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无氰碱性电镀工艺对黄铜微观结构的影响
王靓靓,鲁道荣,牛运峰
(合肥工业大学化工学院,安徽合肥230009)
摘要：在碱性条件下,以硫酸盐为基础溶液,酒石酸钾钠和柠檬酸钠为络合剂,在A3钢表面电镀黄铜合金薄膜。用XRD研究在不同温度、不同电流密度条件下及加入添加剂γ-APS的黄铜合金镀层的微观结构。用SEM和EDS研究在不同电镀时间下黄铜合金镀层的表面形貌和组成。结果表明,电流密度对镀层微观结构影响最为明显,在最佳电镀工艺条件温度为35℃、电镀时间8min、电流密度为15mA/cm2时电镀出的Cu-Zn黄铜合金,镀层结晶晶粒均匀,镀层中Cu∶Zn质量比为64∶36。加入添加剂γ-APS后得到的黄铜合金镀层结晶晶粒更加均匀致密且呈现金黄色。
关键词：黄铜;无氰电镀;微观结构;织构系数。
中图分类号：TQ153.2文献标识码:A文章编号:1005-8192(2010)04-0045-05
应用最广泛的黄铜含铜68%~75%,而含铜量在70%~80%的铜锌合金呈金黄色,具有优良的装饰效果,广泛应用于建筑、五金、灯饰等行业[1,2]。在实际生产中,电镀黄铜主要采用氰化物镀液,由于氰化物镀液对环境污染,因此人们相继研究了草酸盐[3]、酒石酸盐[4,5]和焦磷酸盐[6,7]等环保型镀液。本试验选择碱性条件,以硫酸盐为基础溶液,以酒石酸钾钠和柠檬酸钠为络合剂,在A3钢表面电镀出黄铜合金。通过改变电镀条件和加入添加剂,得到实验室下电镀黄铜合金的最佳工艺条件,并对镀层的微观结构和组成进行了研究。
1试验
1•1电极制备及工艺流程采用15mm×15mm×1.5mm的A3钢片作为阴极,紫铜片与锌片为双阳极。
表面处理过程:
钢片:打磨→水洗→除油→水洗→酸洗→水洗→吹干;铜片:打磨→水洗→除油→水洗→吹干;锌片:打磨→水洗→除油→水洗→酸洗→水洗→吹干。
1•2镀液组成及试验条件
镀液组成:CuSO4•5H2O30g/L,ZnSO4•7H2O20g/L,C4H4O6KNa•4H2O90g/L,柠檬酸钠20g/L,NaOH60g/L;
试验条件:温度25~45℃,电流密度10~20mA/cm2,时间4~12min。
1•3主要实验仪器
WYL直流稳压稳流电源;ZX21型多盘十进电阻器;D/Max-γB型X射线衍射仪;XT30ESEM-TMP扫描电镜。
1•4镀层性能测试
用XRD研究镀层的微观结构(Cu靶,Kα=0•154nm,衍射角范围:35°~145°,扫描速度6°/min);用EDS研究镀层的组成;用SEM研究镀层的表面形貌。
2结果与讨论
2•1XRD分析
2•1•1不同温度下黄铜镀层的XRD分析在电镀时间为8min,电流密度为15mA/cm2条件下,对不同温度下电镀得到的黄铜镀层进行XRD测试,结果示于图1。由图可知,随着温度改变,不但影响了各晶面衍射峰强度,还改变了镀层晶面的织构系数[8]。

在温度25℃,35℃,45℃下黄铜镀层晶面择优取向均为(101),织构系数分别为44•64%、49•02%、40•98%。(002)晶面的织构系数分别为17•41%、19•12%、18•03%;锌的(112)晶面织构系数分别为11•61%、11•27%、14•75%;铜的(400)晶面织构系数分别为5•36%、6•86%、4•51%;其中25℃,45℃下的镀层出现了铜的(331)晶面。
从镀层晶面的织构系数可以发现,随着温度的提高,在35℃时黄铜的(002)和(101)晶面衍射峰强度最大,说明在35℃时最有利于黄铜的(002)和(101)晶面的生长;在25℃,35℃时锌的(112)晶面衍射峰强度变化不大,但在45℃时明显增加,说明温度超过35℃有利于锌的(112)晶面的生长;在35℃时铜的(400)晶面衍射峰强度最大,但没有出现(331)晶面,说明在35℃时有利于铜(400)晶面生长,抑制(331)晶面生长。在镀层的XRD图中出现铁的(200)晶面,可能是由于基体是A3钢,镀层较薄,从而出现铁的晶面衍射峰;由晶面织构系数计算可知,在35℃时铁的(200)晶面织构系数最小,说明此温度下的黄铜镀层相对较致密,35℃是电镀黄铜的最佳温度。
2•1•2不同电流密度下黄铜镀层的XRD分析
由图2可知,在电镀时间为8min,温度为35℃条件下,在电流密度分别在10mA/cm2,15mA/cm2,20mA/cm2时,黄铜镀层晶面的择优取向均为(101)晶面,织构系数分别为44•64%、49•02%、31•06%。晶面(002)的织构系数分别为14•73%、19•12%、11•80%。锌的(112)晶面的织构系数分别为11•61%、11•27%、9•01%。铜的(400)晶面的织构系数分别为6•25%、6•86%、2•80%。在电流密度为10、20mA/cm2下得