电镀基础知识学习之电镀液的组分及其作用

新泊地

2023-07-21 14:28

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3 添加剂
添加剂泛指加入量不大但作用明显的物质。在现代电镀中，各种各样的添加剂已不可或缺，甚至举足轻重。研究、改进、开发不同用途的各类添加剂(特别是有机添加剂)是现代电镀的热门课题，选好、用好各种添加剂又是工艺上的重大课题。比如铜-镍-铬装饰镀，若无光亮酸铜、光亮镍问世，采用老式的“四抛三镀”，根本无法实现一步法自动化生产。但酸铜、亮镍光亮剂的选择与应用，涉及很多具体的工艺问题，这里仅按其主要作用分类并简单介绍。

3. 1 润湿剂

润湿剂都是表面活性剂，其润湿作用能大大降低镀液的表面张力，使工件表面H+放电形成的氢气小气泡附着力下降，不易滞留而及时排除，从而减少、消除气体针孔、麻点。常用的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠，还因吸附而具一定的阴极极化功能，可细化镀层结晶，提高镀层光亮性。若亮镍液中全无润湿剂，高、中电流密度区易发白花。

十二烷基硫酸钠的发泡作用好，为高泡润湿剂。在锌酸盐镀锌液中加入适量高泡润湿剂，既可消除Cl-产生的竖状条痕，还可抑制碱雾。当对镀液采用空气搅拌或滚镀时，高泡润湿剂产生过多或过厚的泡沫层并不好，此时应改用润湿性好但发泡性差的低泡润湿剂。

亮镍液所用十二烷基硫酸钠要特别注重其质量，不良品易使镀层发灰。其用量以“套圈法”测定：加至以d=100 mm 左右细丝圈慢慢从液中取出，圈上液膜10 余秒不破裂即可。十二烷基硫酸钠过多时可能与Ni2+生成“镍皂”。几乎所有酸铜光亮剂中均含有非离子表面活性剂聚乙二醇，其润湿性已足够。过去再加十二烷基硫酸钠并非作润湿剂用，而是为了拓宽低电流密度区光亮范围。但十二烷基硫酸钠的加入量不足，镀层反而发花，因此最好不用，换用低区走位剂或少量性能良好的染料亦可。

3. 2 光亮剂

光亮剂是提高镀层光亮性与整平性物质的总称，种类繁多，大多是多种有机物的复配物。按工艺不同，有的因多种原因又分为多种出售，如开缸剂MU、整平剂B、光亮剂A、“柔软剂”、低区走位剂等等。应用时主要是根据自身工件要求、操作管理水平、设备条件等，根据相应光亮剂的特点，通过试验来比较效果，正确补加。根据组分物质的主要作用，光亮剂可大体分为几类。

3. 2. 1 晶粒细化剂

主要可增大阴极极化值，提高镀层结晶细致程度。如氯化钾镀锌光亮剂中的表面活性剂，锌酸盐镀锌的DE、DE-81、DPE 等。

3. 2. 2 光泽剂

主要提高镀层光亮性，如氯化钾镀锌添加剂中的主光剂苄叉丙酮(酸性亮锡中也常用作主光剂)、邻氯苯甲醛，锌酸盐镀锌用的香草醛(香兰素)等。

镀层光亮的理论观点很多，都不尽善。如晶粒细化论不能解释为何镀锌不加主光剂时虽结晶也能细化，但亮度不高；平滑细晶论认为平整即亮，但不能解释阀门密封件经机械研磨后很平整却不亮，也无法解释未经磨光的粗糙表面镀光亮酸铜与亮镍后也可光亮的事实。定向反光理论较有说服力，但又讲不清如何实现镀层的定向反光而不产生光线的漫反射。

3. 2. 3 整平剂

增加镀层微观正整平性的物质。通常认为是表面活性物质选择性吸附造成在微观凸起处吸附层厚，还原阻化力强，而微观凹下处则吸附量少，阻化作用弱，金属沉积量大。比较公认的是“扩散消耗型”理论：整平伴随整平剂的还原消耗(整平性好时往往镀层夹附分解产物多而脆性大)，在微观凹处因还原消耗后整平剂扩散不及时而补充不足，凹处阻化作用(电化学极化)就小于凸处的阻化作用而增大凹处的金属沉积量，起到整平作用。故整平剂过多或过少都不好。过少，凸处阻化作用不足；过多，凹处消耗后仍多，凸处与凹处阻化作用的差别不大，扩散补充太快。故整平剂更宜勤加少加。

