基于DMH為配位劑的無(wú)氰電鍍銀工藝及電沉積行為研究.pdf

1、電鍍銀在電子工程領(lǐng)域和裝飾領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但其所使用的氰化物鍍銀液具有劇毒性、嚴(yán)重污染環(huán)境和廢液處理成本較高等缺點(diǎn)。隨著國(guó)際環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，急需開(kāi)發(fā)一種能夠替代氰化鍍銀的無(wú)氰電鍍銀工藝。
　　本論文通過(guò)研究幾種無(wú)氰鍍銀體系，選定5,5-二甲基乙內(nèi)酰脲(DMH)為鍍液中銀離子的配位劑、碳酸鉀為導(dǎo)電鹽、焦磷酸鉀為陽(yáng)極鈍化抑制劑。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)分析，確定較優(yōu)的鍍液組成為：硝酸銀30g/L、DMH100g/L、碳酸鉀

2、80g/L、焦磷酸鉀40g/L，并確定了適合體系的組合添加劑hit903，其較優(yōu)用量為10ml/L?？疾炝耸╁冞^(guò)程中鍍液組成、溫度和pH值等工藝條件對(duì)鍍層質(zhì)量、電流效率及極限電流密度的影響。鍍液溫度愈高、硝酸銀含量愈大，極限電流密度愈大。在優(yōu)化工藝條件下鍍液性能與氰化鍍液相當(dāng)，獲得的鍍層具有較高的硬度、良好的抗變色性能和焊接性能、與基體之間具有很高的結(jié)合強(qiáng)度，鍍層性能與氰化鍍銀層相當(dāng)。
　　研究了脈沖工藝參數(shù)對(duì)鍍層性能和質(zhì)量的影響

3、，確定了較優(yōu)的脈沖參數(shù)為：占空比40％、脈沖周期3ms、平均電流密度0.6A/dm2?？疾炝嗣}沖工藝參數(shù)對(duì)鍍層微觀表面形貌和晶體織構(gòu)的影響。SEM研究表明：脈沖電鍍工藝在平均電流密度為0.6A/dm2下能得到光亮、均一的鍍層；導(dǎo)通時(shí)間和脈沖電流密度的增加會(huì)使鍍層結(jié)晶細(xì)致；過(guò)長(zhǎng)的導(dǎo)通時(shí)間和過(guò)大的脈沖電流密度使鍍層粗糙；關(guān)斷時(shí)間過(guò)短，脈動(dòng)雙電層內(nèi)的金屬離子來(lái)不及恢復(fù)，濃差極化增大，鍍層質(zhì)量變差；關(guān)斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，銀的晶粒在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)發(fā)生重結(jié)晶，

4、鍍層晶粒變大。XRD分析結(jié)果表明：脈沖工藝參數(shù)對(duì)鍍銀層的織構(gòu)有明顯影響，在較小的脈沖電流密度和較短的導(dǎo)通時(shí)間時(shí)，鍍層沿(111)和(220)晶面擇優(yōu)取向，在較高的脈沖電流密度和較長(zhǎng)的導(dǎo)通時(shí)間時(shí)，沉積層的擇優(yōu)取向軸為(111)和(311)；關(guān)斷時(shí)間對(duì)鍍層的織構(gòu)影響較小。在優(yōu)化的脈沖工藝條件下施鍍獲得的鍍銀層質(zhì)量好于氰化鍍銀層質(zhì)量，優(yōu)化后脈沖工藝的鍍液性能好于氰化鍍銀鍍液性能。
　　通過(guò)對(duì)DMH體系電極過(guò)程的研究，提出了配位離子在電極

5、界面的放電機(jī)制，并計(jì)算了電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)參數(shù)。研究表明：DMH鍍液具有較寬的電化學(xué)窗口，在陰極還原過(guò)程中，除配位離子的還原外無(wú)其它副反應(yīng)發(fā)生；銀的電沉積過(guò)程經(jīng)歷了三維成核過(guò)程，銀的陰極沉積過(guò)程是受擴(kuò)散控制的非可逆過(guò)程；焦磷酸鉀的加入不影響銀配位離子在陰極的還原過(guò)程，但會(huì)降低銀陽(yáng)極的極化；鍍液中銀配位離子的主要存在形式為AgY2-，在電極界面直接放電的配位離子為AgY。對(duì)優(yōu)化的鍍液體系的電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如下：交換電流密度i

6、0為1.53×10-2mA/cm2，陰極過(guò)程的表觀傳遞系數(shù)α為0.3，電極反應(yīng)速率常數(shù)K為6.72×10-8cm/s。
　　在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了hit903添加劑的作用機(jī)理，探討了hit903添加劑對(duì)電結(jié)晶過(guò)程的影響。結(jié)果表明：添加劑的加入能夠增大陰極沉積的超電勢(shì)、抑制陰極峰電流、使成核環(huán)負(fù)移、減小交換電流密度和電極反應(yīng)速率常數(shù)。計(jì)時(shí)電流法研究表明：銀在玻碳電極上的電結(jié)晶過(guò)程符合三維連續(xù)成核的生長(zhǎng)機(jī)理；添加劑不改變成核方式，但會(huì)