電鍍溶液故障處理焦磷酸鹽鍍銅液故障的處理

常德華

（陜西凌云電器集團有限公司，陜西 寶雞 721006）

目前，焦磷酸鹽鍍銅技術廣泛的應用于工業生產中。使用此方法獲取的銅鍍層呈現出銅紅色，具有柔軟、空隙少的優點，常作為鋼鐵件多層鍍鉻的中間層和鋼鐵件鍍錫和鍍銀的底層，以保證多層材料之間的結合力[1，2]。鍍液分散能力和覆蓋能力好，鍍層結晶細致，陰極電流效率高，工藝范圍較寬，易于控制。電鍍時，無劇毒或刺激性氣體逸出，在國內外均獲得較廣泛應用。

與此同時，在此鍍銅液的使用過程中也存在著相應的缺點，比如鍍銅液水解能力較強，造成電解質的密度下降等問題，其中最為嚴重的問題當屬于鍍銅液易與其他金屬中的離子發生置換反應，導致結合力下降，影響鍍層的質量。針對上述問題，在此次研究中將對焦磷酸鹽鍍銅液故障處理展開深入研究，以提升焦磷酸鹽鍍銅液的使用效果，為日后焦磷酸鹽鍍銅液的應用提供理論依據。

1 焦磷酸鹽鍍銅液故障處理方案設定

1.1 焦磷酸鹽鍍銅液成分的作用及影響

焦磷酸銅是供給鍍銅液銅離子的主鹽。光亮鍍液中的金屬鹽以銅計，濃度應控制在25g/L～35g/L，一般鍍液中可以控制在20g/L～25g/L 之間。在光亮鍍液中，如果銅含量過低，不但鍍層的光亮平整性差，而且允許的工作電流密度范圍狹小；若銅含量過高，則焦磷酸鉀含量也要相應增加，從而會增加新配液的費用，導致成本增高。

焦磷酸鉀是主絡合劑。其作用是使絡合物穩定，防止沉淀，改善鍍層結晶，提高鍍液的分散能力和覆蓋能力，促使陽極溶解。超過絡合量的焦磷酸鉀呈游離狀態。在焦磷酸鍍銅溶液中，一般控制總焦磷酸根與金屬之比，應保持在8：1之間。低于7:1 時，陽極溶解性差，鍍層結晶較粗糙；高于8:1 時，陰極電流效率下降。

檸檬酸鹽、氨三乙酸和氨鹽都能與銅生成絡鹽，是輔助絡合劑。其作用是改善鍍液的分散能力，促使陽極溶解，防止產生銅粉；還可增加電流密度，增強鍍液的緩沖作用，提高鍍層光亮度。其中以檸檬酸鹽效果最好。若用(銨鹽)三乙酸代替檸檬酸鹽，鍍層的平整性和光亮度稍差。

1.2 調節焦磷酸鹽鍍銅液pH 值

正磷酸根是焦磷酸鹽鍍銅中不可避免的成分，導致焦磷酸鹽鍍銅液pH 值異常[3]，它既影響鍍層性能，也影響溶液的工作特性。在低濃度時(低于15g/L)，正磷酸根作為緩沖劑有助于陽極的溶解，而在高濃度時(75g/L～225g/L)，則對鍍層性能和溶液產生有害的影響，造成了焦磷酸鹽鍍銅液故障問題。針對此情況，選用透射電鏡、紅外光譜作為處理手段。首先稱取焦磷酸鹽鍍銅液，使用紫外線分光光度計，測定溶液中含磷陰離子殘余濃度，由于溶液中的銅離子以一價銅和二價銅的形式存在，因此將通過計算溶液中總銅離子與一價銅的差值的方式得到焦磷酸根濃度。同時，通過拉曼光譜法[4-5]得到處理后焦磷酸根濃度。為了保證測定結果不受其他成分影響，將含磷陰離子去除率采用下述公式計算：

上式中，α 表示含磷陰離子去除率，β1、β2分別表示處理前后含磷陰離子在焦磷酸鹽鍍銅液中的濃度。使用上述公式，溶液中其他陰離子展開處理，并調節溶液pH 值。

1.3 焦磷酸鹽鍍銅液氧化還原處理

焦磷酸鹽鍍銅溶液組成多為焦磷酸銅、焦磷酸鉀、檸檬酸銨或氨水，pH 值大致為8.0 ～8.8；筆者單位所使用的焦磷酸鹽鍍銅溶液為焦磷酸銅、焦磷酸鉀、草酸組成，pH 值為8.8 ～9.2，調整使用檸檬酸和氫氧化鉀，經過多年使用驗證，溶液穩定，鍍液分散能力和覆蓋能力好，鍍層結晶細致，易于控制。

