现代镀覆技术第三部分──化学镀铜(续2)

2021-04-10 08:47:55唐春华
电镀与涂饰 2021年3期
关键词:粗化镀铜敏化

唐春华

(泉州市创达表面处理公司,福建 泉州 362000)

6 化学镀铜工艺的典型应用

6.1 作为组合镀层的底层

6.1.1 钢铁化学着色[1]

工艺流程:化学除油(常规碱性除油液,加温,10 ~ 20 min)→酸蚀(硫酸20% ~ 30%,常温,5 ~10 min)→化学镀铜(见本文第4部分的【配方4】[2])→清洁处理→化学着色→脱水干燥→浸透明漆。

着黑色工艺:

(1) 硫化钾10 g/L(肝棕色碎块,灰色不能用),80 °C,1 ~ 2 min呈棕色,4 min左右呈蓝黑色,超过4 min为黑色。配制溶液时,先在水中加碳酸钠或氨水使其呈碱性,然后加入硫化钾溶解,配好的溶液保存密封容器中。

(2) 硫代硫酸钠120 g/L,醋酸铅40 g/L,60 ~ 70 °C,数分钟后取出,在流动水下清洗。

着褐色工艺:

(1) 硫酸铜 6 g/L,醋酸铜 4 g/L,明矾 1 g/L,95 ~ 100 °C,5 ~ 10 min。色彩随醋酸铜含量在 3 ~ 5 g/L范围内变化而变化。

(2) 硫酸铜 25 ~ 40 g/L,氯酸钾 20 ~ 30 g/L,80 ~ 100 °C,数分钟,深青铜色。

着铜绿色工艺:

(1) 硝酸铜30 g/L,氯化铜30 g/L,氯化铵30 g/L,100 °C,数分钟。

(2) 硫酸铜60 g/L,氯化钠30 g/L,氯化锌1 g/L,甘油1 g/L,醋酸475 g/L,40 ~ 80 °C,数十分钟。

6.1.2 陶瓷化学着色[3]

工艺流程:除油→温水洗→流水洗→粗化→流水洗→酸蚀→流水洗→敏化→流水洗→蒸馏水洗→活化→蒸馏水洗2 ~ 3次→还原→化学镀铜→流水洗→上挂→光亮酸性镀铜→流水洗→化学着色→水洗→晾干→后处理(擦涂光蜡、布轮抛光)。

除油:氢氧化钠 20 ~ 30 g/L,磷酸三钠 40 ~ 60 g/L,碳酸钠 20 ~ 40 g/L,OP-10 5 ~ 10 mL/L,50 ~ 60 °C,10 ~ 15 min。

粗化:氢氟酸 50 ~ 60 mL/L,氟化铵 200 ~ 220 g/L,室温,8 ~ 10 min。

酸蚀:盐酸10% ~ 20%。

敏化:氯化亚锡5 ~ 15 g/L,盐酸30 ~ 50 mL/L,纯锡粒若干。

活化:硝酸银1.5 ~ 2.0 g/L(氨水滴至褐色沉淀变透明为止),室温,3 ~ 5 min。

还原:甲醛与蒸馏水的体积比1∶9,室温,0.5 min(允许适当延长)。

化学镀铜:见本文第4部分的【配方12】[2]。

光亮酸性镀铜:先以小阴极电流密度起镀,待全部镀上铜后升高阴极电流密度至正常,确保电镀铜层不烧焦和厚度足够(20 µm以上)。

化学着色(采用试剂级药品):

(1) 黑色:硝酸银 2 ~ 3 g/L,室温,2 ~ 3 min;或氯铂酸 2 g/L,室温,2 ~ 3 min。

(2) 青铜色(栗皮色):硫化钾5 g/L,氯化铵20 g/L,室温,10 min。

(3) 绿色:冰醋酸与蒸馏水体积比1∶50,室温,1 ~ 2 min。取出后置于二氧化碳气体中熏至绿色或浸稀醋酸后于空气中存放,待自然生成。

(4) 古银色:先在室温的200 g/L氯化铁溶液中浸泡5 s,冲洗后装入黄铜丝篮,再在室温的20 g/L氢氧化钠溶液中浸泡15 s,最后擦光(至突兀处呈白银光泽即可)。

(5) 金黄色:氢氧化钠5 g/L,碱式碳酸铜20 g/L,室温,浸至金黄色为止。

6.2 陶瓷表面金属化[4]

工艺流程:

