化學(xué)鍍銅原理.doc

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1、化學(xué)鍍銅原理發(fā)布日期：2012-01-06瀏覽次數(shù)：6我們先看一個(gè)典型的化學(xué)鍍銅液的配方：硫酸銅5g／L甲醛1OmL／L酒石酸鉀鈉25g／L穩(wěn)定劑0．1mg／L氫氧化鈉7g／L這個(gè)配方中硫酸銅是主鹽，是提供我們需要鍍出來(lái)的金屬的主要原料。酒石酸鉀鈉稱為絡(luò)合劑，是保持銅離子穩(wěn)定和使反應(yīng)速度受到控制的重要成分。氫氧化鈉能維持鍍液的pH值并使甲醛充分發(fā)揮還原作用。而甲醛則是使二價(jià)銅離子還原為金屬銅的還原劑，是化學(xué)鍍銅的重要成分。穩(wěn)定劑則是為了防止當(dāng)鍍液被催化而發(fā)生銅的還原后，能對(duì)還原的速度進(jìn)行適當(dāng)控制，防止鍍液自己劇烈分解而導(dǎo)致鍍液失效?；瘜W(xué)鍍銅當(dāng)以甲醛為還原劑時(shí)，是在堿

2、性條件下進(jìn)行的，銅離子則需要有絡(luò)合劑與之形成絡(luò)離子，以增加其穩(wěn)定性。常用的絡(luò)合劑有酒石酸鹽、EDTA、多元醇、胺類化合物、乳酸、檸檬酸鹽等。我們可以用如下通式表示銅絡(luò)離子：Cu2+·絡(luò)合物，則化學(xué)鍍銅還原反應(yīng)的表達(dá)式如下：Cu2+·絡(luò)合物+2HCH0+40H一一Cu+2HC00一+H2+2H20+絡(luò)合物這個(gè)反應(yīng)需要催化劑催化才能發(fā)生，因此適合于經(jīng)活化處理的非金屬表面，但是在反應(yīng)開(kāi)始后，當(dāng)有金屬銅在表面開(kāi)始沉積出來(lái)，銅層就作為進(jìn)一步反應(yīng)的催化劑而起催化作用，使化學(xué)鍍銅得以繼續(xù)進(jìn)行。這與化學(xué)鍍鎳的自催化原理是一樣的。當(dāng)化學(xué)鍍銅反應(yīng)開(kāi)始以后，還有一些副反應(yīng)也會(huì)發(fā)生：2HC

3、HO+OH一→CH30H+HCOO-這個(gè)反應(yīng)也叫“坎尼扎羅反應(yīng)”，它也是在堿性條件下進(jìn)行的，將消耗掉一些甲醛。2Cu2++HCHO+50H→Cu20+HC00一+3H20這是不完全還原反應(yīng)，所產(chǎn)生的氧化亞銅會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)：Cu20+2HCHO+20H一→2Cu+H2+H20+2HC00—Cu20+H20→2Cu++20H一也就是說(shuō)，一部分還原成金屬銅外，還有一部分還原成為一價(jià)銅離子。一價(jià)銅離子的產(chǎn)生對(duì)化學(xué)鍍銅是不利的，因?yàn)樗鼤?huì)進(jìn)一步發(fā)生歧化反應(yīng)，還原為金屬銅和二價(jià)銅離子：2Cu+→Cu+Cu2+這種由一價(jià)銅還原的金屬銅是以銅粉的形式出現(xiàn)在鍍液中的，銅粉成為進(jìn)一步催化化

