冯绍彬，苏畅 郑州轻工业学院材料化工学院，河南郑州
摘要：工业生产中，硫酸的过量添加会造成酸性镀铜工艺阳极钝化、槽电压升高、工作电流下降。本文讨论了硫酸对硫酸铜溶解度的影响，发现水溶液中硫酸含量超过50g/L后硫酸铜的溶解度急剧下降。当硫酸含量过高时，随着电镀过程的进行，Cu2+在阳极表面层的浓度不断升高，引起硫酸铜晶体在阳极表面析出，使阳极钝化，导致无法正常生产。
关键词：酸性镀铜；硫酸；硫酸铜；溶解度；阳极；钝化
中图分类号：TQ153.14 文献标志码：A
文章编号：1004–227X(2011)04–0013–02
1·前言
硫酸作为酸性镀铜电解液的主要成分，可以提高镀液电导率，扩大电流密度范围，防止铜盐水解，改善电解液的分散能力和阳极的溶解性能，增大阴极极化，使镀层结晶细致。硫酸的含量必须要控制在一个合理的范围内，否则会对工艺产生不利的影响[1]。笔者发现不少中小企业对酸性镀铜工艺中硫酸的影响缺乏全面认识，镀液中硫酸的含量往往大大超出工艺规范。某钢丝镀铜企业的电镀铜生产线出现槽电压升至满量程(12V)，工作电流由正常时的400A降至40A，无法维持正常生产的情况。结合这次因硫酸过量引起的故障，本文将重点讨论硫酸含量过高对工艺的影响。
2·实验
2.1硫酸铜溶解度的测定
将过量的硫酸铜溶解于水中，制成饱和硫酸铜溶液，向溶液中加入硫酸，使硫酸铜结晶析出。称取结晶的质量，计算硫酸铜的溶解度。从50~100g/L逐步提高硫酸的含量，测定在不同的硫酸含量下，硫酸铜的溶解度。
2.2槽电压的测定
对失调的酸性光亮镀铜溶液进行分析，得知其中含硫酸铜124.3g/L、硫酸205.8g/L，硫酸为正常含量的4倍左右。采用磷铜板为阳极、电解铜板为阴极，阴、阳极面积比为2∶1，以电流密度0.5A/dm2在250mL赫尔槽中电镀，测定槽电压的变化情况。
3·结果与讨论
3.1硫酸对硫酸铜的影响
硫酸铜在不同质量浓度的硫酸水溶液中的溶解度如图1所示。
常规的酸性镀铜工艺中，硫酸铜的含量在180~220g/L之间，硫酸含量在50~70g/L之间。由图1可以看出，硫酸含量的逐步升高，使硫酸铜的溶解度逐渐下降，硫酸含量为0~50g/L时，硫酸铜的溶解度略有下降，但溶液的导电能力、分散能力明显提高；硫酸含量在50~70g/L之间时属于正常的工艺范围，溶液的导电能力、分散能力处于最佳状态，硫酸铜的溶解度虽有下降，但仍高于工艺配方中的上限(220g/L)，不会对阳极的溶解产生不利影响。硫酸含量一旦超过配方范围，随着硫酸的增多，硫酸铜的溶解度迅速下降，在阳极板表面甚至镀槽底部形成沉积。
3.2硫酸对槽电压的影响
过高的硫酸含量，使槽电压不稳定，采用故障溶液进行恒电流电镀，槽电压随时间的变化结果如表1所示。
从表1可以看出，通电20min之后槽电压迅速攀升，最大值达到13.3V，槽电压最小值和最大值相差两个数量级。随着时间的推移，硫酸铜晶体逐渐在阳极表面析出、覆盖、增厚，阳极钝化引起电阻增大，槽电压上升，该现象与企业生产线上的故障相一致。
3.3硫酸对阳极的影响
使用磷铜板作阳极时，正常情况下，在阳极表面形成一层具有金属导电性的黑色膜，其主要成分是Cu3P，它可以阻止过多Cu+的产生，加速Cu+的氧化，减少铜粉(Cu2O)的生成。当硫酸含量过高时，一方面黑色膜受到抑制，颜色变淡，膜层过薄，加速了铜粉的产生，另一方面硫酸铜结晶覆盖在阳极表面，出现这种情况的原因可能是在通电情况下，阳极正常溶解产生Cu2+，由于浓差极化的存在，铜离子在界面的浓度高于在本体的浓度，而过多硫酸的存在，使硫酸铜的溶解度降低，在两相界面处容易达到饱和，过多的铜离子与硫酸根离子形成硫酸铜，在阳极结晶析出，阻碍了阳极的正常溶解过程，使阳极钝化[2-3]。
4·结论
镀液中硫酸含量的升高，使硫酸铜溶解度降低。随着电镀过程的进行，Cu2+在阳极表面层的浓度不断升高，引起硫酸铜晶体在阳极表面析出，使阳极钝化。
因此，在生产中应该严格监控硫酸的含量，定期分析并将其调整至工艺要求的范围内。
参考文献：
[1]冯辉,张勇,张林森,等.电镀理论与工艺[M].北京:化学工业出版社,2008:95-103.
[2]邓文,刘昭林,郭鹤桐.铜磷合金阳极电化学行为的研究[J].电镀与涂饰,1996,17(2):1-4.
[3]郭鹤桐,覃奇贤.电化学教程[M].天津:天津大学出版社,2000:333-335.[
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