镀液添加剂对镀层内应力影响的研究

2021-03-24张守华张友亮邓志伟

化工管理 2021年6期

张守华，张友亮，邓志伟

(1.安泰科技股份有限公司，北京 100083；2.安泰爱科科技有限公司，山东淄博 255022)

0 引言

在电镀过程中，由于金属的结晶有一定变形或有异相渗入会产生一定的内应力，这种现象在镀镍过程中尤为明显[1]。镀层的内应力可分为两类：一类是使镀层本身体积有膨胀趋势的应力，称为压应力；另一类是使镀层体积有收缩趋势的应力，称为拉应力。镀层的内应力在一定范围内使镀层的耐蚀性降低，尤其在内应力突变的部位，容易产生应力集中的腐蚀，当内应力较大时，还会使镀层出现起泡、开裂和局部脱落等现象，影响镀层的结合强度[2-3]。在生产中，经常由于镀液温度、pH值和添加剂等控制不当，使镀层聚集了过高的内应力，进而影响镀层的外观、耐蚀性和结合力。本文重点研究了瓦特镀镍溶液中不同添加剂对镍层内应力的影响，为后续镀液维护提供依据，确保生产顺利进行。

1 实验部分

1.1 实验设备

(1)DRZ-20D电阻炉；

(2)实验用电镀电源(QJE，ps3005，0-30V，0-5A)；

(3)pH计(PHS-3E)；

(4)分析天平(实际分度值：0.1 mg)。

1.2 基材

实验所采用的材料为H62黄铜基材，其主要成分为60.5～63.5%的铜，锌余量。试样规格100 mm×15 mm×0.1 mm，弹性模量为1.1×106 Kgf/cm2，单面密封胶密封。

1.3 镀镍工艺流程及溶液配方

条形片去除应力→单面绝缘→除油、水洗→镀镍水洗、吹干→弯曲度测量→镀层厚度测量→计算应力值。

镀液的组成及工艺条件分别见表1。

表1 镀镍溶液组成及工艺条件

1.4 镀层内应力测试

采用条形阴极法，条形阴极为100 mm×15 mm×0.1 mm的铜片，在电阻炉中450 ℃保温2 h去除铜片的加工应力，单面密封胶密封，经除油、水洗后，上端固定，下端为自由端，在一定条件下电镀后，取出试片，水洗吹干，利用标尺槽准确测量试片的偏转量，再利用分析天平得出电镀前后的重量差，计算平均镀厚，最后通过内应力计算公式计算内应力大小[4]。这种条形阴极法测得的内应力是一个半定量性质的。表达公式如下[5]：

式中：S为镀层内应力(N/mm2)；E为基体材料的弹性模数(Kgf/cm2)；t为试片的厚度(mm)；d为镀层的平均厚度(mm)；L为试片电镀面的长度(mm)；R为试片自由端偏转量(mm)。

平均镀层厚度计算公式为：

式中：d为镀层的平均镀厚(mm)；m0为电镀前试片的重量(g)；m1为电镀后试片的重量(g)；p为试片镀层金属的密度(g/cm3)；s为试片受镀的表面积(mm2)。

2 结果与讨论

2.1 初级光亮剂(SB-71)对镀层内应力的影响

为研究初级光亮剂对镀层内应力的影响，实验镀液的工艺参数Jk为2.0 A/dm2，pH值为4.2，t为20 min，利用条形阴极法测试镀液SB-71的含量为0.5 mL/L、1.0 mL/L、1.5 mL/L、2.0 mL/L、2.5 mL/L、3.0 mL/L、3.5 mL/L、4.0 mL/L和4.5 mL/L时，镀层的内应力，结果如图1所示。

图1 初级光亮剂(SB-71)对镀层内应力的影响

由图1可知，镀镍溶液不加任何添加剂时，有较高的拉应力(约116 N/mm2)；初级光亮剂(SB-71)对镀镍层的内应力影响明显，表现为较强的压应力，随着SB-71的不断增加，镀层内应力逐渐降低；当其含量为3 mL/L时，内应力几乎为零；当其含量大于3 mL/L时，随着添加剂的增加，镀层表现的压应力逐渐增大。