焦磷酸盐溶液体系低锡铜—锡合金电键工艺

论文摘要

铜–锡合金电镀是一种代替镍层的传统电镀镀种，可以用于挂滚镀。目前电镀铜锡合金有氰化物、低氰化物与无氰三种类型。无氰镀液体系因其环保，无毒性，工艺维护简单等优点，使用越来越广泛。无氰镀液体系主要有焦磷酸盐、柠檬酸盐、HEDP等，但最可能替代氰化物溶液体系的是焦磷酸盐。铜-锡合金镀层按照其锡含量可分为低锡（6%-15%）、中锡（15%-45%）和高锡（>45%）3种，锡含量的增加使合金镀层的颜色逐渐由浅红色转变为金黄色最后变为银白色。白铜锡镀层属于高锡铜-锡合金镀层，低锡铜-锡合金镀层的颜色为金黄色。本文是在焦磷酸盐溶液体系电镀白铜锡的研究基础上，探讨了焦磷酸盐溶液体系电镀低锡铜-锡合金的可行性。通过赫尔槽试验与直流电解试验研究了焦磷酸盐溶液体系电镀低锡铜–锡合金工艺。研究结果表明，镀液组成、pH、温度和阴极电流密度对低锡铜–锡合金镀层的厚度与组成均有一定影响，最佳镀液组成与工艺条件为：Cu2P2O7·3H2O25g/L；Sn2P2O71.0g/L；K4P2O7·3H2O250g/L；K2HPO4·3H2O60g/L；pH=8.5；电流密度0.51.5A/dm2；温度25°C。在这一镀液组成与工艺条件下获得的低锡铜–锡合金镀层为金黄色，表面均匀光亮，含铜量为85%95%，与基体的结合力好，抗变色性好。在最佳镀液配方及工艺条件下研究了辅助络合剂和添加剂在焦磷酸盐溶液体系无氰电镀铜-锡合金（低锡）工艺中的作用。在研究过程中并没有发现很有效的辅助络合剂。焦磷酸盐溶液体系无氰电镀铜-锡合金（低锡）时使用有机胺类添加剂可抑制Sn的析出、使镀层中铜的含量增加。镀液中添加剂的使用量增加，合金镀层中的Sn含量降低合金镀层致密均匀，耐蚀性能好。加入添加剂后，最佳镀液配方及工艺条件为Cu2P2O7·3H2020–25g/L；Sn2P2O71-3g/L；K4P2O7·3H2O250-300g/L；K2HPO4·3H2O60g/L–80g/L；pH=8.0-9.0；温度25℃-30℃；添加剂A0.5-0.8mL/L；阴极电流密度0.3A/dm2-2.0A/dm2。通过滚镀和挂镀实验验证了该工艺的实用性。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、能谱（EDS）等方法研究了添加剂对镀层组成结构、外观、耐腐蚀性能及微观形貌的影响。SEM测试结果表明：镀液中Sn2P2O71g/L时，加入添加剂后，镀层结晶细致，晶格排列规则紧密。镀层浅末XRD分析结果表明：镀层结晶主要以Cu13.7Sn结构形式存在。EDX测试结果表明：在阴极电流密度1.0A/dm2下电镀镀层组成范围为Cu=89-91%，Sn=9-11%。镀层性能测试结果：镀层的显微硬度为300–400HV。弯曲试验、划痕实验、热振试验证明：镀层与钢铁、铜等结合力良好。镀液性能测试表明：镀液稳定好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 合金电镀概述
• 1.1.1 合金电镀的分类
• 1.1.2 电镀合金的特点
• 1.1.3 合金共沉积的条件
• 1.1.4 合金电镀的类型
• 1.1.5 合金电镀的研究进展
• 1.2 电镀铜锡合金概述
• 1.2.1 铜锡合金镀层的分类及特点
• 1.2.2 铜锡合金电镀光亮剂的研究
• 1.3 国外无氰铜锡合金电镀工艺进展
• 1.3.1 柠檬酸盐电镀铜锡合金
• 1.3.2 硫酸盐电镀铜锡合金
• 1.3.3 在聚醚存在下的硫酸盐电镀铜锡合金
• 1.3.4 其他体系
• 1.4 国内无氰铜锡合金电镀工艺进展
• 1.4.1 HEDP—柠檬酸电镀铜锡合金
• 1.4.2 焦磷酸盐—锡酸盐电镀铜锡合金
• 1.4.3 三乙醇胺电镀铜锡合金
• 1.4.4 焦磷酸盐电镀铜锡合金
• 1.4.5 其他体系
• 1.5 本文的研究背景及研究内容
• 第二章 焦磷酸盐溶液体系电镀低锡铜-锡合金的基础镀液与工艺条件研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试验仪器及药品
• 2.2.2 镀液的组成与配制方法
• 2.2.3 电镀实验工艺流程
• 2.2.4 赫尔槽试验与试片外观的判断
• 2.2.5 直流电解试验
• 2.2.6 镀层性能检测实验
• 2.2.7 镀液稳定性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 镀液组成选择的正交试验
• 2.3.2 镀液组分浓度的影响
• 2.3.3 工艺条件对赫尔槽试片外观的影响
• 2.3.4 镀层的结合力
• 2.3.5 镀液稳定性
• 2.4 本章小结
• 2.5 基础镀液组成与工艺条件研究存在的问题与改善的方向
• 第三章 焦磷酸盐溶液体系电镀低锡铜-锡合金的辅助络合剂与添加剂的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 赫尔槽实验
• 3.2.2 方槽电镀实验
• 3.2.3 工艺流程
• 3.2.4 镀液的配制方法
• 3.2.5 电镀添加剂的配制
• 3.2.6 镀层性能检测实验
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1. 辅助配位剂的探讨
• 3.3.2 添加剂的探讨
• 3.3.3 添加剂用量的探讨
• 3.3.4 使用添加剂后的最佳溶液组成与工艺条件研究
• 3.3.5 焦磷酸盐溶液体系电镀低锡铜-锡合金的镀液组成与工艺条件
• 3.3.6 镀层结合力测试
• 3.4 本章小结
• 3.5 需解决的问题及下一步研究计划
• 第四章 焦磷酸盐电镀低锡铜-锡合金的应用及镀层性能
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品
• 4.2.2 工艺流程
• 4.2.3 镀液的配制方法
• 4.2.4 镀层厚度与成分测试
• 4.2.5 镀层性能测试
• 4.2.6 镀层微观结构与表面形貌测试
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 滚镀实验
• 4.3.2 挂镀实验
• 4.3.3 镀层性能测试
• 4.3.4 镀层微观结构及表面形貌研究
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件