在焦磷酸鹽鍍銅液pH 值調節后，需要完成氧化還原處理過程。通過文獻研究可知，在溶液中添加部分二價銅離子與硫酸亞鐵，經過一段時間的反應后，二價銅離子還原為亞銅離子[6]。利用這一性質，在焦磷酸鹽鍍銅液中加入雙氧水，將溶液中的一價銅氧化為二價銅，（防止銅粉的生成，提高絡合離子的穩定性）對焦磷酸鹽鍍銅液pH值進行二次調節。

在焦磷酸鹽鍍銅中，pH 值直接影響鍍液穩定性及鍍層質量。pH 值過低，零件深凹處發暗，鍍層易起毛刺并產生黑色條紋，焦磷酸鹽易水解為正磷酸鹽，使陽極溶解不良；pH 值過高，易生成銅的堿式鹽，造成結晶疏松，色澤暗紅，光亮范圍狹小，陰極電流效率降低，電流密度下降，分散力不良，陽極鈍化。

2019 年10 月，我單位焦銅溶液的pH 值經pH 計測量為9.9，超出工藝文件的要求8.8 ～9.2，于是加入檸檬酸進行調整，邊調整邊測量，在加入大量檸檬酸后溶液pH 值卻變化很小，按加入量算，檸檬酸的加入量已經超過50g/L，但pH 還沒有調整到9.2 以下，更換一臺pH 計重新測量，測量結果溶液pH 為8.6，間隔4 小時再去測量，pH 仍在下降。由此判定，之前使用的pH 計發生故障。

對上述設定內容進行整合，并將其與目前使用中的故障處理方案相結合。焦磷酸鹽鍍銅液故障的處理方案設計完成。

2 實驗論證分析

2.1 實驗環境設計

在此次研究中，完成了焦磷酸鹽鍍銅液故障處理方案的設計，為驗證本文所提出方案具有合理性與科學性，選擇使用傳統方案即長時間電解法與本次研究所提出的氧化升溫法進行對比。

為完成實驗過程，分別對比兩種方案對焦磷酸鹽鍍銅液內的雜質去除情況，以及對焦磷酸鹽鍍銅液中檸檬酸的控制情況，對兩種方案的實驗效果進行了全面分析。

2.2 實驗結果分析

表1 焦磷酸鹽鍍銅液體的雜質含量實驗對比結果

對上述實驗結果進行分析后可知，本文提出的方案對焦磷酸鹽鍍銅液內雜質物去除較徹底，雜質物對焦磷酸鍍銅的影響較小。

在日常使用過程中，文中提出方法的效果將優于傳統方案。通過分析可知，文中提出方案對焦磷酸鹽鍍銅液所含雜質物質去除能力較好，增強了文中設計方案的使用效果。傳統方案對焦磷酸鹽鍍銅液中雜質物質去除能力較差，在日常的使用過程中還存在相應的問題。由此可知，文中提出方案的使用效果較佳。

表2 焦磷酸鹽鍍銅液中檸檬酸控制情況實驗結果

焦磷酸鹽鍍銅液中，檸檬酸是輔助絡合劑，主要起到陽極去極化劑的作用，使陽極能正常溶解。其含量多少直接影響鍍層質量，若陽極溶解效果不良，鍍層失去光澤，易產生霧狀鍍層。

對上述數據進行分析可知，文中提出方案的焦磷酸鹽鍍銅液中檸檬酸含量均在15g/L～25g/L 規定標準值內，可有效降低焦磷酸鹽鍍銅液故障發生概率。與文中提出方案對比可知，使用傳統方案對焦磷酸鹽鍍銅液中檸檬酸含量控制超出規定標準值，對焦磷酸鹽鍍銅液故障處理達不到預期的效果。

綜合焦磷酸鹽鍍銅液雜質含量實驗結果與焦磷酸鹽鍍銅液檸檬酸含量控制結果可以發現，不論在使用效果還是使用體驗等方面，文中提出方案均優于目前使用中故障處理方案。在日后的研究中，可使用此方案完成焦磷酸鹽鍍銅液故障處理過程。

3 結語

本次研究以焦磷酸鹽鍍銅液作為研究對象，根據電鍍溶液故障處理原理，設計焦磷酸鹽鍍銅液故障處理方案，為此類問題的處理提供移動的技術支持，但由于技術與時間的限制，此次研究中還存在相應的問題有待解決。

在日后的研究中將主要對文中提出方案的不足進行優化與完善。