打磨→除油→水洗→粗化→水洗→敏化→活化→水洗→化学镀铜→钝化。

粗化:铬酸15 g/L,氢氟酸(40%)40 mL/L,浓硫酸(98%);室温,2 ~ 5 min。

敏化:氯化亚锡15 g/L,浓盐酸40 mL/L,锡颗粒若干,室温,3 ~ 5 min。

活化:硝酸银4 g/L,氨水加至溶液透明为止;室温,2 ~ 5 min。

化学镀铜:见本文第4部分的【配方9】[2]。

6.3 SiC颗粒表面化学镀铜[5]

工艺流程:去油→粗化→敏化→活化→化学镀铜。

去油:将4 µm SiC颗粒浸入乙醇溶液中,超声波振荡(功率60 W,频率40 kHz)10 min,然后用慢速定量滤纸(孔径为3 µm)过滤,烘干后用去离子水清洗3次,再超声波振荡15 ~ 20 min,再次过滤,最后烘干(80 °C)。

粗化:氢氟酸(40%)20 mL/L,超声波振荡20 min,去离子水清洗3次,过滤,80 °C烘干。

敏化及活化:0.5 g/L氯化钯 + 30 g/L氯化亚锡 + 160 g/L氯化钠 + 60 mL/L盐酸(37%),60 W下超声波振荡30 min,过滤后烘干,去离子水超声清洗3次(每次15 ~ 20 min),过滤后烘干。

化学镀铜:见本文第4部分的【配方26】[2]。

6.4 印制线路板孔金属化

6.4.1 聚酰亚胺(PI)薄膜印制线路板[6]

工艺流程:超声波清洗(20 min)→水洗→水解(氢氧化钠1%,常温,60 min)→去离子水洗→活化(硝酸银0.1 ~ 1.0 g/L,常温,5 min)→水洗→化学镀铜(见本文第4部分的【配方19】[2])。

在碱性条件下水解,令PI的基团打开,生成氨基化合物,改善了表面亲水性和极性。以银代钯活化,PI薄膜对银离子有很强的吸附作用,银离子被还原成银微粒,掺杂在PI薄膜表面,等于镶嵌在PI表面,这种结合方式十分牢固。当化学镀铜时,铜以银微粒为结核而沉积,二者之间的结合强度也很高,银微粒起到将PI薄膜与铜层连在一起的作用。

6.4.2 铜箔印制线路板[7]

工艺流程:碱性除油(65 °C,5 min)→粗化(双氧水8%,硫酸8%,35 °C,5 min)→预浸(盐酸8%,氯化钠 200 g/L,30 °C,5 min)→活化(氯化钯 0.03 g/L,30 °C,7 min)→解钯(盐酸 10%,30 °C,1 min)→化学镀铜(见本文第4部分的【配方20】[2],以次磷酸钠作还原剂)。

6.5 铜箔印制线路板微孔金属化[8]

工艺流程:除油/整孔→微酸蚀→强酸蚀→活化→加速→化学镀铜。

除油/整孔:氟化钠 1 ~ 5 g/L,磷酸钠 5 ~ 10 g/L,有机酸 1 ~ 3 g/L,表面活性剂 2 ~ 4 g/L,pH = 9 ~ 10,50 ~ 65 °C,5 ~ 6 min。本工序极为重要,处理不好可能出现微孔洞,甚至无铜区,影响铜层的结合力。

微酸蚀:硫酸 10 mL/L,铜离子≤20 g/L,双氧水 10 mL/L,稳定剂 1 ~ 2 mL/L,20 ~ 30 °C,2 ~ 3 min(通常至少微蚀掉1.0 ~ 2.5 µm,切勿微蚀不足或过度)。

强酸蚀:硫酸100 mL/L,室温,1 ~ 2 min。

预浸:氯化亚锡40 g/L,盐酸100 mL/L,添加剂100 g/L,室温,1 ~ 2 min。当溶液中Cu2+超过1 g/L或处理面积达到10 ~ 15 dm2/L时,应更换溶液。

活化:氯化亚锡40 g/L,盐酸100 mL/L,钯40 g/L(以氯化钯形式加入),25 ~ 35 °C,5 ~ 10 min。活化液不使用时,应尽量减少与空气的接触,避光。若发现溶液颜色发生变化(如微绿色或橙色),并有钯胶体凝聚(呈棕黑色),活性降低或失效,可将活化液至于60 °C左右的水浴中保温数小时。

