電鍍銅陽極鈍化原因

周巖

摘 要：研究生產(chǎn)中電鍍槽故障現(xiàn)象，并分別對磷銅板性能、溶液中氯離子濃度和陽極銅板在不同氯離子濃度鍍液中的擱置對比，從這三方面進行試驗分析。研究結(jié)果表明故障現(xiàn)象排除了前兩種因素。結(jié)合第三種試驗結(jié)果，得出結(jié)論：由于鍍液中氯離子含量過高，導(dǎo)致銅板表面生產(chǎn)CuCl厚膜，導(dǎo)致電鍍不能正常進行，解決措施為連續(xù)電鍍5min內(nèi)，電流值合格，電壓基本恢復(fù)正常。

關(guān)鍵詞：電鍍銅;陽極鈍化原因;分析

一、電鍍槽故障現(xiàn)象

1.1每天生產(chǎn)結(jié)束后，陽極銅板在槽液中浸泡至第二天，開班生產(chǎn)時電壓達上限、電流遠低于要求值;

1.2在生產(chǎn)中會出現(xiàn)槽壓上升、電流下降，尤其是槽液使用周期的后期;

1.3陽極銅板不消耗，需添加硫酸銅保持槽液中硫酸銅的飽和狀態(tài)。

通過對生產(chǎn)陽極的觀察，認為陽極表面的黑膜是導(dǎo)致以上現(xiàn)象的原因，試驗主要針對黑膜的產(chǎn)生進行分析和試驗。

二、原因分析和驗證

電鍍過程中陽極表面生產(chǎn)灰色膜，用手擦拭灰膜，可以發(fā)現(xiàn)膜層較厚且難以被清除掉，說明該膜致密而牢固。由于該膜層的存在，影響了正常電鍍中磷銅板的陽極表面形成導(dǎo)電的黑色Cu3P膜，黑膜用手擦拭可露出銅本身，而生產(chǎn)中磷銅板表面膜層的過厚，分析其可能產(chǎn)生的原因有：磷銅板雜質(zhì)含量過高或磷含量過高;電解液中氯離子含量過高。

2.1? 磷銅板性能驗證

對磷銅板的磷含量做理化分析，磷含量0.02%～0.03%，符合酸性電鍍的要求。考慮雜質(zhì)和磷含量分布的均勻性影響，進行實效驗證試驗。

取生產(chǎn)配制的初始電鍍液，在試驗槽內(nèi)按工藝電流密度進行電鍍，以正極毛坯為陰極。陽極銅板表面未有牢固黑膜生成。

2.2? 氯離子濃度的影響驗證

酸性電鍍中氯離子含量不超過180mg/l，否則容易引起陽極鈍化。由于正極活化中的電鍍陰極為氯化亞銅電極，因此電解液中還含有大量的氯離子，通過理化分析可知氯離子濃度高達600mg/l，高出普通酸性電鍍液數(shù)倍左右。理化分析陽極表面脫落的“灰白膜”成分為CuCl，說明氯離子對陽極膜的形成有很大的影響。

2.2.1? 陽極銅板在不同Cl-濃度鍍液中的擱置對比

通過在電解液中添加不同濃度的鹽酸，改變鍍液中的氯離子濃度。陽極銅板在不同氯離子濃度的鍍液中與不含氯離子的空白溶液中浸泡擱置，對比其不同的表面情況。

1）未進行電鍍的陽極銅板在Cl-濃度60mg/l和空白鍍液中浸泡12h以上，可以看到含氯鍍液中的銅板表面有白色薄膜，右側(cè)純水溶液中銅板無變化。

2）未進行電鍍的陽極銅板在Cl-濃度720mg/l和空白鍍液中浸泡12h以上，可以看到含氯鍍液中的銅板表面有棕色膜層。

3）陽極銅板電鍍后在鍍液中浸泡一天，Cl-濃度60mg/l鍍液中的銅板表面有黑色膜，輕輕擦拭，黑膜在銅板上附著比較牢固;空白液中銅板表面雖也發(fā)黑，但是用手擦拭后隨即成黑色液態(tài)狀。

4）陽極銅板電鍍后在鍍液中浸泡一天，Cl-濃度240mg/l鍍液中的銅板表面有較厚的黑色膜，牢固;空白液中銅板表面黑色狀態(tài)維持不變。

5）陽極銅板電鍍后在鍍液中浸泡一天，Cl-濃度720mg/l鍍液中的銅板表面黑色膜顏色更深，膜層與銅板結(jié)合牢固;空白液中銅板表面黑色狀態(tài)維持不變。

