酸性光亮镀铜使用的阳极必须是含磷铜阳极,这是由于纯铜阳极很容易溶解,使得阳极效率大于理论值。这样,镀液中的铜含量逐渐增加,使硫酸铜大量积累,很快便超过了工艺规范上限而失去平衡。另一方面纯铜阳极在溶解时会产生少量一价铜离子,它在镀液中很不稳定,通过歧化反应分解成为二价铜离子和微粒金属铜,在电镀过程中很容易在镀层上面成为毛刺。为消除阳极一价铜的影响,人们最早使用阳极袋,但很快便发现泥渣过多妨碍了镀液的循环。后改用无氧高导电性铜阳极(0FHC),虽然泥渣减少了,但仍不能阻止铜金属微粒的产生,于是又采用定期在镀液中加入双氧水使一价铜氧化成二价铜,但此法在化学反应中要消耗一部分硫酸,导致镀液中的硫酸质量浓度下降,必须及时补充,同时又要补充被双氧水氧化而损耗的光亮剂,增加了电镀成本。
1954年美国Nevers等人在纯铜中加入少量的磷作阳极时,发现阳极表面生成一层黑色胶状膜,在电镀时阳极溶解几乎不产生铜粉,泥渣极少,零件表面铜镀层不会产生毛刺。这是由于含磷铜阳极的黑色膜具有导电性能,其孔隙又不影响铜离子自由通过,加快了一价铜的氧化,阻止了一价铜的积累,大大地减少了镀液中一价铜离子;同时又使阳极的溶解与阴极沉积的效率渐趋接近,保持了镀铜液中铜含量平衡。美国福特汽车公司使用这种含磷铜阳极的经验证明既保证了镀铜层质量,又节约电镀光亮剂了20%,降低了成本。
保加利亚学者Rashkov等人研究了这种阳极表面黑色膜,主要成分是Cu3P,并有金属导电性能,这样就解释了黑色膜不会使阳极钝化的原因。他们认为磷的作用在于含磷铜阳极溶解时产生的一价铜生成Cu3P,从而阻止了歧化反应的产生。美国联邦规范QQ一A一6738建议含磷铜阳极的铜质量分数为99.9%~99.94%,磷质量分数为0.04%~0.065%。国内也有的磷铜板含磷量是控制在0.1%~0.3%之间。
若磷铜阳极中磷的质量分数高,就有可能导致含磷铜阳极不易溶解,使镀液中铜含量下降,低电流密度区光亮度差。更严重时阳极上的黑色膜从阳极掉下来,污染镀液,还会堵塞阳极袋造成槽电压升高,镀层产生细麻砂状。因此,控制含磷铜阳极对于硫酸光亮镀铜工艺是非常重要的。
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