乙内酰脲体系无氰电镀铜工艺的研究
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
IV
目 录
课题背景及研究的目的和意义 (1)
无氰电镀铜的研究现状 (1)
金属铜的特点及应用 (1)
无氰电镀铜的主要体系及研究进展 (2)
乙内酰脲及其配合物在电镀中的应用 (6)
乙内酰脲配合物的研究 (7)
乙内酰脲在电镀领域的应用 (8)
无氰电镀铜添加剂的研究现状 (9)
无氰电镀铜机理的研究现状 (10)
无氰电镀铜成核过程研究 (10)
无氰电镀铜动力学过程研究 (12)
本文的主要研究内容 (12)
实验材料及仪器设备 (14)
电镀铜工艺 (15)
溶液配制方法 (15)
工艺流程 (15)
测试与表征方法 (16)
镀液性能测试 (16)
镀层性能测试 (19)
电化学测试 (20)
无氰电镀铜体系的确定 (21)
镀液组分和工艺条件的初步确定 (21)
辅助配位剂的筛选 (22)
添加剂的筛选 (24)
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
V
单一添加剂 (24)
复合添加剂 (29)
镀液组成对镀层表面状态和阴极电流效率的影响 (30)
主盐浓度的影响 (30)
DMH 浓度的影响 (31)
焦磷酸钾浓度的影响 (33)
K 2CO 3浓度的影响 (34)
工艺条件对镀层表面状态和工作电流密度上限的影响 (36)
温度的影响 (36)
搅拌的影响 (38)
电流密度的影响 (41)
镀液与镀层性能表征 (42)
镀液性能测试 (42)
镀层性能测试 (44)
本章小结 (46)
基础镀液的电化学行为研究 (47)
镀液的循环伏安曲线 (47)
镀液体系的可逆性分析 (48)
镀液体系的控制步骤 (49)
基础镀液的电化学反应动力学研究 (51)
焦磷酸钾的加入对铜离子电沉积行为的影响 (52)
焦磷酸钾对阴极极化曲线的影响 (52)
焦磷酸钾对循环伏安曲线的影响 (53)
添加剂的加入对铜离子电沉积行为的影响 (54)
添加剂对阴极极化曲线的影响 (54)
添加剂对循环伏安曲线的影响 (55)
本章小结 (56)
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绪论
课题背景及研究的目的和意义
本课题来源于城市水资源与水环境国家重点实验室自主课题。
铜是最常用的电镀金属之一，可以覆盖基体上肉眼无法识别的微小缺陷，是优异的打底镀层。除常规的五金电镀外，电镀铜还可用于印刷线路版、汽车保险杠、印刷机滚轴等的电镀。
截至目前，氰化物镀铜仍然是比较成熟的电镀铜工艺，但氰化物体系的毒性较大，废水处理费用高且存在安全隐患，我国一直对氰化物的使用严加管控，早在上世纪末就明文规定要淘汰氰化物电镀工艺[1]。自上世纪70年代就掀起了无氰电镀工艺研究的热潮，至今已有50多年的历史，其中较好的有氟硼酸盐、焦磷酸盐、EDTA 、柠檬酸盐、HEDP 、氨化物、乙二胺、丙三醇和酒石酸盐体系，但这些体系或多或少都存在一定的缺陷，无法完全替代氰化物电镀铜。
综合考虑，发现现有的无氰电镀铜工艺存在的问题主要为下两个方面：（1）镀层问题：镀层与基体的结合力是镀层其他功能能否实现的一个决定性因素，如果结合力差，镀层其他性能（如防腐、耐磨和装饰等）再好也没有意义，因此结合力差是打底铜镀层不能得到工业应用的一个主要因素[1]。此外，镀层的结晶不够细致，铜镀层的纯度也不如氰化物镀铜的高；（2）镀液稳定性：由于镀层达不到需求，各体系均试图通过加入添加剂的方法对其进行改善，但添加剂的加入使镀液成分变得复杂，这可能会引起配合物的结合强度降低，镀液中容易产生沉淀。
随着环保意识的提高，氰化物电镀必将被完全替代，开发一种可以在钢铁基体上得到良好结合力，并且可用于工业生产的无氰电镀铜工艺是十分必要的。
本课题通过对一类新型铜配位剂——乙内酰脲及其衍生物在电镀铜方面的性能和作用进行系统的研究，开发一种新型碱性无氰电镀铜工艺，对于促进电镀清洁生产和安全生产，减轻电镀对环境的污染具有重要的现实意义。
无氰电镀铜的研究现状
金属铜的特点及应用
纯铜呈玫瑰色，质地比较柔软，化学稳定性较高，易溶于硝酸，也可溶于