一种大厚度高效沉积铜合金电解液及沉积方法技术

本发明专利技术提供一种大厚度高效沉积铜合金电解液及沉积方法。本发明专利技术方法，所述电解液的配方包含铜离子源、络合剂、晶粒细化剂和阳极活化剂；所述铜离子源为冰醋酸铜、柠檬酸铜中的一种或两种；所述络合剂为醋酸铵、柠檬酸铵、三乙醇胺中的一种；所述晶粒细化剂为聚丙烯酸钠；所述阳极活化剂为氯化铵。沉积方法中采用上述电解液进行沉积。采用本发明专利技术提供的电解液进行沉积的沉积速率增长了一倍以上；沉积厚度提高3～5倍以上，铜沉积层硬度更高，摩擦系数更小，磨损量更低。磨损量更低。磨损量更低。

【技术实现步骤摘要】
一种大厚度高效沉积铜合金电解液及沉积方法


[0001]本专利技术涉及铜合金电沉积
，具体而言是一种大厚度高效沉积铜合金电解液及采用此电解液的沉积方法。

技术介绍

[0002]铜具有卓越的导电性，良好的减磨性，突出的延展性和密封性以及优良的韧性，广泛用于国防性电子产品、工业阀门、模具等产品的表面防护，并且在交通、医学等领域也有着重要的应用。因此采用电刷镀铜或电控沉积的方法在零件表面制备具有优异性能的铜镀层或沉积层成为零件表面防护的有效方法。对此研究人员做了大量的研究，例如专利CN100545306公开了一种铜镀液和镀铜的方法，所述镀铜方法能够在待镀覆工件表面上稳定的形成均匀且结合性能优异的铜镀膜；专利CN103184489公布了一种铜电镀液以及电镀铜的方法，通过使用这种铜电镀液，能够在镀层表面没有恶化的情况下获得良好的填充层；装备再制造技术国防科技重点实验室黄元林、朱有利等人通过刷镀特殊镍过渡层的方法，在铸铝基体上成功刷镀了较厚的碱性铜镀层(100μm)，并通过试验分析表明，镀层厚度分布均匀、致密，硬度和磨损状况较基体得到明显改善。
[0003]但是，在实际工业生产中，在零部件表面镀铜防护层时，存在着沉积速率慢，生产周期长、成本较高的问题。同时，由于铜的大厚度沉积能力较差，效率较低，导致防护性沉积层的厚度较薄，防护作用差，防护层的使用寿命较短。这些问题严重影响了铜在防护性沉积层领域中的应用。而为提高铜的快速高效沉积和大厚度沉积能力，在不改变沉积液成分的情况下只对工艺参数做出调整，收效甚微，而沉积成本却随之不断增长。因此，专利技术一种经济、方便、实用的铜电解液及相应的制备方法来提高铜沉积层的快速高效沉积和厚成形能力成为电沉积研究领域的重点和难点。

