅10cm稍多一些,因此认为镀槽尺寸太小,无法镀大工件,所以低电流区不亮不是由镀液不良引起的。

于是笔者先对镀液进行试验取一挂具笔杆在原镀槽中进行试镀,8min后得到合格光亮的铜镀层。测量溶液波美度为18,较合适。整流电源是高频整流器,比较理想。再取一些镀液做赫尔槽试验,采用2A/dm25min的搅拌镀,观察试片也不差,中低区0.8A的部位较光亮,低区5~6 mm处是半光亮状态,排除了亮铜镀液本身的问题,确定了工艺品电镀不良是镀槽太窄的原因。

确定原因后,笔者找一只45cm×80cm的清洗槽作为镀槽,使二阳极实际间隙大于74cm,工件离阳极间的距离就有35cm左右了,用原来的镀液进行了试镀,由于是试验,采用手工晃动工件作阴极,电镀12min后取出观察,得到了满意的效果,唯有几处凹得特别深的部位呈半光亮状态,再镀亮镍(亮镍槽也采用同样的办法),后镀金上电泳漆,产品得到了客户的认可。于是,该厂就改配了二个大的亮铜槽,宽度设为85cm一个亮镍槽,宽度75cm,经过一段时间生产,产品质量就令人满意了。

综上所述,光亮镀铜要得到低区光亮的铜镀层,光靠高品位的光亮剂是不够的,阴阳极的距离也不可忽视,从镀液本性对电流在阴极上的分布可由下式得知[1]:

D/D=1+△L/(1/p × △φk/△Dk+L)

式中: D——近阴极上的电流密度

D——远阴极上的电流密度

P——溶液的电阻率

△L——远近阴极距离

L——近阴极到阳极距离

φk/△Dk——极化度。

由上式可见,当不考虑电流效率时,要使阴上各部分电流密度相等,就要使上式D/D→1,即上式右边第二部分→0,为达到这个目的,可采取以下措施

1)使△L→0,但在该工艺中,产品是工艺品,表面形状复杂,远近阴极距离是不可能缩短的

2)使1/p×△φk/△Dk→无穷大,在该工艺中也难以做到。酸铜工艺已经确定,光亮剂已经选用提高阴极极化的进口染料型,配力中各组分也已确定,电导也无法增加

3)由于上述两项无法改进,那只能使L增大,才能使D/D→1,也就是说只能增加镀槽宽度,加大阴阳极的距,才是该工艺中好的办法了。此方法虽然在理论上作用有限,不能增加很大数值,但当镀槽加宽至80cm时,对产品低电流密度区的光亮度提高已经起了很大的作用

4)上面公式是镀液本性,另外酸性镀铜属于非合物简单镀液,阴极极化的阻力很小,表现为阴极极化很小,而镀液本身的阻力较大,此时电流分布起决定作用的是后者,也就是说级电流分布起着决定作用,所以上述公式中增大L数值的意义更大

5)从以上推论来,增加镀槽的宽度,对于提高分散能力,提高低区亮度是有利的。生产实践表明,增加镀槽宽度还有以下几点好处

①容积大的镀槽升温小,据长期生产证明400L槽与800L的,在夏天开同样的电流,4~6h后,小槽要比大槽温度高出2~3℃。当液温在35℃左右的情况时,槽温相差2-3℃,对酸性亮铜工艺出光速度有很大影响

②由于体积大,溶液多,各方面操作条件较宽不会由于带出损耗在短期内使槽液变稀对光亮剂的加量要宽容对电流密度的掌握也要宽松得多,近阴极的工件相对来讲不易烧焦

电镀添加剂

③在生产中还感觉到,同时新配或大处理后的镀,在同样的生产条件下,用同样的光亮剂,同样的工件,同样的电流,深而宽的镀槽,不但镀出的工件看起来“丰满”,而且镀液也要清澈得多;

④从配槽投资与生产运行来看,加大亮铜槽的投资是很小的。亮铜槽投资好的是铜板,增加宽度与深度仅增加镀液,镀液成本还是比较低的,占总成本的百分比很小再者亮铜槽绝大多数时间是在室温下工作的,不象亮镍或其它镀种在工作时要加温,只有在很冷的冬天需加一下温,所以槽容积大在平时不会增加运行费用。

