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硫酸铜电镀工艺介绍

发布日期:2015-06-17  来源:合众精工
现代电镀网6月17日讯:(每日电镀行业最新资讯推送 请关注微信公众号:现代电镀网)
        铜既要掩盖钢辊的缺陷,又要为下道工序——电雕展示最好的工作面。镀铜是一个极为复杂的过程,对其控制应极为严密,稍有马虎,就需要耗费大量的时间、人力、物力来纠正所出现的问题。

    (一)镀铜工艺流程

    金工滚筒→检验→发配滚筒→滚筒前处理→预镀镍→打磨清洗→镀铜→卸滚筒→交车磨

    (二)滚筒镀铜原理

    镀铜层呈粉红色,质柔软,具有良好的延展性。

    镀铜槽中电解溶液的主要成分是硫酸(H2SO4)和硫酸铜(CuSO4·5H2O)。铜在这种溶液中以铜离子(Cu2+)形式存在。电解铜作为阳极,按半圆弧分布于电解溶液中,并与电源阳极相接。滚筒横放在电解槽中,其表面有的是全部浸入电解溶液中,有的是半浸或1/3浸入电解溶液中,它与阴极相接,并以一定转速旋转。通电后,阴阳两极发生化学反应,铜离子带有正电荷,被阴极吸引,在阴极获得电子而形成铜原子,并附着在滚筒上,完成电镀。但事实上,由于某些原因会干扰这种反应过程,正负离子始终不会平衡,所以在实际生产中不容易制得很满意的电镀滚筒。针对这种情况,只能尽力做到减少干扰因素,根据本公司的条件,进行各种器材、工艺的匹配,以制得满意的电镀滚筒。

    (三)加强导电性管理

    提高铜层质量,重要的是控制好电流差,保证导电部位干净和接触良好,使电流值分布均匀,使滚筒两端和中间的铜层硬度一致。

    (四)镀铜液的主要成分

    凹版电镀采用硫酸盐镀铜,镀液的基础成分是硫酸铜和硫酸。硫酸铜用来供给镀液中的铜离子,硫酸则能起到防止铜盐水解、提高镀液导电能力和阴极极化的作用。由于镀液的电流效率高(近于100%),可镀得较厚的镀层。当然,要保证各种化学品的纯度与稳定。镀铜液的主要成分如下:

    1.硫酸铜(CuSO4·5H2O),是蓝色晶体,颗粒大小如玉米粒,应尽量无黄色,工业级可用。根据生产条件和不同要求,硫酸铜的含量有的公司规范为200~250g/L,有的为210~230g/L,有的为180~220g/L。硫酸铜含量低,允许的工作电流密度低,阴极电流效率低。硫酸铜含量的提高受到其溶解度的限制,并且电镀中随硫酸含量的增高,硫酸铜的溶解度相应降低。所以硫酸铜含量必须低于其溶解度,以防止其析出。

    2.硫酸(H2SO4),在镀液中能显著降低镀液电阻,防止硫酸铜水解沉淀。其化学反应式如下:

    CuSO4+2H2OCu(OH)2+H2SO4

    若发出像氨水一样的气味,则有问题。若槽液浓度不合适,会产生Cu2+,使镀铜面出现麻点和针眼。

    硫酸含量低时,镀层粗糙,阳极钝化。增加硫酸含量,能提高均镀能力,但有些光亮剂易于分解。其含量有的公司规范为40~60g/L,有的为55~65g/,有的为60~70g/L。

    有的公司把硫酸铜含量控制在180~270g/L,硫酸含量控制在55~65g/L,取得了很好的效果,使铜层达到最佳硬度,并延长了存放期。

    在温度为15℃条件下,硫酸铜+硫酸含量与波美度的对应关系如表2所示。

    3.氯离子(Cl-),通过加入少许盐酸获得。氯离子是酸性光亮镀铜中不可缺少的一种无极阴离子。没有氯离子便不能获得理想的光亮铜层,但氯离子含量过高会使镀铜层产生麻点,并影响光亮度和平整性。应根据添加剂的要求使用,如:美吉诺添加剂为50~60ppm,Hard为50ppm左右,大和G为80~120ppm。

