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电解铜箔表面电沉积镀层及沉积模型研究

王征  
【摘要】: 本文采用碱性硫酸盐-焦磷酸盐体系在电解铜箔表面电沉积Zn-Sn及Zn-Sn-Ni合金镀层,选择明胶、胡椒醛、胺类添加剂、十二烷基苯磺酸钠等作为复合添加剂。在确定镀液组成和复合添加剂组成的基础上,进行碱性低铬钝化液的钝化处理和硅烷偶联剂封闭处理。未经水洗的镀层表面会保留碱性羟基,羟基与溶液中水解硅烷的-OH和-SiOH脱水反应生成Zn-O-Si并在合金镀层表面成膜,膜层通过Si-O-Si交联而形成网状膜紧密地覆盖在镀层表面。经过处理后的电解铜箔其耐蚀性、耐热性、粘合强度以及抗劣化等性能指标均显著提高。 电沉积Zn-Sn合金镀层的XRD分析表明:镀层由Zn与β相的Sn组成的低共溶混合物组成。极化曲线与循环伏安曲线测试表明:改变Zn-Sn放电的过程更多的是通过改变Sn~(2+)的放电过程来实现。不同扫描电势范围下的循环伏安曲线和阴极极化曲线表明:硫酸盐-焦磷酸盐体系电沉积Zn-Sn合金的过程是从-0.9 V开始发生Sn的沉积,于-1.25 V时发生Zn、Sn的共沉积,随着电极电势的负移,Zn含量增加。不同扫描速率的循环伏安曲线表明:Zn、Sn的共沉积过程是受扩散控制的准可逆过程。 电沉积Zn-Sn-Ni合金镀层的XRD分析表明:镀液中添加胡椒醛与丁炔二醇后所得到的合金镀层主要由Zn、Sn及γ相的Ni_5Zn_(21)组成,其中γ相的Ni_5Zn_(21)为最强峰。在镀液中添加复合添加剂时,最强衍射峰为γ相的Ni_5Zn_(21)衍射峰,此外还出现δ相的Ni_3Zn_(22),Zn衍射峰未见,说明镀层中的Zn以金属化合物的形式存在。XPS分析表明:电沉积Zn-Sn-Ni合金镀层的主要成分为三种金属的纯态。 通过对比Zn-Sn二元合金与Zn-Sn-Ni三元合金镀层的测试和分析结果,推导出电解铜箔表面电沉积Zn-Sn二元合金和Zn-Sn-Ni三元合金镀层的基本规律,并建立了Zn-Sn-Ni三元合金的沉积镀层模型。基本规律为:在碱性硫酸盐-焦磷酸盐体系中,Zn-Sn二元合金的电结晶过程为三维瞬时成核方式,Zn-Sn-Ni三元合金的成核过程为扩散控制下的三维连续成核方式。电沉积发生在电极/溶液界面,电沉积初期阶段的成核和生长经历了诱导期;吸附原子聚集成簇而形成临界晶核,晶核生长、交叠或生长散区交相覆盖;以及沉积物结晶及形态特征的发展等阶段。Zn-Sn-Ni三元合金的沉积模型为:电解铜箔表面电沉积三元合金是三阶段阴极共沉积过程。第一阶是Sn~(2+)与溶解氧的反应过程;第二阶段Sn~(2+)吸附在电极表面,产生还原过程;第三阶段是合金共沉积过程。


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