工艺条件对电镀锌锡镍镀层的影响

周玉梅

（黑龙江省石化学校，黑龙江 哈尔滨 150001）

随着印刷线路技术在电子工业中的应用，电解铜箔在工业、国防现代化建设中的重要性越来越明显[1]。电解铜箔的后处理方法很多，主要有在铜箔表面电镀锌及锌镍、锌锡等锌合金。铜箔镀锌的主要问题是铜与镀层锌易发生扩散，从而导致镀层表面的颜色变化[2]；电镀锌镍合金与镀锌相比由于镍的加入，可以阻止铜锌的扩散，克服了铜箔镀锌经长时间贮存变色的问题，但该方法的最大不足是阴极电流效率较低，约为50%～80%，镀层含镍量较低，约为6%～9%[3]。电镀锌锡合金与锌酸盐体系镀锌相比，具有镀液的分散能力好，镀层细致，平整的优点，但其不足之处是镀层中锌的含量受电流密度影响比较大，使用的电流密度范围比较窄[4]。总之，电解铜箔上镀锌、锌锡合金层，该铜箔在长期贮存之后其耐酸性并不是令人满意的。

目前，有人研究了在铜箔上电镀锌锡镍三元合金，其中镍既不从锌镍合金层扩散到锌锡合金层，也不扩散到铜箔，镍和铜的逆向扩散更困难[5]。由于镍控制着加热时锌和锡的经过和源自锌镍层的扩散，铜箔长期贮存和使用过程中具有很好的稳定性。因此，本文讨论了工艺条件对电沉积锌锡镍合金镀层的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料及镀液组成

基体采用18μm厚的电解铜箔，以纯锌板为阳极。镀液组成为：焦磷酸钾 270g·L-1，硫酸亚锡 10g·L-1，硫酸锌 50g·L-1，硫酸镍 35g·L-1，添加剂 0.6g·L-1，电沉积2min。实验中所用试剂均为分析纯。

1.2 测试方法

1.2.1 镀层外观检测 由于工艺条件对镀层的外观影响较大，为考察其规律性，直接采用数码相机照相，通过对不同条件下的相片对比，得出外观变化规律。

1.2.2 镀层成分检测 采用日本HitachiS4700型带能谱仪的扫描电子显微镜（FE-SEM）对镀层进行成分检测。

2 结果与讨论

2.1 电流密度对镀层外观质量的影响

当温度为30℃、pH值为8时，研究了电流密度对镀层外观的影响，结果见表1。

表1 电流密度对镀层外观的影响Tab.1 Effect of current density on coating surface

由表1可以看出，随着电流密度增大，镀层灰色越来越重，说明镀层中锌的含量逐渐增加。这是由于随着电流密度的增加，阴极电位变得更负，这有利于合金成分中电位较负的金属锌的沉积。因此，为保证合金中一定的锌含量，应控制电流密度在 0.8～1.0A·dm2。

2.2 温度对镀层质量的影响

当电流密度为1.0 A·dm-2、pH值为8时，研究了温度对镀层外观的影响，结果见表2。

表2 温度对镀层外观的影响Tab.2 Effectof temperature on coating surface

由表2可以看出，随着温度升高，镀层的灰色越来越不明显，说明镀层中锌的含量随着温度的升高而逐渐减少，镍和锡的含量逐渐增加。这是因为随着温度的增加，提高了金属离子的扩散和迁移的速度，即增加了金属离子在扩散层中的浓度，它有利于电位较正的金属的电沉积。锌的平衡电位比锡镍的都要负，随着温度升高，更有利于锡镍的沉积，从而增加了镀层中锡镍的含量。因此，为了保证镀层中一定的锌含量，温度应控制在30～40℃。

2.3 pH值对镀层质量的影响

当电流密度为1.0A·dm2、温度为30℃时，研究了pH值对镀层外观的影响，结果见表3。

表3 pH值对镀层外观的影响Tab.3 Effectof pH value on coating surface

从表3可以看出，pH值对镀层的颜色影响不大，却影响了镀层的均匀性，这是因为pH影响了镀液的状态。当pH值小于8时，加速了焦磷酸根的水解，从而影响到焦磷酸根的络合能力，使得镀层均匀性变差。当pH值过高时镀液变得浑浊，也使镀层的均匀性下降。因此，pH值取8～9较为适宜。

2.4 镀层的成分测定

对在电流密度为1.0A·dm-2、温度为30℃、pH值为8条件下得到的镀层进行了能谱测试，结果见图1。

图1 较佳工艺条件下镀层的能谱测试结果Fig.1 Testing results of erergy spectrum under optimal conditions

由图1可到合金镀层中各金属元素的含量，见如表4。

表4 合金镀层中各元素含量Tab.4 Elements contentof alloy coating

能谱测试结果表明，镀层中锌含量34.00（wt）%，镍含量为 11.08（wt）%，锡含量为 54.92（wt）%，元素组成比较合理，能够满足电解铜箔的后处理要求。

3 结论

通过以上研究，确定了电解铜箔上电镀锌锡镍三元合金的工艺条件为：电流密度0.8～1.0A·dm-2、温度30～40℃、pH值8～9。在该工艺条件下得到的合金镀层中锌占 34.00（wt）%，镍占 11.08（wt）%，锡占54.92（wt）%，满足电解铜箔的后处理要求。

[1] 王平,袁智斌.我国电解铜箔未来发展方向的思考[J].铜业工程，2009,（2）:24-26.

[2] 冷大光，胡京江，郭宗训,等.电解铜箔镀锌工艺的研究[J].金属学报，1998，34（11）：1227-1229.

[3] Hwa Yong Lee,Sung Gyu Kim.Characteristics of Ni Deposition in an Alkaline Bath for Zn-Ni Alloy Deposition on Steel Plates[J].Surfaceand Coatings，2000,（135）:69-74.

[4] 王玲，孙宇宏.电镀锡锌合金工艺[J].金属学报，1996，（29）：11-14.

[5] 李青.合金镀层开发及用途的扩展[J].电镀与环保，1996，16（3）：9-11.