    (五)镀液配制方法

    先将计算量的硫酸铜溶解在2/3配制体积的温水中,当硫酸铜完全溶解和冷却后,在不断搅拌下慢慢地加入硫酸(加入硫酸为放热反应),静止镀液并过滤,再加入规定的添加剂后,试镀合格即可投入生产。

    (六)工艺条件

    1.电流密度(DK)

    电流密度在滚筒全浸时为15~18A/dm2,半浸时为20~30A/m2。电流密度能否提高,取决于镀液成分和其他条件,如:提高镀液温度、加强搅拌、镀液浓度高等都能提高工作电流密度。

    2.温度

    镀液温度在全浸时为42±1℃,半浸时为38±1℃较适宜。如果镀液温度过低,不但允许的工作电流密度低,而且硫酸铜容易结晶析出;镀液温度高,则能增强镀液导电性,但会使镀层结晶粗糙;若镀液温度超过45℃,铜层会变软,版面发白。#p#分页标题#e#

    3.镀铜时间

    镀铜时间应根据所要求的铜层硬度而定,一般为1~1.5小时一槽。

    4。镀铜槽中的阳极

    阳极为电解铜球,直径为40mm。电解铜球在硫酸盐镀铜镀液中往往会产生铜粉,导致镀层产生毛刺、粗糙。铜球含磷量越少越好,这样可以减少铜粉,避免出现砂眼。如果铜球含磷量过高,则其表面会产生一层较厚的膜,使得阳极不易溶解,导致镀液中铜离子含量下降。铜球的含磷量以0。035%~0。05%为宜,目前国产铜球含磷量都大于0。05%,而进口的含磷量只有0。038%,但价格太贵。

    5.阳极距离

    阳极距离为50~80mm。

    6。版辊转速

    版辊转速根据版辊直径而改变。

    7.硬度剂的选择与使用

    根据本公司的设备条件,选择电镀性能最佳的硬度剂是一个重要环节,因为控制铜层硬度主要是靠调整镀液中的添加剂用量。目前硬度剂种类较多,现介绍如下。

    (1)MDC硬度剂,是固体,配缸为6mg/L,应做到少加勤加,它对氯离子(Cl-)非常敏感,使用温度为25~30℃。它不太适合我国国情,目前很少有公司在使用。

    (2)美国美吉诺硬度添加剂,其性能偏脆,较难控制,补加量为10ml/100Ah(以本公司的镀铜硬度为标准),使用温度为40~52℃。

    (3)日本大和硬度添加剂,常用的有二种:一种是Hard,其电镀性能最好,硬度、光洁度都很理想,其最大的缺点是硬度存放期短,只有3~7天,所以用的公司逐渐减少。另一种是COMSG,其电镀性能虽然不如Hard,但硬度、光洁度也都很好,其性能偏柔韧,最大的优点是存放期长,可达3~6个月,而且不受环境污染,非常适合国内制版厂的设备情况,所以备受制版公司的青睐。生产实践证明:实际用量比其推荐的比例稍少一些为佳。如:硫酸铜200~250g/L,硬度添加剂为80~100ml/Ah,使用温度40~45℃,不能超过45℃。

    (4)镀铜液配比与硬度添加剂的用量一定要达到最佳。保证镀铜层的脆性和柔韧性达到平衡是关键,这样既可以使镀铜层达到最佳硬度,又利于延长保存时间、减少用量。若用量过多,镀铜层太硬太脆,容易磨损和打雕针;柔韧性强,以30°或38°雕刻容易出现毛刺,雕刻时要用刮刀。判断韧性的方法是:铜皮对折一次不断,反复折一次,即正反两折后折断为佳。

    (5)实际生产中经常出现的问题是铜层硬度不是太高就是太软,不稳定。如:硫酸根离子偏低,电流较大,导致硬度高、太脆、韧性差,造成版滚筒存放时间一长就会出现龟裂现象;铜层太软,造成网点变形。因此,必须做到诸种元素的最佳匹配,使铜层脆性与柔韧性达到平衡,并能保持稳定,这就要依靠严格精心的管理。

 
关键词: 电镀 硫酸铜 抛光 钝化
 
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