文档介绍：电镀工艺学
Plating technology
第六章-Ⅱ电镀铜合金
Chapter Ⅵ-Ⅱ
Copper Alloy Plating
概述电镀铜合金可以提高硬度、改变颜色(如作为装饰性的仿古镀层、仿金镀层等)以及获得其他特殊的性能。
电镀铜合金在生产中应用较多的为铜锌合金(黄铜)、铜锡合金(青铜)和仿金镀层。
第六章-Ⅱ电镀铜合金
1 电镀铜锡合金
一、概述
铜锡合金(俗称青铜)是合金电镀中应用较多的一个镀种。1934年首先提出了含有锡酸盐—***化物电镀铜—锡合金的专利。在50年代由于金属镍供应短缺,曾作为代镍镀层得到推广使用。近年来随着金属镍供应情况的改善,作为代镍的铜—锡合金用量有所减少。铜锡合金还可用来作为最后的加工精饰,合金镀层经过清漆保护后,外观为金黄色似黄金,可作为仿金镀层,另外,还可用于电视机和无线电底板以及代替铜作底层。虽然电镀合金层比电镀铜成本高,但抗蚀性、硬度和沉积速度等方面都比镀铜好。
1 铜锡合金的性质利用途在铜锡合金层中,随锡含量增加,合金的外观色泽也发生变化。当锡含量低于8%时,其外观与铜相似,为红色,当锡含量增加到13—15%时,镀层为金黄色,当锡含量达到或超过20%时,镀层为白色。根据合金镀层中含锡量的多少,可分为三种类型:
(1) 低锡青铜合金中含锡量为8—15%,镀层呈黄色。低锡青铜硬度较低,有良好的抛光性。对钢铁基体而言,合金属于阴极镀层。低锡青铜在空气中易氧化而失去光泽,不宜单独作防护—装饰性镀层,表面还要套铬,作为装饰性镀层的底层。它在热水中有较高的稳定性,可用于在热水中工作的零件。
(2) 中锡青铜合金中含锡量大致在15—35%范围内。中锡青铜的硬度、抗氧化性和防蚀能力均较低锡青铜为好。中锡青铜一般也可以套铬,作为底层,但容易发花和色泽不均,故应用较少。
(3) 高锡青铜含锡量大致在40—55%范围内,镀层呈银白色,抛光后有良好的反光性能。在空气中不易失去光泽,能耐弱酸、弱碱和食物中的有机酸。高锡青铜的硬度介于镍和铬之间,同时还有良好的导电性和钎焊性。一般可用来代银或代铬,可用作反光镀层及仪器仪表、日用商品、餐具,乐器等装饰性镀层。高锡青铜的缺点是脆性较大,产品不能经受变形。
2 铜锡合金电解液的类型电镀铜锡合金电解液可分为***化物、低***和无***三种。
(1) ***化物电镀铜锡合金***化物电镀铜锡合金应用最广,也最成熟。常用的***化物—锡酸盐电解液。通过对电解液成分和工艺条件的调整,可得到低锡、中锡和高锡的合金镀层。该工艺的主要缺点是***化物剧毒,不利于环境保护。
(2) 低***化物—焦磷酸盐电解液该电解液采用少量***化物与一价铜离子络合,二价锡离子与焦磷酸盐络合,也能得到低锡、中锡和高锡的合金镀层,外观比较光亮,其主要缺点是电解液中仍含有剧毒的***化物,合金阳极溶解性差。
(3) 低***化物—三乙醇***电解液该电解液一般是由***化物—踢酸盐电解液过渡过来的。在***化物含量逐渐降低的过程中,补充三乙醇***络合剂,***化物含量保持在3—8克/升范围内,这样一价铜基本上都以铜***络离子的状态存在。该电解液也能获得满意的低锡合金镀层。
(4) 无***铜锡合金电解液我国在70年代就研究了无***电镀铜锡合金工艺,并取得一定的成果。例如,焦磷酸盐—锡酸盐电镀铜锡合金已成功的用于生产。
二、***化物电镀铜—锡合金
电解液的组成和工艺
铜的标准电位为:
锡的标准电位为:
两金属的标准电位相差较大,因而在简单盐溶液中很难得到合金镀层,必须选用适宜的络合剂。电解液中采用两种络合剂分别络合两种金属离子,以***化钠与一价铜离子络合,氢氧化钠与四价锡络合成锡酸钠,两种络合剂互不干扰,电解液稳定,维护容易。
***化物电镀铜锡合金电解液的组成及工艺条件列于表6-2-1
表6-2-1 ***化物电镀铜锡合金电解液组成及工艺条件
组成
低锡青铜
中锡青铜
高锡青铜
1
2
3
4
5
铜()
锡(Na2SnO3)
游离NaOH
明胶
温度
阴极电流密度
7-9
10-12
7-8
7-8
 
58-62

25-30
14-18
16-20
6-9
-
55-65

10-14
40-45
14-17
20-25
 
55-60

10-15
30-45
10-15
5-7
 
60-70
-
10-15
45-60
10-15
25-30
 
60-65
3-4
2. 电解液成分和工艺条件对合金镀层成分的影响
(1) 放电金属离子总浓度和浓度比的影响
改变电解液中金属离子的总浓度(金属离子浓度比不变),对合金镀层成分的影响不大,它主要影响阴极的电流效率。当总浓度提高时,阴极的电流效率有所提高,但总浓度不能过高,否则镀层结晶粗糙。
电解液中铜和锡的含量比