巧用赫尔槽试验调整电镀液

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  • 时间:2018-04-24 08:12
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 巧用赫尔槽试验调整电镀液

电镀溶液的性能总会随着使用而不断变化,其影响因素甚多。要想使镀液性能指标保持在最佳或良好状态,就应及时进行调整。调整依据可来自三个方面:其一,凭经验,依据镀层状况得出结论;其二,凭化验结果;其三,凭试验结果。
经验往往具有局限性,经验的积累要有相当的实践经历和总结能力;而对一项新工艺,刚开始使用,则谈不上经验。
    分析化验结果的准确性受多方面因素影响,如分析人员的素质、水平与熟练程度、分析手段、分析方法等。而现代电镀广泛采用的多种复配的有机添加剂、光亮剂等几乎无法分析。分析化验有时是必不可少的,如合金电镀时镀液及镀层中合金组分的比例,难以用其它方法判定。但若凭一个不准确化验结果来调整镀液,有时也会搞得一塌糊涂。
镀液性能变化后必然要从镀层上反映出来,要想从一张试验试片上反映出宽电流密度范围内的镀层状况,最简单的办法还是赫尔槽试验。利用250mL赫尔槽试验,是笔者几十年搞新工艺、添加剂开发及日常维护镀液的最主要手段。
本文就最常用镀种如何利用赫尔槽试验来调整镀液加以小结,供同行参考

