DMH體系無(wú)氰電鍍金工藝及金電沉積行為研究.pdf

1、電鍍金在微電子領(lǐng)域、國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域以及作為名貴裝飾品方面有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的氰化物電鍍金工藝嚴(yán)重污染環(huán)境,并危害操作人員的身體健康,為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和推動(dòng)無(wú)氰電鍍的進(jìn)程,開發(fā)性能優(yōu)良的新型無(wú)氰電鍍金工藝勢(shì)在必行。
　　亞硫酸鹽電鍍金和亞硫酸鹽-硫代硫酸鹽復(fù)合電鍍金存在鍍液穩(wěn)定性差和沉積速度較慢等缺陷。本文選擇以5,5’-二甲基乙內(nèi)酰脲(DMH)為配位劑進(jìn)行無(wú)氰電鍍金新工藝的研究。分別采用直流和脈沖兩種電鍍方式,在鍍鎳銅箔表面進(jìn)行

2、金的電沉積,利用掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)表征鍍金層的微觀表面形貌,利用 X射線衍射(XRD)和 X射線光電子能譜(XPS)檢測(cè)鍍金層的晶相結(jié)構(gòu)和組成,利用質(zhì)量法計(jì)算金的沉積速度。通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,掌握了鍍金液中主要成分和各工藝條件的影響規(guī)律。鍍液組成中主鹽 AuCl3的濃度對(duì)鍍金層外觀影響最大,而配位劑 DMH和導(dǎo)電鹽K3PO4含量的影響幾乎相等。隨著溫度和電流密度的提高,鍍金層沉積速度逐漸增

3、大最后趨于穩(wěn)定,同時(shí)溫度對(duì)鍍液的電流密度上限影響顯著,而電流密度對(duì)鍍液的電流效率也有很大影響。脈沖工藝條件對(duì)鍍層表面形貌、沉積速度和晶相結(jié)構(gòu)的影響中,平均電流密度的影響較大,頻率和占空比對(duì)沉積速率和晶相結(jié)構(gòu)影響很小。利用優(yōu)化的 DMH電鍍金工藝,獲得了光亮、均勻致密、與基體結(jié)合牢固的純金鍍層。
　　由C4H6O2、C7H4NNaO3S和C12H25SO4Na組合作為DMH鍍金液的添加劑,鍍金層光亮性顯著提高。利用陰極極化曲線、循環(huán)

4、伏安曲線、電化學(xué)阻抗譜和計(jì)時(shí)電流曲線研究了添加劑對(duì)金電沉積時(shí)電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)規(guī)律和金電結(jié)晶初期行為的影響。利用SEM、AFM和XRD研究了添加劑對(duì)鍍金層微觀表面形貌、粗糙度和晶相結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:在金離子的還原過(guò)程中,添加劑起到了明顯的阻擋作用,使金在更高的超電勢(shì)下沉積,金鍍層結(jié)晶更加細(xì)致;添加劑的引入沒(méi)有改變金在玻碳電極上三維連續(xù)成核生長(zhǎng)的電結(jié)晶機(jī)制;在加入添加劑的鍍液中獲得的鍍金層晶粒尺寸減小,平整性變好,晶相結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生改變,仍

5、沿著Au(111)和Au(220)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)。利用Material Studio軟件進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算,建立了 C4H6O2分子、C7H4NO3S-陰離子和 C12H25SO4-陰離子在金陰極表面的穩(wěn)定吸附模型。
　　利用循環(huán)伏安曲線和旋轉(zhuǎn)圓盤電極對(duì) DMH鍍液中金的電沉積機(jī)理進(jìn)行了研究,確定了鍍液中金配離子的主要存在形式,并總結(jié)出金配離子在電極反應(yīng)過(guò)程的放電機(jī)制。測(cè)試結(jié)果表明:DMH水溶液在電化學(xué)窗口內(nèi)性質(zhì)穩(wěn)定;DMH鍍金

6、液的循化伏安曲線存在一個(gè)明顯的陰極還原峰對(duì)應(yīng)著 Au3+到 Au的還原反應(yīng),在電化學(xué)測(cè)試的范圍內(nèi)陽(yáng)極不可溶;金的電沉積過(guò)程都是受擴(kuò)散控制的不可逆電極過(guò)程;Au(DMH)4-是鍍液中金配離子的主要存在形式,而 Au(DMH)3是金電沉積過(guò)程在陰極上直接放電的金配離子。
　　對(duì)ICF制靶工藝中電鍍金系統(tǒng)的鍍槽和鍍液循環(huán)裝置進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)和組裝,利用開發(fā)的 DMH電鍍金工藝制備了符合生產(chǎn)要求的金柱腔。體式顯微鏡、材料顯微 CT機(jī)和鍍金