从以上几点来看,加宽加深酸性亮铜槽,所增加的投比例不大,生产中的费用基本不会增加,但对稳定生产、提高产品质量所的作用很大。对表面形状复杂、体积较大的件,阴阳极距离小的镀槽是根本无法生产的,所以在设计镀车时,如条件允许,不妨将亮铜设计得宽与深一,以便将来无论产品几形状如何改变时,也能适应和保障生产

2  电流与电压的关系

某电镀厂专门电镀钢笔、圆珠笔零件,通过技术改造将原来大小不等、排列不齐的镀槽重新布局。改造后的五只酸性亮铜槽大小完全相同,全部采用同型号300A高频整流器,电镀的产品也相同。在经过改造后平时统一补充硫酸铜和硫酸,使用光亮剂也相同。

在改造前,五只亮铜槽有的是采用进口染料型光亮剂,有的采用自配光亮剂。在新线排列后,没有将镀液进行大处理,仅用过机将液从老槽抽滤至新槽,于原先液所用光亮剂不同,所以老镀液抽滤到新槽时,没有将溶液相混,仅过机中残存一部分。改造后,统一使用自配光亮剂,最初的几个月,生产基本正常

这样的情况延续了一段时间后,偶然发现,同样的工作电流下,有一只镀槽的电压要比其它的高出0.6V左右,就用比重表测量每只槽的比重,很接近。由于当时镀出的产品质量过得去,认为可能是整流器上的电压表不准或者磷铜板面积小,没有认真分析原因

该厂每30~40天清洗一次磷铜板,并将镀液抽滤到中间槽,干净槽中沉淀物以及捞出掉落的工件,再将镀液抽滤到镀槽中。在过滤前先用比重表测量浓度,如浓度低,在过滤前凭经验补充硫酸铜与硫酸。在清洗磷铜板后将过小的磷铜板装人钛篮,并补充新的阳极。令人奇怪的是试生产后,那只槽的电压还是高出0.5~0.6V,用万用表检查,整流器上的电压表没有什么误差,所有电缆连接螺丝都无松动现象,而且五只镀槽所用的电缆、钢接头、铜排全都是统一规格的,所以镀槽外的电阻和电压降也是相同的。当时所有镀槽的电流都在250A,电压分别在2.7~2.9V以上,而该槽的压在3.5V,明显要高出其它镀槽。

镀液经过过滤,磷铜板经过清洗与补充,外电路也检查过,原因肯定在镀槽内部。由于无分析化验室,估计可能是硫酸偏低,就往该槽中加15g/L硫酸,再开同样的电流,电压只下降了0.1~0.2V,也不见得有什么改变。笔者当时正好在该厂,在听取了这些情况后,也想不出有什么道理可以解释,而且一般来说,加过硫酸的镀液应该比重高一些,按理说电压会相应低一些。所以只好要求操作人员在下班后用过滤机将该槽镀液与相邻的镀槽交换下,要求镀液不能相混。

第二天上班后去观察,交换镀液后那只镀槽的电压还是偏高,可以肯定,这现象与槽外设备、磷铜板无关,应该是该镀液电导低、电阻大,而导致整流器需要用较高的电压才能达到额定的电流。

又过了一段时间,去该厂,生产线上操作人员说该槽镀出来的产品一般还可以,就是当工件在挂具上挂得过密时,两个工件的交界面,镀层不亮,其它的镀槽没有这样的问题,就是说该槽低电流密度区出光差。由于该槽还能应付生产,所以没有采取措施。后来,五只亮铜槽进行大处理,恢复正常了。

镀液经过大处理后,电压恢复正常,说明酸性亮铜槽受到杂质污染后,电导率会降低,电阻会增大,导致镀槽电压升高,镀液性能也会变坏,其中原因是初级电流的分布与镀液电导率的关系很大,电导率低的镀液分散性能差,低区难以镀亮,由于该厂电镀的产品是笔零件,儿何形状特别简单,生产时没出什么问题。从上述事例可见,在电镀生产时要经常注意观察整流器上电压与电流的关系,摸清两者的内在联系,在两者关系异常时,即提醒我们镀液有了变化,需要去寻找和解决问题了电镀添加剂

3  结束语

光亮酸性镀铜看似简单,但涉及的问题很多,有镀液本身的,也有物理的、化学的多种因素,只有在日常生产实践中不断发现问题、解决问题,才能取得满意的效果

 

 

参考文献

[1]谢和生,电镀工,国防工业出版社,1983,12:48.


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