304不锈钢表面化学镀铜

304不锈钢表面化学镀铜

【摘 要】研究了在304不锈钢表面化学镀铜工艺，包括前处理、镀液配制、镀后处理等。经过对化学镀铜样品进行检测，本次304不锈钢表面化学镀铜层外表美观，镀层附着力高，厚度均匀。

【关键词】不锈钢；化学镀铜；结合力

0.前言

不锈钢以其优越的强韧性、耐蚀性，以及良好的可加工性和环保性，广泛应用于航空、海洋、化工、军工等方面，以及建筑装潢、家电器具、交通车辆及医疗器械等众多领域。本文尝试在不锈钢基体上进行化学镀铜。由于不同基体的金属对化学镀的适应性不一样, 镀前处理方法不尽相同。本文主要研究在304不锈钢表面进行化学镀铜的工艺，包括基体表面前处理，镀液配制，镀后处理，以及对镀层性能进行测试。

1.实验

1.1工艺流程

机械整平—打磨抛光—水洗—有机除油（丙酮）—水洗—化学除油—60℃热水洗—冷水洗—酸洗1—酸洗2—酸洗3—3%（wt）NaSO4溶液搅拌清洗—化学镀铜—去离子水洗—抗铜变色处理—60℃热水洗—冷水洗—干燥。

1.2基体

采用0Cr18Ni9（304）不锈钢，切成20mm×20mmm尺寸的试片。

1.3镀前处理

不锈钢表面极易生成一层薄而透明的氧化膜，并且表面不具有催化活性，所以在其表面进行化学镀膜比较困难。因此，不锈钢化学镀的前处理就显得特别重要。

前处理包括机械整平、打磨抛光、除油、酸洗等[2]。

1.3.1除油工艺

化学除油工艺如下：NaOH 70~100g/L，Na2CO3 30~50g/L，Na3PO4 20~30g/L，Na2SiO3 5~10g/L，温度 80~90℃，时间30min[3]。

1.3.2酸洗工艺

酸洗1：30%（wt）HCl溶液，时间 60s；

酸洗2：10%（wt）H2SO4溶液，温度 60℃，时间 30s ；

酸洗3：5%（wt）H2SO4溶液，时间 15s；

采用盐酸溶液、硫酸溶液进行酸蚀活化, 一则去除不锈钢表面氧化膜, 二则使不锈钢表面有活化点, 使化学镀铜能顺利进行。酸洗2的酸液温度采用60℃，这可减少酸洗时间，避免局部地区因酸洗过度而发黑，影响施镀。试板在不同酸洗之间转移时，不应长时间暴露在空气中，因为酸洗过的试板表面裸露出新金属，会迅速氧化生成氧化膜。

1.4 化学镀铜

1.4.1 化学镀铜溶液

硫酸铜（CuSO4·5H2O）16g/L，酒石酸钾钠（NaKC4H4O6·4H2O）14g/L，EDTA·2Na 19.5g/L，氯化镍（NiCl2·6H2O）0.15~0.3g/L，甲醛（37%）12mL/L，NaOH用作调节pH值，pH11.5~12.5。

1.4.2 操作要点

(1)装载量要适当，过高容易引起镀液分解，过低则降低生产效率，一般控制在每升镀液装载 2~3dm2。

(2)镀铜过程中采用搅拌，不仅有利于铜离子向基体表面扩散，防止和减少副反应产物Cu2O的生成，而且有利于反应产物氢气脱离基体表面[4]。

(3)升高温度时，化学镀铜溶液的沉积速度会增加。但是镀液稳定性同时会下降，当温度过高时，镀液会迅速分解。从镀液稳定性的角度来考虑，将操作控制在室温环境进行。

1.5 镀后处理

抗铜变色处理工艺：苯并三氮唑1g/L，苯并三氮唑先用乙醇溶解，再加蒸馏水稀释至所需浓度，温度不低于65℃，时间不少于2min，否则防变色达不到效果。

2.结果和讨论

2.1外观

目视表面平整、光滑，无麻点、起泡、起皮等缺陷存在，色泽均匀一致，无氧化烧焦处。图1为镀后样品。

图1化学镀铜样品（20mm×20mm） 图2镀层表面划痕试验

2.2 镀层结合强度

采用划格试验法测试镀铜层与基体材料的结合强度。在镀层表面用硬质钢刀在镀层上划出2mm间隔的一系列平行线和90o交错的一系列平行线形成方格阵。

经试验后，镀层无翘曲或剥落，证明镀层与基材的结合力好，镀层不易脱落。实验结果如图2。

2.3 镀层厚度

采用带目镜测微计的金相显微镜对镀层截面进行镀层厚度测量。经测试，记录数据如表1。

表1 镀层厚度测试（μm）

2.4 镀层表面SEM测试

化学镀铜施镀15min样品镀层表面扫描电镜形貌如图3：

图3 镀层表面SEM图

从镀层表面形貌图看出，化学镀铜层表面晶粒细密，平均晶粒直径大小为 0.6μm。

3.结论

(1)前处理中的酸洗2的酸液温度采用60℃，这可减少酸洗时间，避免局部地区酸洗过度。

(2)前处理过程中，转移试板到不同处理液时，以及经3%（wt）NaSO4溶液搅拌清洗后，应快速投放到下一工序溶液中，以免造成表面氧化。

(3)酸洗后用硫酸钠溶液清洗是为了避免酸洗降低碱性镀液pH值而阻碍化学镀顺利进行。

(4)化学镀铜过程中要不断搅拌，以免生成氧化亚铜影响镀层质量。

【参考文献】

［１］2009”家用空调大未来”消费者调查公布.健康抑菌空调成趋势 空调清洁问题受关注[DB].http://www.copper.org.cn/about/news08.html.

［２］赵可昕,高岩.不锈钢化学镀的研究与应用现状[J].电镀与环保,2008,28(3):5.

［３］梁志杰.现代表面镀覆技术[M].北京:国防工业出版社,2005:30.

［４］孔繁清,闫慧忠等.不锈钢基体上化学镀铜工艺研究[J].表面技术,2002,31(6):35-36.