4、學(xué)鍍的非有效中心，當(dāng)分布在非金屬表面時(shí)，會(huì)使鍍層變得粗糙，而當(dāng)分散在鍍液中時(shí)，會(huì)使鍍液很快分解而失效。(1)鍍液各組分的影響二價(jià)銅離子(主鹽)的濃度變化對(duì)化學(xué)鍍銅沉積速度有較大影響，而甲醛濃度在達(dá)到一定的量后，影響不是很大，并且與鍍液的pH值有密切關(guān)系。當(dāng)甲醛濃度高時(shí)(2mol／L)，pH值為11～11．5，而當(dāng)甲醛濃度低時(shí)(0．1～0．5mol／L)，鍍液的pH值要求在12～12．5。如果溶液中的pH值和溶液的其他組分的濃度恒定，無(wú)論是提高甲醛或者是二價(jià)銅離子的含量(在工藝允許的范圍內(nèi))，都可以提高鍍銅的速度?；瘜W(xué)鍍銅的反應(yīng)速度(ν)與二價(jià)銅離子、甲醛和氫氧根離子

5、的關(guān)系可以用以下關(guān)系式表示：ν=K[Cu2+]0.69[HCHO]0.20[OH一]0．25在大部分以甲醛為還原劑的化學(xué)鍍銅液中，甲醛的含量是銅離子含量的數(shù)倍。酒石酸鹽的含量也要比銅離子高，當(dāng)其比率大于3時(shí)，對(duì)銅還原的速度影響并不是很大，但是如果低于這個(gè)值，鍍銅的速度會(huì)稍有增加，但是鍍液的穩(wěn)定性則下降。除了酒石酸鉀鈉外，其他絡(luò)合劑也可以用于化學(xué)鍍銅，比如檸檬酸鹽、三乙醇胺、EDTA、甘油等，但其作用效果有所不同。最為適合的還是酒石酸鹽。(2)工藝條件和其他成分的影響溫度提高，鍍銅的速度會(huì)加快。有些工藝建議的溫度范圍為30～60℃，但是過(guò)高的溫度也會(huì)引起鍍液的自分解，

6、因此，最好是控制在室溫條件下工作。pH值偏低時(shí)，容易發(fā)生沉積出來(lái)的銅表面鈍化的現(xiàn)象，有時(shí)會(huì)使化學(xué)鍍銅的反應(yīng)停止下來(lái)。溫度過(guò)高和采用空氣攪拌時(shí)，都有引起銅表面鈍化的風(fēng)險(xiǎn)。在鍍液中加入少許EDTA可以防止銅的鈍化。其他金屬離子對(duì)化學(xué)鍍銅過(guò)程也有著一定影響。其中鎳離子的影響基本上是正面的。試驗(yàn)表明，在化學(xué)鍍銅液中加入少量鎳離子，在玻璃和塑料等光滑的表面上可以得到高質(zhì)量的鍍銅層。而不含鎳離子的鍍液里，得到的鍍層與光滑的表面結(jié)合不牢。添加鎳鹽會(huì)降低銅離子還原的速度。在含鎳鹽時(shí)，鍍液的沉積速度為0．4μm／h，不含鎳鹽時(shí)，化學(xué)鍍銅的沉積速度為0．6μm／h。當(dāng)含有鎳鹽時(shí)，鎳離子

7、會(huì)在鍍覆過(guò)程中與銅離子共沉積而形成銅鎳合金。當(dāng)化學(xué)鍍銅液中鎳離子的含量為4～17mmol／L時(shí)，鍍銅層中鎳的含量為1％～4％。需要注意的是，在含有鎳的化學(xué)鍍銅液的pH值低于11時(shí)，有時(shí)鍍液會(huì)出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。這是甲醛與其他成分包括鎳的化合物發(fā)生了聚合反應(yīng)。在化學(xué)鍍銅中，鈷離子也有類似的作用，但是從成本上考慮還是采用添加鎳較好。當(dāng)鍍液中有鋅、銻、鉍等離子混入時(shí)，都將降低銅的還原速度。當(dāng)超過(guò)一定含量時(shí)，鍍液將不能鍍銅。因此，配制化學(xué)鍍銅應(yīng)盡量采用化學(xué)純級(jí)別的化工原料。(3)化學(xué)鍍銅液的穩(wěn)定性以甲醛作還原劑的化學(xué)鍍銅不僅僅可以在被活化的表面進(jìn)行，在溶液本體內(nèi)也可以進(jìn)行，而