光亮镀镍
影响光亮镀镍效果的因素太多,而不仅仅取决于光亮剂。利用赫尔槽试验可以调整出良好的效果。
3.1 硼酸含量的判定
硼酸被广泛用作微酸性电镀液作pH缓冲剂。在光亮镀镍中,硼酸还有细化结晶,提高光亮整平性及扩展低Dk区光亮范围的作用,应予充分重视其含量以控制在使用液温下无结晶析出为限。
3.1.1 从低温结晶状况判定
低温镀亮镍至今尚未开发成功,液温一般在55~60℃,不能低于45℃。用烧杯取热的镀液,冷却至室温,应有较多结晶;若结晶太少甚至无结晶,肯定硼酸少(可与含量45g/L~5Og/L的正常镀液作比较)。不连续使用的亮镍液,重新加温后,应先将槽底结晶的硼酸充分搅溶后再生产,否则镀液中实际含量不足,会影响电镀效果。
3.1.2 赫尔槽试片上的反映
55℃左右搅拌镀3min(2A),若试片高中DK区有灰白现象(润湿剂又足够时),补加5g/L左右硼酸则有明显好转,为硼酸不足。
55℃左右1A搅拌镀5min,若低区光亮性不足,而pH值又不低,光亮剂足够,可试加5g/L左右硼酸,若有明显好转,则硼酸不足。
3.2 镍盐判定
新配亮镍液,55℃左右3A静镀3min,试片高端应无烧焦。若生产槽液,赫尔槽2A静镀都有烧焦,而pH值正常,不差硼酸,则主盐不足。此时可视情况补加镍盐。当氯化镍正常时,镀液应带墨绿色;若镀液只是淡的绿色,可能氯离子不足,应补加10g/L左右氯化镍;若镀液带墨绿色,可补加20g/L左右硫酸镍。
主盐浓度不足,不仅烧焦区宽(允许DK小),光亮整平性也变差。
3.3 氯离子判定及调整
氯离子在亮镍液中通常用于阳极活化剂,防止镍阳极钝化。实际上,由于氯化镍的扩散系数远比硫酸镍大,因此,足量的氯离子有助于提高镀镍液分散能力和扩展低DK区光亮范围,其作用有时还非常明显,因而新配液的氯化镍含量不宜低于45g/L
3.3.1 从镀液颜色判定
当氯离子少时,杂质少的镀液呈浅绿色;而当氯离子足量时,应带墨绿色,但当镀液中Fe2 、Cu2 及有机杂质过多时,色泽也深,因此,从颜色判定,应有足够经验。
3.3.2 赫尔槽判定
当镀液pH在4.6~5.O(用原上海试剂三厂3.8~5.4试纸测量)时,1A搅拌镀5min,低区光亮性差,补加光亮剂后效果仍不理想,若补加8g/L~10 L氯化镍,改善明显,则肯定氯离子不足。
3.4 润湿剂的判定
润湿剂不仅能降低镀液表面张力,防止气体针孔麻点,它们也是表面活性物质,能起到阴极极化作用。试验过多次,新配亮镍液不加润湿剂时,很难得到光亮细致镀层,甚至赫尔槽试片高中DK区镀层发花。某些润湿剂还可扩展低DK区光亮范围。
3.4.1 从表面张力判定
用十二烷基硫酸钠(K12)时,取一段细铁丝或铜丝,绕一个夺φ100~φ120圆圈,从镀液中轻轻提起,若其上一层液膜在10余秒钟不破,则润湿剂足;若无液膜或不能维持5秒,则润湿剂不足。也有人认为,若用φ80圆圈,液膜30秒都不破,则润湿剂过多。空气搅拌时采用低泡润湿剂,其对表面张力的下降作用差些。圆圈直径可依润湿剂种类不同,摸索出经验。
3.4.2 赫尔槽试验时的反映
要从赫尔槽试验判断润湿剂是否足量,只能在静镀时仔细观察电镀时试片表面气泡滞留情况及镀约10min。镀层较厚时看镀层有无麻点。若试片在搅拌镀时,高DK区有发花现象,加入润湿剂后则不发花了,说明润湿剂太少。采用十二烷基硫酸钠作润湿剂,搅拌镀时镀液表面应有较多气泡;若气泡太少甚至无气泡,则K12过少。
3.5 光亮整平性试验
光亮剂无法分析,常用赫槽试验来作调整。
判断是否因光亮剂不足或质量不良引起光亮性差或光亮范围窄,应首先确认硼酸、润湿剂、主盐、CL-、pH值等正常,因为这些条件不好,也会严重影响光亮效果。若要比较不同光亮剂的效果,应采用同样的基础液。若只在旧溶液中补加新选择的光亮剂,则受旧液中原光亮剂的影响,可能造成比例失调或协同效应不一样而影响试验结果。
3.5.1 整平性判定的简易方法
无粗糙度测试仪器的企业,只能用简易办法判定整平性。其方法如下:用铜试片,磨光抛光成镜面。手工除油后,用640号以上的水砂纸,在试片中部沿长度方向用手工细心均匀地拉出宽约5mm的一条细砂路子,镀后比较砂路的填平程度及范围。整平性良好时,2A搅拌镀5min,从高端算起,应有6cm~7cm长度的细砂路被填平。
3.5.2 高中DK区光亮性不良
试片直接用细砂纸砂平,均匀而不抛光,2A搅拌镀3rain,若高中DK区亮度不足,按配方量的1/3补加光亮剂,应得到很光亮镀层。若光亮剂加后光亮性仍差,再按1/3量补加,还不行,则为光亮剂本身质量不良或主盐、硼酸太少,镀液太稀。
3.5.3 低DK区光亮性差
提高低DK区光亮性,一直是追求的目标,这对滚镀亮镍特别重要。性能良好的光亮剂在正常的镀液中,1A搅拌镀5min,试片应达全光亮。
2A搅拌镀5min,若高中DK区亮度不足,补加光亮剂后,试片均光亮,则系光亮剂过少,光亮剂质量可以。对于分为主光剂与柔软剂两种的添加剂,当比例失调后,低DK区亮度也不足。多数柔软剂中除初级光亮剂外还加有低区走位及杂质掩敝类中间体,多加一点柔软剂,也可能改善低DK区光亮性。但柔软剂加入过多。可能镀层含硫过重,镍层易钝化,套铬时可能发花、易起黄膜。
补加光亮剂或柔软剂后,高中DK区光亮性很好,低DK区仍差,则可能是:
(1)光亮剂本身光亮范围不宽,应换用性能良好的光亮剂或加入适量性能良好的低区走位剂,再试;
(2)pH值过低。若因镀液主盐浓度过低镀层易烧焦时,不及时补加镍盐而靠调低pH值来应付生产,则只会加大光亮剂用量及消耗量,低DK更难镀亮。应补加镍盐,调高pH值再试;
(3)硼酸过少也影响低DK区光亮性及整平性,试加入10L硼酸再试;
(4)氯离子过少,光亮范围也窄,试加10~20g/L氯化镍再试;
(5)杂质过多。特别是是采用铜— 镍一铬工艺时,亮镍液中很易引入铜杂质,铜不太多时,低DK区亮度差,过多时,低DK区镀层发黄、发灰甚至发黑,加光亮剂起亮效果也差,应除铜后再试。加入低区走位剂有时也有效。
3.6 杂质判定
3.6.1 铜杂质及其处理
赫尔槽1A搅拌镀3min,若镀层低DK严重发灰,甚至发黑,试片上方也有一线发黑,最大可能是铜杂质过多。此时可试加黄血盐稀溶液,搅拌、过滤后再试。若明显好转,则肯定铜杂质过多。再精确试验黄血盐最佳加入量。加黄白盐或QT除铜剂的最大麻烦是生成的沉淀多,过滤麻烦。市面上有多种除杂水,当铜杂质不多时,加入后络合共沉积,将铜杂质镀出来。但应随时、经常使用,一旦铜过多,效果也就不太明显。这类物质加多了也有害处。会影响镀层光亮性。因此,仔细操作,尽量减少铜杂质的引入,才是至关重要的。
3.6.2 硝酸根
铜件镀镍前多数仍离不开用含硝酸或硝酸盐的酸洗液进行酸洗,清洗不净,易向亮镍液引入硝酸根,加入劣质硫酸镍,也易引入N03-。
赫尔槽3A静镀3min,若高端烧焦,起皮且发黑,可能NO3-污染。再用无镍层的铜试片1A搅拌镀3min,若低区镍层漏镀,则肯定无疑。
确认NO3-污染镀液后,可在强烈搅拌下试加稀的亚硫酸氢钠溶液(约0.01g/mL),250mL镀液中加lmL,搅拌数分钟,再加热后用铜试片1A搅拌3min,若漏镀明显减少,再试验确定加入量。注意,过量的还原剂又反而使漏镀区加宽,且亮镍层易泛黄。若不慎将亚硫酸氢钠加入过量,可再试加0.2mL/L~0.5mL/L双氧水,加温搅拌15min以上,再试。
3.6.3 铬酸根
亮镍槽离铬槽太近,因铬雾可能引入CrO42-,少数情况下挂具可引入,笔者也经历过向亮镍液中加入镀铬液的恶性事故。
赫尔槽2A静镀3min,若采用十二烷基硫酸钠作润湿剂,可见产生气泡异常增多(铬酸根使阴极电流效率大大下降),镀层发灰(硝酸根不会使镀层发灰)。铜试片1A搅拌镀3min,低区严重漏镀,则很可能为铬酸根污染。
此时可试加保险粉(连二亚硫酸钠)溶液,加热、搅拌、过滤后再按上法试验。若ηk(上升,低区漏镀减少,则CrO42-污染无疑。彻底去除CrO42-,要加过量保险粉,而其过量后,镀层低Dk区又可能发灰、发雾。此时可试加较大量双氧水,加温到55~65℃ ,搅拌20min以上,氧化保险粉,再试,直到镀层正常(同时要调整光亮剂)。

 

 

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