亚硫酸钾配位剂及工艺参数对电镀金层热反射率及其他性能的影响.pdf

第47?第92014年9月
种执や
亚硫酸钾配位剂及工艺参数对
电镀金层热反射率及其他性能的影响
亢若谷',畅玢,曹梅,龙晋明',朱晓云2
(1.昆明治研新材料股份有限公司云南省光电子硅材料制备技术企业重点实验室,云南曲靖655011;
2.昆明理工大学a.材料科学与工程学院,b.理学院,云南昆明650500)
摘要]多晶硅生产的还原炉壁体热反射率的高低对电能消耗有很大的影响,过去,少有相关的研究报道。使
用亚碗酸盐体系对还原炉内壁电镀金,研究了镀金电流密度镀覆时间等对镀金层光亮度、热反射率的影响;探讨
了镀液中配位剂亚硫酸钾浓度对镀层显微硬度、沉积速率及阴极电流效率的影响。结果表明:电流密度为0.4
Adm2,镀覆时间为10min时镀金层外观质量最好,亚硫酸钾浓度为100g/L时镀金层的显徽硬度、阴极电流效率
和沉积速率达到最大值;镀金层的光亮度与电流密度和镀覆时间有很大关系;镀金层的热反射率比不锈钢基体的
高,光亮镀层的热反射率比半光亮镀层的高;镀液中亚硫酸鉀含量的变化使得镀金层的显微硬度和沉积速率发生
了改变。
[关键词]亚硫酸盐镀金;亚硫酸钾配位剂;镀层光亮度;热反射率;显徽硬度;电流效率;沉积速率
[中图分类号]TQ153.1[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2014)09-0001-04
0前言
1试验
在还原炉体内壁镀覆高热反射率的镀层可在西门1.1基材前处理
子法生产多晶硅的过程中达到节约电能的目的,金具
基材选用316L不锈钢,尺寸为2cmx4em,前处
有良好的热反射率,是炉体内壁镀层的首选。氯化物理流程如下:打磨→抛光→碱洗(30~50gL氢氧化
镀金由于氧化物的剧毒,不宜大规模工业应用,目前已钠,20~30g/L磷酸三钠,3~5g/L硅酸钠,20-25y/L
开发出亚硫酸盐镀金等无氰锼金体系,可以提高镀金碳酸钠,60℃,10min)→水洗→酸洗[1:1HCl(体积
层的表面光泽度,同时确保其焊接性。就亚硫酸盐
比),60℃,2min]→水洗一镀闪镍→水洗→电镀铜→
体系镀金液的稳定性、主盐浓度对镀层性能的影响已水洗后备用。
有了较多研究23,如在钼丝上镀金可以降低粗糙度
镀闪镍:采用光亮镀镍所得镀层光亮,再在此光
提高抗氧化性,在亚硫酸金体系中可以得到镀金层,但亮镀层上镀铜,获得的镀铜层结合力差。因此采用闪
未见对镀层热反射率的分析报道。本工作采用亚硫酸镀镍作为打底层,以较大的阴极电流密度,在很短时
盐镀金体系在316不锈钢表面镀金;探讨了主配位剂间内在不锈钢制件镀上一层镍,以保证镀层与基体的
亚硫酸钾含量和施镀工艺对镀金层光亮度、显微硬度
结合力。配方及工艺参数:200~240g/L氯化镍
沉积速率及电流效率的影响,对比了不锈钢基体、半光110-130mIL盐酸,pH<1,电流密度2~8M?