加速:盐酸(或硫酸)10 mL/L,室温,3 min。当加速液中Cu2+超过0.6 g/L,或出现浑浊、变为蓝色时,应予以更换。

化学镀铜:见本文第4部分的【配方24】[2]。

6.6 碳纤维类材质化学镀铜

6.6.1 碳纤维[9]

工艺流程:去胶→离子水洗→敏化→活化→离子水洗→解胶→离子水洗→化学镀铜。

去胶:在烧结炉中用氮气保护,400 °C保温0.5 h,除去有机物保护胶。

敏化:氯化亚锡20 g/L,盐酸8%,35 °C,5 min。

活化:0.3 g/L的氯化钯溶液5%,敏化液95%,35 °C,7 min。

解胶:盐酸5%,40 °C,1 min。注意不能有多余的化合物被带入镀液,否则会影响镀液的稳定性。

化学镀铜:见本文第4部分的【配方21】[2]。施镀时要严格控制碳纤维投放量,视碳纤维长度而定。碳纤维含量正常为3 g/L,施镀良好(碳纤维分散能力良好,内部镀上铜)。含量超过一定程度时,会出现碳纤维缠绕,形成絮状团,如碳纤维长度3 mm,长径比达500的情况。

6.6.2 碳纤维布[10]

工艺流程:除油→水清洗→活化→水清洗→化学镀铜。

除油:磷酸三钠15 g/L,氢氧化钠60 g/L,碳酸钠30 g/L,OP-10 4 mL/L,60 °C,10 min。

活化:硝酸银5 g/L,氨水5.4 mL/L,室温,5 min。

化学镀铜:见本文第4部分的【配方23】[2]。

6.7 涤纶织物表面化学镀铜[11]

工艺流程:除油→水洗→粗化→水洗→敏化→水洗→活化→水洗→化学镀铜→水洗→烘干。

除油:氢氧化钠 35 g/L,碳酸钠 30 g/L,40 ~ 50 °C,10 min。

粗化:氢氧化钠90 g/L,60 °C,20 min。

敏化:氯化亚锡10 g/L,盐酸(37%)100 mL/L,锡粒若干,室温,10 min。

活化:氯化钯0.5 g/L,盐酸(37%)100 mL/L,室温,5 min。

化学镀铜:见本文第4部分的【配方14】[2]。

6.8 口腔钛种植体化学镀铜组合镀覆[12]

工艺流程:除油→水冲洗→打磨(500号至1500号水砂纸)→酸蚀→水洗→微弧氧化→水洗→碱蚀→水洗→化学镀铜→水洗→后处理。

除油:氢氧化钠40 g/L,加温,10 min。

酸蚀:V(氢氟酸)∶V(硝酸)∶V(水)= 1∶2∶3,2 min。

碱蚀:氢氧化钠3 mol/L,60 °C,1 h。

微弧氧化:磷酸三钠15 g/L,硅酸钠10 g/L,电压400 V,脉冲频率500 Hz,脉宽100,超声波振荡功率60 W,超声波频率40 kHz,阴极为304不锈钢,5 min。

化学镀铜:见本文第4部分的【配方22】[2]。温度50 °C时,镀层Cu含量最高;温度过高(如80 °C),Cu含量减小。施镀3 min获得的铜层均匀,Cu含量最高,质量佳;时间过短(< 1 min)或过长(≥5 min)都会导致大量Cu颗粒沉积,镀层质量较差,不平整,微弧氧化膜微孔处于堵塞状态。

6.9 斗轴合金钢套内表面局部化学镀铜

工艺流程:整体电泳黑漆→局部除漆(机械磨除钢套内表面局部需要镀铜部位的漆膜)→清洁处理(针对镀铜部位)→化学镀铜(采用笔者开发的酸性化学镀铜液,常温1 ~ 2 min,浸泡)→清洗2道→压缩空气吹干→烘干(直通式移动烘干机,150 °C,1 min)→浸醇酸自干漆(工件自动下烘干机,手工钩挂工件浸漆)→下挂钩→机械磨除钢套外表面漆膜→整体浸快干硬膜防锈油(由笔者自行研制)→包装。

6.10 活塞缸套整体化学镀铜

工艺流程:碱性化学除油(70 ~ 80 °C,5 ~ 10 min)→水冲洗→化学镀铜(同 6.7节)→水冲洗→钝化(采用由笔者研制的无铬环保钝化剂,常温,数秒)→水洗→热水烫干(90 °C以上)→浸快干硬膜防锈油(同6.9节)。

(续完)

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