通過試驗得出，隨著氯離子濃度的增加，擱置后陽極銅板表面的膜層厚度增加，與銅板的結(jié)合越牢固。

2.2.2? 陽極銅板在不同Cl-濃度鍍液中的電鍍對比

通過在電解液中添加不同濃度鹽酸，改變鍍液中的氯離子濃度。陽極銅板在不同氯離子濃度的鍍液中與不含氯離子的空白溶液中進行電鍍工作，對比其不同表面情況。

1）取電鍍20min后陽極，Cl-濃度60mg/l鍍液中的銅板表面有黑膜，黑膜表面發(fā)白，空白鍍液中的陽極表面黑膜如同墨汁，陽極上的黑膜均易用手抹去。

2）取電鍍30min后陽極，Cl-濃度120mg/l鍍液中的銅板表面有黑膜，黑膜表面發(fā)白，不易擦掉。

3）取電鍍30min后陽極，Cl-濃度240mg/l鍍液中銅板表面有黑膜更加致密，黑膜表面發(fā)白，用力擦拭表面，有塊狀成片脫落，可以看到銅板底層均勻光亮。

4）鍍30min后陽極，可以看到Cl-濃度720mg/l鍍液中銅板表面有致密白膜和棕色膜，擦拭表面，有塊狀成片脫落，可看出銅陽極被腐蝕。

通過試驗可以得出，隨著氯離子濃度升高，陽極在電鍍過程中生產(chǎn)的膜增厚，黑膜表面會生成白色膜層，白色膜層易脫落。

2.2.3? 正式生產(chǎn)中銅陽極表面變化

新配置電鍍液正式生產(chǎn)的第一天，電鍍至25片和電鍍至200片時陽極表面照片。可以看出電鍍初期，陽極表面黑膜較薄，容易擦拭掉;之后膜層變厚，與銅板結(jié)合牢固。

2.2.4? 黑膜對槽壓的影響

生產(chǎn)過程中，陽極銅板在鍍液中擱置一夜后，第二天電鍍開始，槽壓急劇升高至設(shè)備上限，然后電流下降。到每周期（鍍液使用周期）的后幾天，甚至間隙半小時即出現(xiàn)槽壓升高至不合格的現(xiàn)象。

在不同氯離子濃度鍍液的試驗中，當(dāng)鍍液中氯離子濃度60mg/l、120mg/l時，陽極銅板在鍍液中擱置12h以上，開始電鍍時電流維持正常值，未出現(xiàn)電壓基建上升的現(xiàn)象;在240mg/l、720mg/l、830mg/l的含Cl-鍍液中，陽極銅板擱置后，開機時槽壓不斷升高至上限值24V，繼而電流下降。

2.3? 結(jié)論

試驗現(xiàn)象和生產(chǎn)故障現(xiàn)象相吻合，陽極表面生成膜是電鍍槽壓升高、銅板不溶解的原因，而鍍液中氯離子濃度超高是陽極表面生成厚膜的直接因素。

三、分析和解決措施

通過試驗驗證，由于鍍液中氯離子含量過高，導(dǎo)致銅板表面生產(chǎn)CuCl厚膜。從試驗陽極在電鍍過程表面生成灰白色或黑色的膜層，該膜層較厚但具有導(dǎo)電性，因此在電鍍過程中并不影響電壓，但是阻止了銅的正常溶解。在非電鍍期間，陽極銅板在鍍液中長時間擱置后，表面的膜層發(fā)生變化，通常該膜層顏色偏棕色，與銅板的結(jié)合牢固，導(dǎo)電性很差，再次開始電鍍時，造成槽壓上升、電流下降的鈍化現(xiàn)象。

3.1? 連續(xù)電鍍除膜的試驗

在試驗槽中采取的是連續(xù)電鍍的方式，陽極銅板在鍍液中擱置12h以上后，在電鍍初期引起槽壓升高后，隨之電流下降，通常在連續(xù)電鍍5min內(nèi)，電流值合格，電壓基本恢復(fù)正常。此時陽極銅板表面的鈍化膜與銅板結(jié)合，部分甚至?xí)孕邪l(fā)生脫落，不脫落的可輕易除去。除去鈍化層的陽極銅板，后鍍槽電壓、電流正常，工作恢復(fù)正常。

分析試驗現(xiàn)象認為，連續(xù)電鍍過程中陽極表面牢固的鈍化膜變得容易脫落，除去鈍化膜后電極反應(yīng)正常。在正式生產(chǎn)過程中，采取每天收班后、開班前用銅箔替代陰極，進行五分鐘的連續(xù)電鍍，正式電鍍前手動去除膜層。

在18天的電鍍周期內(nèi)，采用該方法進行操作后，在正式生產(chǎn)中未出現(xiàn)槽壓突然升高的現(xiàn)象。