甲磺酸体系电镀铜锡合金工艺及其性能的研究.pdf

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1、硕士学位论文甲磺酸体系电镀铜锡合金工艺及其性能的研究RESEARCHONELECTROPLATINGPROCESSOFCOPPER-TINALLOYANDITSPROPERTIESINMETHYLSULFONICACIDSYSTEM石一卉哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TQ153.2学校代码：10213国际图书分类号：621.794密级：公开工学硕士学位论文甲磺酸体系电镀铜锡合金工艺及其性能研究硕士研究生：石一卉导师：李宁教授申请学位：工学硕士学科：化学工程与技术所在单位：化工与化学学院答辩日期：2018年6月

2、授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TQ153.2U.D.C.:621.794DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONELECTROPLATINGPROCESSOFCOPPER-TINALLOYANDITSPROPERTIESINMETHYLSULFONICACIDSYSTEMCandidate:ShiYihuiSupervisor:Prof.LiNingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEnginee

3、ringSpecialty:ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation:SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要电镀铜锡合金作为代镍电镀工艺具有镀层致密光亮、耐蚀性好、硬度适中、成本低廉、防扩散性能良好等优点，是应用最广的合金镀层之一，并随着镀镍层在装饰性领域逐渐被淘汰，铜锡合

4、金越来越受到青睐。当锡的质量分数为8%~15%时，铜锡合金电镀可在工件表面形成一层高装饰性的仿金镀层。氰化物电镀铜锡合金由于其毒性应用受到了限制，因此，研究开发一种工艺简单、环境友好、性能优良的无氰电镀铜锡合金镀液势在必行。本论文首先利用热力学分析了甲磺酸体系铜锡合金镀液的稳定性，通过使用大阳极小阴极、提高对苯二酚含量、将硫酸亚锡改为甲磺酸亚锡，优化镀液稳定性。通过初步筛选添加剂，实现了该体系下铜锡合金仿金电镀的可行性，发现添加剂F-28和PPDH对提高可操作电流密度范围具有较好的作用，尤其当F-28高于20.6ml/L时

5、，可在0.8~2.0A/dm范围内获得光亮的金黄色镀层。并通过目测观察2+法初步筛选了可实现仿金电镀的镀液组成和各工艺参数范围：0.12~0.14mol/LCu，2+0.02~0.03mol/LSn，最佳铜锡比为5:1，25℃，搅拌速度45~60r/min，电流密度20.8~2.0A/dm。其次，在初步筛选的基础上，采用能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、贴滤纸法、电化学测试等分别研究镀液组成和工艺条件对镀层各性能的影响，优化出性能优良的仿金工艺：0.13mol/LCuSO4，0.025mol/L(CH3SO3)2

6、Sn，2mol/LMSA，0.01mol/L对苯二酚，室温，搅拌速度45~60r/min。在最佳的工艺下，研究添加剂F-28和PPDH用量对镀层性能的影响规律，结果表明：高于0.6ml/L的F-28具有细致结晶和整平作用，利于拓宽电流密度范围；PPDH浓度达到0.6ml/L时同样具有细化晶粒和稳定镀层外观色泽的作用，但不具备整平作用。最后利用线性扫描伏安法、计时电势法、电化学阻抗谱等探讨铜、锡、铜锡合金沉积过程的电化学行为；并从电沉积过程讨论了镀液组成、工艺条件以及添2+2+加剂F-28和PPDH的影响机理。结果表明：镀液

7、中Cu和Sn能够相互促进以实现共沉积，但由于二者的交换电流密度相差很大，在不含添加剂的情况下镀层铜锡比很难达到仿金电镀的要求。添加剂F-28之所以对仿金电镀有良好的改性作用，主要源自其对沉锡和析氢反应的抑制以及提高共沉积极限电流密度的能力；而添加剂PPDH则通过增大镀铜极化的能力，细化镀层晶粒。关键词：无氰电镀；甲磺酸；铜锡合金；仿金；添加剂IAbstractAbstractAsasubstitutefornickelelectroplatingprocess,copper-tinalloyhasadvantagesofb

8、rightappearance,highdensification,goodcorrosionresistance,moderatehardness,lowcostandgoodnon-proliferationperformance.Itisoneofthemostwidelyusedalloypla