无氰滚镀铜工艺应用维护及故障解决措施

无氰滚镀铜工艺应用维护及故障解决措施

近年来，无氰镀铜工艺的研究和应用取得了长足的进步，尤其在铁件挂镀、滚镀、铝合金挂镀方面，已有不少工业应用实例。无氰无磷滚镀与焦磷酸盐滚镀相比，具有以下优点：镀液中不含磷酸盐，可直接滚镀于钢铁表面，镀层亮度较高。另外，无氰滚镀在镀层均匀度、深镀能力等方面已与氰化物滚镀相当，有望取代氰化物滚镀。本文介绍了无氰滚镀工艺应用过程中的维护事项，并针对遇到的故障提出解决方法，为厂家在实际应用中预防和解决类似故障提供参考，以降低不良率，提高生产效率。

无氰无磷铜滚镀工艺

1.1 流程

机械抛光→化学除油→水洗3次→酸洗活化（采用体积分数为2%~5%的硫酸，下同）→水洗3次→无氰无磷滚镀铜→水洗→酸洗活化→滚镀镍。

1.2 镀液配制

无氰无磷铜滚镀所采用的SF-585无氰碱性镀铜体系如表1所示，镀液配制步骤如下：

1）在洁净镀槽中加入3/5体积的纯水，加热至50℃，加入所需量的开口粉，搅拌至完全溶解，冷却至室温。

2）另取一容器，用1/3体积的纯水溶解所需氢氧化钾，冷却至室温后，边搅拌边加入镀槽中，并立即加入移动粉末，继续搅拌至溶解。

3）添加添加剂，加厚镀铜时无需添加主光亮剂。

4)用精密试纸检查溶液的pH值，用盐酸、45%氢氧化钾溶液调节pH值。

5）加入纯净水至所需体积，搅拌均匀，加热至工作温度范围，即可试镀。

1.3 电镀液的维护与补充

1）工件进入无氰碱性镀铜槽前，确保其已除油、表面无锈蚀；

表1 SF-585无氰镀铜配方及工艺条件

2）每天分析Cu²+含量，建议滚镀Cu²+含量保持在10-15g/L，挂镀Cu²+含量保持在12-18g/L。

3）每班检查一次槽液pH值，保持在9.2～9.7范围内；pH值高于10.0时，用1：1盐酸进行调整，每加入2mL/L 1：1盐酸可使pH值降低约0.08；pH值低于9.0时，用500g/L氢氧化钾溶液进行调整，每加入2mL/L 500g/L氢氧化钾溶液可使pH值升高约0.1。

4）每天清洗过滤器，将滤芯浸泡在5%～10%盐酸中1小时。

5）每周1至2次添加铜阳极，用体积5％盐酸活化。

6）对于挂镀，每30～60天清洗一次阳极及阳极袋，将阳极及阳极袋浸泡在5体积％的稀硫酸中10～20分钟。每次清洗阳极后加入0.1g/L的补粉；对于滚镀，无需使用阳极袋，镀槽只需每月清洗一次即可。

7）附加粉、定位粉、助剂、主光亮剂用量见表2。

表2 各添加剂添加量

8）每班结束后，用磁铁吸起掉落的工件。每月一次，清理底部，将掉落的工件和其他杂物吸出。

9）为避免波美度上升过快，不建议直接回收镀液，但可将洗水中的铜化合物沉淀回收后加入镀槽中。需要注意的是，以上只是日常的维护工作，添加剂的使用和保养可能因工件不同而有所差异，应根据实际情况处理。

1.4镀液中总铜含量分析

试剂：过硫酸铵；1：1（体积比）氨水；PAN指示剂，即含1g/L 1-（2-吡啶偶氮）-2-萘酚的乙醇溶液；0.05mol/L EDTA（乙二胺四乙酸）标准溶液。

操作步骤：吸取1.0 mL镀液于250 mL锥形瓶中，加入约100 mL去离子水和约1 g过硫酸铵，溶解后加热煮沸1～2 min，加入1：1氨水直至溶液变成深蓝色，再加入数滴PAN指示剂，此时溶液变成紫红色（注意不要加太多，以免变色不明显），最后用0.05 mol/L EDTA标准溶液滴定至溶液变成黄绿色，根据公式（1）计算镀液中铜的质量浓度。

式中：p为镀液中铜的质量浓度，单位为g/L；c为EDTA标准溶液的浓度，单位为mol/L；V为消耗的EDTA标准溶液的体积，单位为mL；V₁为所测镀液的体积，单位为mL。

常见故障解决方法

此工艺已使用5年多，主要产品为螺丝、铰链等，期间发生过几次故障，经采取措施后解决，恢复到开锁锁芯的水平，现将有关情况介绍如下。

2.1高区涂层粗糙、烧焦

2.1.1 故障现象

如图1所示，霍尔电池试件高处出现了约3cm的烧焦区域，滚镀工件高处也相应出现了烧焦的滚印。

图 1：高区域粗糙和烧焦的涂层

2.1.2 原因分析及解决方案

分析发现镀液Cu²+质量浓度为8.9g/L，明显低于工艺要求10-15g/L。因此推测故障主要因镀液铜离子浓度偏低引起。建议厂家加大阳极面积，采用阳极钛篮装载电解铜阳极，使镀液铜离子质量浓度提高至14.3g/L。重新镀后，高区烧焦现象消失，如图2所示。

图2 调整镀液Cu2+质量浓度后霍尔电池试片外观

2.2涂层颜色偏暗

2.2.1 故障现象

如图3所示，工件表面镀层分布均匀，但颜色较暗，亮度不足。

图 3：深色涂层

2.2.2 原因分析及解决方案

对镀液成分进行分析，发现Cu²+与络合剂的质量浓度比（以下简称“铜络合比”）为0.91，推测镀层发暗的原因可能是络合剂不足。在镀液中添加补充粉，将铜络合比调整为0.68。重新镀后产品恢复亮丽外观，如图4所示。

图4 调整镀液铜铜比后产品外观

2.3 工件下部涂层发暗、粗糙

2.3.1 故障现象

工件下部区域的涂层粗糙、发暗，如图5所示。

图 5：下部区域的粗糙涂层

2.3.2 原因分析及解决方案

主要原因有：主光亮剂过多；辅助剂不足；pH值偏低；铜络合物配比过高；定位粉不足。

针对以上原因，采取了如下措施：1）停止加入主光剂，消耗或稀释镀液，然后调整各组份浓度到规定范围；2）补充助剂及移动粉末；3）添加补粉；4）用氢氧化钾溶液调节镀液pH值到正常范围。采取以上措施后，故障消失，镀后工件如图6所示。

图6 采取多项措施解决低位区域涂层粗糙后的产品外观

2.4工件下部区域涂层厚度低

2.4.1

故障现象

低洼区域镀层厚度较低甚至未镀上，如图7所示。

图7 低区无镀层

2.4.2 原因分析及解决方案

分析认为是由于镀液中缺少移动粉末导致的，于是在镀液中添加了4g/L的移动粉末，结果显示低区顺利镀出，且镀层厚度符合要求，如图8所示。

图8 镀液中补充移动粉末后霍尔电池试片外观

结论

无氰镀铜工艺在国内研究应用已有几十年，最初用于挂镀，但随着研究的深入和应用的增多，该工艺的缺点也逐渐暴露出来。但只要我们认识到缺点，在不断积累生产经验的基础上，有针对性地进行实验研究，在不久的将来无氰镀铜工艺必将全面取代含氰镀铜工艺。