许多光亮剂组分间存在协同效应，只有谁都不多不少时才具有最佳的光亮整平作用，一旦配比失调，则协同效应变差。这在光亮酸铜上表现特别明显，这也是光亮酸铜光亮剂最不好搞的重要原因。

3. 2. 4 低区走位剂

这类物质能明显提高镀液深镀能力或提高低电流密度区镀层的光亮性。

3. 2. 5 杂质掩蔽剂

能明显抑制镀液中异种金属杂质不良作用的物质(配位后通常可与镀层共沉积)。亮镍光亮剂中的硫脲衍生物如ATP、SSO3 等，则兼具低区走位与杂质掩蔽功能(对少量铜杂质特别有效)，但其加入过多，镀层含硫量大而易钝化，使套铬困难。

实际市售添加剂为上述多种物质的复配物，只是侧重不同。如氯化钾镀锌添加剂若分为开缸剂与补加剂两种时，则开缸剂中晶粒细化物质多而主光剂少。主光剂因电解还原而消耗快，表面活性剂则以带出损耗及镀层夹附为主，消耗相对较低：故补加剂中主光剂含量高而非离子表面活性剂含量相对较低。

亮镍光亮剂分为初级光亮剂、次级光亮剂与辅助光亮剂三大类。初级光亮剂(仍多采用糖精钠)使镀层产生压应力，有人不恰当地将以这类为主的添加剂称为“柔软剂”。而次级光亮剂使镀层产生张应力，有人又将此类物质为主的添加剂称为光泽剂。实际上，这两类物质都是光亮剂，而且只有当其配比恰当时才具有良好的光亮整平性，镀层也因两种性质相反的应力抵消后应力达到最小，镀层脆性也才最小。千万不可望文生义，以为只要多加光亮剂就亮，多加“柔软剂”就脆性小，一定要搭配合适，同时补加。光亮剂几乎都无法分析化验，勤作赫尔槽试验，以试验结果为依据才是正确的补加方法，不能凭主观感觉乱加。

3. 3 除杂剂

专门的除杂剂是分开作为售品的。除杂方式有3 类：一是上浮打捞去除，如锌酸盐镀锌专用除杂剂CK-778；二是生成沉淀过滤去除，如镀镍用QT 去铜剂，硫酸盐光亮镀锡用处理剂；三是配位掩蔽共沉积，如多种除杂水剂。除去不同工艺中的不同杂质要采用有针对性的除杂剂、水质净化剂等，以试验为依据，以性价比高为准。

4 杂质
杂质是镀液中无用且多数会起坏作用的组分，但又是不可避免地客观存在的组分。

按溶解性能可分为不溶性的机械(固体)杂质与可溶性的化合物或离子状杂质。后者又可分为有机、无机两类。无机杂质还可分为阳离子与阴离子杂质两类。机械性杂质可以通过对镀液认真过滤而去除。去除有机杂质多采用活性炭吸附，但涉及的问题很多，有的甚至难以彻底去除。无机杂质常采用电解(包括与镀层共沉积)或化学方法去除。注重杂质的引入途径对减轻处理杂质的工作量与难度很有帮助，这是工艺管理的一个重要方面。杂质的主要引入途径有：

(1) 外部引入。如水质不良，原材料纯度不够，镀前清洗不净，空气浮尘与烟雾(如铬酸雾、硝酸雾)、掉件腐蚀，挂具引入等。过量加入有机添加剂、活化剂等也算是引入杂质。

(2) 内部产生。如有机添加剂的氧化还原分解产物，不易消耗的有机添加剂积累(如氯化钾镀锌与硫酸盐光亮镀锡液中非离子表面活性剂与载体光亮剂的积累)，二价铜盐电镀时难免产生的一价铜、酸性亮锡液中Sn2+氧化最终产生的白色β-锡酸，六价铬镀铬液中还原产生的过多三价铬，三价铬镀铬液中阳极氧化产生的六价铬，等等。这些情况下只能采取相应措施，尽量减少杂质的产生。

对不同工艺的不同杂质要试验寻找有效的去除方法，只能针对具体工艺的研究结果来确定。

作者袁诗璞

关键词：电镀、电镀液

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