HEDP无氰镀铜工艺研究

发布时间：2017-08-23 15:32

  本文关键词：HEDP无氰镀铜工艺研究

  更多相关文章： HEDP 无氰镀铜 直接电镀铜 孔隙率 结合力

【摘要】：研究替代剧毒的氰化镀铜的无氰镀铜工艺具有重要的意义,HEDP镀铜体系因为其环保无毒和可以在钢铁基体上直接电镀而受到广泛关注。本文在通过稳态阴极极化曲线等电化学方法对HEDP镀铜液中的铜的电沉积行为进行了研究,推测了铜的还原过程与控制步骤。研究了HEDP/Cu~(2+)的摩尔比和pH对镀层结合强度的影响。通过霍尔槽试验探讨了辅助络合剂酒石酸钾钠(C_4O_6H_4KNa)的合适添加量,通过电化学、XRD等方法研究了C_4O_6H_4KNa和润湿剂十二烷基磺酸钠(SDS)对镀层和镀液的作用及其作用机理,提出了一种低孔隙HEDP无氰镀铜工艺。主要研究结果如下:提出了14g/L碱式碳酸铜,90g/L HEDP,40g/L碳酸钾,2ml/L双氧水,7g/L酒石酸钾钠和0.1g/L十二烷基磺酸钠的HEDP镀铜配方。HEDP/Cu~(2+)的摩尔比保持在3和4时阴极半光亮区范围宽,达到了0.2~3.58A/dm~2;阴极电流效率在温度40~65℃之间都≥90%,在50℃时达到了95.6%,高于氰化镀铜、焦磷酸镀铜和酒石酸-柠檬酸盐镀铜。加入润湿剂SDS能增大阴极极化,降低镀液的表面张力;加入0.1g/L SDS同时施加阴极移动,镀层厚度在8μm左右时孔隙率就能为零。C_4O_6H_4KNa能增大极化的同时利于阳极溶解,霍尔槽试验结果表明C_4O_6H_4KNa添加量3~14g/L比较合适,超过14g/L会使铜络合物放电困难,缩小光亮区范围。C_4O_6H_4KNa不改变铜在玻碳电极上的形核方式,都遵循三维瞬时形核,但是加入7g/L C_4O_6H_4KNa后增加了镀液成核数密度,镀层的晶粒大小由44nm减小到40nm,分散能力由基础液的66.42%提高到了83.87%。镀液的整平能力在加入0.1g/LSDS后由基础液的正整平9.3%降低到了负整平-7.6%。镀液深镀能力达100%,优于氰化镀铜。HEDP镀铜液在pH9和10时,HEDP与铜离子的主要络合形式为CuL~(2-),分别占到了97.13%,99.70%;HEDP镀铜阴极还原分为两步,存在前置转化步骤,可能的还原过程为CuL~(2-) Cu~(2+),L~(4-),Cu~(2-)2e Cu++T,阴极还原过程为不可逆过程。在-1.15V~-1.30V范围内,主要发生CuL~(2-)前置转换反应;-1.35V~-1.50V范围内,主要发生铜的电结晶。在55℃温度下两步放电反应的阴极传递系数分别为(αn)1=0.2923和(αn)2=0.1176,交换电流密度分别为j10=7.8478×10-7和j20=1.0965×10-5,前置转化为阴极反应的控制步骤。提高pH或增大HEDP/Cu~(2+)的摩尔比,都能使铁和铜电极的稳定电位负移,有利于提高镀铜层的结合力。铁电极在HEDP镀液虽有钝化倾向,但在pH大于9,HEDP/Cu~(2+)摩尔比大于3时,镀层的结合力良好,同时铁和铜电极的稳定电极电位的电位差Δφ≤0.02V,这可能是钢铁件能在HEDP镀铜液中直接电镀且镀层结合力良好的原因。游离铜离子含量小于0.51×10-20mol/L,认为钢铁件在HEDP直接电镀铜层结合力良好。
【关键词】：HEDP 无氰镀铜 直接电镀铜 孔隙率 结合力
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ153
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 电镀铜的研究进展9-12
• 1.2.1 国内外研究进展9-10
• 1.2.2 无氰镀铜工艺介绍10-12
• 1.3 HEDP镀铜的研究现状12-14
• 1.3.1 HEDP简介12-13
• 1.3.2 HEDP镀铜的研究进展13-14
• 1.4 课题意义及研究内容14-17
• 1.4.1 本课题研究意义14-15
• 1.4.2 本课题研究内容15-17
• 第2章 试验方法17-25
• 2.1 试验药品与试验仪器17-18
• 2.1.1 试验药品17
• 2.1.2 实验仪器17-18
• 2.2 电镀液的配制18
• 2.3 电镀工艺流程18-19
• 2.4 实验装置19-20
• 2.4.1 电镀实验装置19
• 2.4.2 电化学测试装置19-20
• 2.5 实验方法20-25
• 2.5.1 镀层质量的表征方法20-21
• 2.5.2 镀液性能的表征方法21-22
• 2.5.3 电化学测试方法22-25
• 第3章 HEDP镀铜工艺研究25-32
• 3.1 引言25
• 3.2 摩尔比对镀铜的影响25-27
• 3.2.1 阴极极化曲线25-27
• 3.3 铜离子含量对阴极极化的影响27
• 3.4 温度的影响27-29
• 3.4.1 温度对Hull槽试片的影响27-28
• 3.4.2 温度对电流效率的影响28-29
• 3.5 时间和电流密度对镀铜层的影响29-30
• 3.6 本章小结30-32
• 第4章 HEDP镀铜辅助络合剂和润湿剂的研究32-48
• 4.1 引言32
• 4.2 润湿剂降低镀层空隙的研究32-35
• 4.2.1 阴极极化曲线32-33
• 4.2.2 厚度-孔隙率关系曲线33-34
• 4.2.3 SDS的润湿作用34-35
• 4.3 辅助络合剂酒石酸钾钠对HEDP镀铜的影响35-45
• 4.3.1 酒石酸钾钠对阴极电流密度分布的影响36
• 4.3.2 酒石酸钾钠对阴极极化曲线的影响36-37
• 4.3.3 酒石酸钾钠对形核的影响37-45
• 4.4 HEDP镀铜液性能的测试45-47
• 4.4.1 镀铜液的整平能力45-46
• 4.4.2 镀铜液的深镀能力46
• 4.4.3 镀铜液的分散能力46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 HEDP镀铜的还原过程48-56
• 5.1 引言48
• 5.2 HEDP铜络合物的分布48-50
• 5.3 电化学方法研究HEDP铜还原过程50-53
• 5.4 阴极还原控制步骤53-55
• 5.5 本章小结55-56
• 第6章 HEDP镀铜层结合力的研究56-63
• 6.1 前言56-57
• 6.2 pH对镀层结合力的影响57-59
• 6.3 HEDP/Cu~(2+)的摩尔比对镀层结合力的影响59-61
• 6.4 游离铜离子含量影响镀铜层结合强度61-62
• 6.5 本章小结62-63
• 第7章 结论63-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士期间表论文69-70
• 致谢70-71

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本文编号：725840