亮镀层、光亮镀层的热反射率;优化了工艺参数和主配
时间15min。
位剂含量。
电镀铜:由于镀铜层化学稳定性较差以及特殊的
[收稿日期]2014-03-2
电化序位,不宜直接用于防护性镀层,而是作为中间
通信作者]曹梅(1976-),博士,副教授,研究方向为层,以提高镀层的结合力。采用焦磷酸钾体系镀铜,配
金属表面改性,惰性阳极材料,电话:方及工艺条件:30gL硫酸铜,280~300g/L焦磷酸
1820680603,E-mail:camel00126.com钾,20~25g/L酒石酸钾钠,20~25g/L乙酸铵,30
latein otero
50gL氢氧化钾;电流密度0.2~0.4Adm2,时间15
直流稳压电源
min。该工艺获得的镀铜层光亮度高,而且后续镀金后
1250W碘钨灯
与镀金层结合力好。
聚苯乙烯泡沫塑料
反射面
1.2亚硫酸盐镀金
以涂覆有贵金属涂层的钛板为阳极板;在不锈钢
试板
片上进行双面电镀。镀液主要成分:30g/L亚硫酸金
温度传感器测
电脑
钠(金含量19.5%~20.5%),80~130g/L亚硫酸钾,
300g/L酒石酸钾钠,100g/L柠檬酸钠,35g/L磷酸氢
图1热反射率测试装置结构示意
二钾(试剂均为分析纯,水为蒸馏水);镀液pH值8~
假设黑板为理想黑体,即吸收率≤100%(炭黑的
10;电流密度0.1-0.8A/dm2,镀覆时间1~20min。
实际吸收率达97%),可推得热反射率计算式1
3测试分析
P=(6版一0変)/(女测一0な温)×100%(3
(1)镀层宏观质量镀层外观对镀层反光率有很
室温固定在28.8℃,0版固定在87.8℃。
大的影响,出现针孔、麻点、起皮、脱落、不均匀为不合
以温度高低及式(3)来定性表征镀层热反射率的
格镀层;平整、均匀、细致紧密、光亮的为合格。镀层有差别,且以不锈钢为标准,其他镀层反光率和它的比值
金属光泽为光亮镀层,无光泽、发黄为半光亮镀层。
为相对热反射率。
2)镀层显微硬度采用HV1000型显微硬度仪
测试,加载0.245N。
2结果与讨论
(3)沉积速率和电流效率使用FA1004型电子2.1电流密度及镀覆时间对镀金层光亮度的影响
天平称重,根据试样增重计算镀层的沉积速度和电流
效率,试样面积为16cm2,电沉积时间取30min,以保
当电流密度分别为0.1,0.4,0.8Adm2时,镀层
证沉积速率和电流效率的准确性。电流密度0
相应地为光亮,光亮,半光亮。由此可以看出,最初随
A/dm
电流密度增大,光亮度没有明显变化,但当电流密度达
到0.8Adm?时,镀层的光亮度降低,出现半光亮镀层。
沉积速率计算式见式(1),电流效率计算式见式这是因为阴极电流密度提高,使得阴极极化的过电位
2):
相应提高,电场力增强,对金属离子的静电吸引增强,
10000×△
(1)反应速率加快,有利于镀层的沉积;当电流密度过大
式中一沉积速度,um/min
(如达到0.8Adm2)时,析氢反应速率同时增大,电流
△m沉积金的质量,g
效率下降,镀层致密度降低,结晶粗大。半光亮镀金层
密度,g/
表面有凹坑,是由析氧反应气泡造成的并进而使镀层
阴极面积,16cm
光亮度降低。
时间,min
综上,在保证镀金层光亮度和致密度的情况下,使
用较大的电流,可以达到增加镀速、提高生产效率的目
100%
Itk
(2)
的。因此,确定最佳电流密度为0.4A/dm2
式中
电流效率,%
0.4A/dm2电流密度下,不同镀覆时间镀层的完整
△m沉积金的质量,mg
性和光亮度:镀覆1min时镀层光亮,但未覆盖均匀、存
电流,A
在缺陷;镀覆3,5,10,15,20min时镀层光亮、均匀。由
电沉积时间,s
此可以看出:电镀时间太短时,镀金层过薄,基体不能
金的电化学当量,2.041mg/C
被充分覆盖,基体存在的缺陷造成镀层颜色不均匀,光
(4)反光率镀金层的热反射率无法通过精密设亮度差;随着镀覆时间延长,镀金层厚度增大,光亮度
备测试,故采用自制热反射率测试装置测试,测试装置提高,得到了均匀、光亮的镀层;为了节约贵金属,在镀<