技术实现思路

[0004]根据上述技术问题，而提供一种大厚度高效沉积铜合金电解液及采用此电解液在基材表面沉积铜合金层的方法。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种大厚度高效沉积铜合金电解液，所述电解液的配方包含铜离子源、络合剂、晶粒细化剂和阳极活化剂，所述电解液的pH值为1.0～7.0；
[0007]所述铜离子源为冰醋酸铜、柠檬酸铜中的一种或两种，所述铜离子源的含量为120～280g/L；
[0008]所述络合剂为醋酸铵、柠檬酸铵、三乙醇胺中的一种或多种，其含量范围为20g/L
‑
80g/L；
[0009]所述晶粒细化剂为聚丙烯酸钠，含量范围为2g/L
‑
20g/L.
[0010]所述阳极活化剂为氯化铵，含量范围为10g/L
‑
20g/L。
[0011]本专利技术还公开了一种在基材表面沉积铜合金层的方法，包括如下步骤：
[0012]S1：对待沉积工件进行预处理：通过电净、活化和打底步骤对待沉积工件表面进行处理，去除表面锈迹和油污以及氧化物质；
[0013]S2：配置具有上述成分的所述的电解液：将所述铜离子源、络合剂、晶粒细化剂和阳极活化剂放入水浴锅中加热搅拌，直至盐类完全溶解，调节pH；
[0014]S3：对待沉积工件进行电沉积：将待沉积工件连接电源负极做阴极，阳极为用棉花和包套包裹的碳棒，沉积过程中碳棒沾取所述电解液在待沉积工件表面反复移动，使金属离子在阴极表面发生沉积。
[0015]在所述步骤S3中，所述电解液的温度为20
‑
50℃。
[0016]在所述步骤S3中，工作电压为12
‑
22V。
[0017]在所述待沉积工件表面形成的铜合金沉积层的单层厚度大于500微米。
[0018]优选地，在所述步骤S2中所述电解液配方为冰醋酸铜220
‑
280g/L、醋酸铵35
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65g/L、聚丙烯酸钠3
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8g/L和氯化铵10g/L
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20g/L，且pH为2.0
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6.0，在所述步骤S3中，工作电压为6
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18V，所述待沉积工件与所述碳棒之间相对运动速度为6
‑
10mm/s。
[0019]优选地，在所述步骤S2中所述电解液配方为柠檬酸铜120
‑
180g/L，冰醋酸铜15
‑
60g/L，醋酸铵30
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80g/L，聚丙烯酸钠10
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20g/L和氯化铵10g/L
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20g/L，pH1.0
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7.0，在所述步骤S3中，工作电压为12
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22V，所述待沉积工件与所述碳棒之间相对运动速度为3
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6mm/s。
[0020]在配置电解液的药品选择上，本专利技术选择溶解性好、在水溶液中较为稳定的盐类和添加剂，可以促进铜的沉积以及沉积层内应力的消除。
[0021]在提高快速沉积能力方面，选择冰醋酸铜及柠檬酸铜为主盐，醋酸铵和聚丙烯酸钠为添加剂，在酸性条件下进行选择性电控沉积。沉积的同时酸会对沉积层表面产生微弱的腐蚀作用，使沉积层表面粗糙，增大了沉积层表面的有效面积，并为铜离子提供更多的形核位置，使更多的铜离子可以得电子形成铜单质沉积在阴极表面，从而大大提高了沉积效率。
[0022]在提高厚成形能力方面，选择柠檬酸铜及柠檬酸铜为主盐,醋酸铵和聚丙烯酸钠为添加剂，可以在沉积过程中不断释放残余应力，避免应力集中，消除了阻碍沉积层持续沉积变厚的阻力，可使铜沉积层达到较大厚度而不出现剥离脱落现象。
[0023]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0024]1、本专利技术的铜沉积层的沉积速率约为28μm/min，而一般以硫酸铜、硝酸铜等无机盐为主盐的沉积铜的沉积速率约为12μm/min，沉积速率增长了一倍以上；
[0025]2、铜沉积层可实现持续厚成形，电控沉积铜的厚度可达到600～1000μm，表面依旧较为平整，裂纹较少，无起皮现象发生，而一般以硫酸铜、硝酸铜等无机盐为主盐的沉积铜的厚度达到200μm左右时已基本出现表面粗糙的现象，厚成形能力提高3～5倍以上。
[0026]3、所制备的铜沉积层硬度比一般工艺所制备的铜沉积层的硬度提高100HV
0.1
以上，达到400以上。
[0027]4、所制备的铜沉积层耐磨损性能比一般工艺所制备的铜沉积层有明显的改善。
[0028]基于上述理由本专利技术可在铜沉积等领域广泛推广。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例1所制备的沉积层截面图。
[0031]图2为本专利技术实施例1所制备的沉积层的能谱扫描结果图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大厚度高效沉积铜合金电解液，其特征在于，所述电解液的配方包含铜离子源、络合剂、晶粒细化剂和阳极活化剂，所述电解液的pH值为1.0～7.0；所述铜离子源为冰醋酸铜、柠檬酸铜中的一种或两种，所述铜离子源的含量为120～280g/L。2.根据权利要求1所述的一种大厚度高效沉积铜合金电解液，其特征在于，所述络合剂为醋酸铵、柠檬酸铵、三乙醇胺中的一种或多种，其含量范围为20g/L
‑
80g/L；所述晶粒细化剂为聚丙烯酸钠，含量范围为2g/L
‑
20g/L；所述阳极活化剂为氯化铵，含量范围为10g/L
‑
20g/L。3.一种在基材表面沉积铜合金层的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对待沉积工件表面进行预处理；S2：配置如权利要求2所述的电解液：将所述铜离子源、络合剂、晶粒细化剂和阳极活化剂放入水浴锅中加热搅拌，直至盐类完全溶解，调节pH；S3：对待沉积工件进行电沉积：将待沉积工件连接电源负极做阴极，阳极为碳棒，沉积过程中碳棒沾取所述电解液在待沉积工件表面反复移动，使金属离子在阴极表面发生沉积。4.根据权利要求3所述的一种在基材表面沉积铜合金层的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述电解液的温度为20
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50℃。5.根据权利要求3所述的一种在基材表面沉积铜合金层的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，工作电压为12
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22V。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵阳，王文宇，王晓明，任智强，韩国峰，滕涛，朱胜，田根，郭迎春，李华莹，彭战武，尹国明，朱甫宏，秦智勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：