محلول های آبکاری الکتريکی مس اسیدی

از پوشش های حاصل از آبکاری مس جهت کاربردهای تزيينی و مهندسی استفاده می شود. اين پوشش ها به طور گسترده ای در روکش های چند لايه به عنوان پوشش های محافظ، به عنوان حد واسط در عمليات حرارتی و نيز برای انتقال حرارت (به عنوان مثال به عنوان حوضچه يا دريافت کننده های حرارتی) به کار گرفته می شوند. اين پوشش ها همچنين کاربردهايی در الکتروفورمينگ، در محافظت از تداخل امواج الکترومغناطيسی و همچنين در آبکاری مدارهای الکترونيکی پيدا کرده اند. ميزان همواری و براقيت پوشش های مسی حاصل از آبکاری را می توان با استفاده از روش های پرداخت سطحی بهبود بخشيد، چرا که مس فلزی نسبتا نرم است. پوشش های مسی به علت توانايی که در جذب تنش ايجاد شده در اثر قرار گرفتن فلزات با خصوصيات انبساط گرمايی متفاوت در معرض تغييرات دمايی و يا اعمال شوک های حرارتی به فلزات دارند، به عنوان محافظ انبساط گرمايی
به ويژه در روکش های چند لايه عمل می کنند. به طور مشابهی، کاهش مقاومت به خوردگی ناشی از ترک خوردگی در يک قطعه به واسطه تغيير شکل فيزيکی آن قطعه را می توان با ايجاد يک پوشش فلزی نرم مثل يک پوشش مسی کاهش داد. پوشش حاصل از آبکاری مس می تواند به عنوان روکش نهايی در برخی از کاربردهای تزيينی و گاهی هم در مواردی که نياز به سطوح با دوام و جذاب است، بهکار گرفت. در هر صورت، مس و در نتيجه پوشش های مسی وقتی در معرض اتمسفر قرار می گيرند، کدر و تيره می شوند و بنابراين بايد از آن ها در برابر اتمسفر به وسيله ايجاد يک لايه لاک شفاف و یا دیگر انواع روکش های مقاوم در برابر خوردگی محافظت کرد. مس را می توان هم به صورت الکتریکی و هم به صورت خود کاتالیزوری ( الکترولس) با استفاده از الکترولیتهای اسیدی و بازی رسوب داد. محلول های سيانيدی، فاقد سيانيد، پيروفسفات قليايی، سولفات اسيدی و فلوئوربورات اسيدی انواع الکتروليت هايی هستند که در رسوب دهی الکتروليتی پوشش های مسی (آبکاری الکتريکی) مورد استفاده قرار می گيرند.

آبکاری در محلول های آبکاری سولفات مس اسیدی

 ترکیب شیمیایی محلول های آبکاری سولفات اسیدی بسیار ساده است. سولفات مس 5 آبه و اسید سولفوریک اجزای اصلی محلول آبکاری هستند. منبع یون های مس سولفات مس است. اسید سولفوریک هدایت الکتریکی محلول را افزایش داده و مانع از تشکیل نمک های بازی مس یک ظرفیتی و دو ظرفیتی بر روی سطح آندها و نیز دیواره داخلی مخزن آبکاری می شود که می تواند منجر به انحلال ضعیف آندی و زبری پوشش حاصل شود. پایین بودن غلظت اسید سولفوریک منجر به سوختگی پوشش مسی در دانسیته جریان بالا، کاهش میزان همواری پوشش، تیره شدن پوشش مسی در دانسیته جریان پایین و پوشش مسی دارای گره می شود. غلظت بالای اسید سولفوریک اثرات کمتری بر پوشش دارد، اما انحلال آندی را افزایش می دهد. محلول آبکاری سولفات مس با بازده کاتدی ۱۰۰ – 95 درصد را می توان به سهولت کنترل کرد. برای تولید پوششی هموار، با دانه بندی ریز، براق و انعطاف پذیر با استفاده از محلول های آبکاری سولفات مس، استفاده از افزودنی ها ضروری می باشد. بیشتر افزودنی هایی که در محلول های آبکاری سولفات مس مورد استفاده قرار می گیرند دارای فرمول اختصاصی می باشند. این افزودنی ها می توانند مشخصات مورد نظر پوشش مسی را ایجاد کنند. در محلول های آبکاری سولفات مس که پوشش های براق تولید می کنند، علاوه بر اجزای اصلی محلول آبکاری یک کاتالیزور نیز باید به منظور جلوگیری از تشکیل پوشش های رگه دار به محلول آبکاری اضافه گردد. این کاتالیزور یون کلرید است که غلظتش در محلول آبکاری باید بین g/L 0/2 - 0/1 یا به صورت ppm ۱۰۰ –20 نگاه داشته شود. یون کلرید معمولاً هیدروکلریک اسید به محلول آبکاری اضافه می شود تا باعث تشکیل شدن پوشش زبر و گره دار نشود. پایین بودن مقدار یون کلرید می تواند باعث تشکیل پوشش سیاه در لبه ها و نواحی با دانسیته جریان بالا بر روی قطعه پایه گردد، همواری پوشش را کاهش دهد، براقیت پوشش را کاهش دهد، سبب حفره دار شدن پوشش گردد و نیز انحلال آندی را تضعیف کند. غلظت بالای کلرید باعث تولید پوشش رگه دار می شود، مصرف براق کننده در محلول آبکاری را افزایش می دهد، همواری سطح پوشش را کاهش می دهد و براقیت پوشش حاصل از محلول های با فرمولاسیون براق را کاهش می دهد. غلظت بالای کلرید در محلول آبکاری را می توان به وسیله فرایند تصفیه محلول آبکاری با گرد روی و یا رسوب دهی آن با افزایش نقره به محلول آبکاری کاهش داد. اگر شدت همزدن محلول آبکاری حداقل باشد، دانسیته جریان نباید از A/dm² 4/5 تجاوز کند، چرا که در غیر این صورت ممکن است پلاریزاسیون آندی اضافی رخ دهد و در نتیجه پوشش اسفنجی شود. در جایی که نیاز به استفاده از دانسیته جریان بالاتر باشد، از همزدن هوایی استفاده می شود.

استفاده از همزدن هوایی به منظور تسریع نفوذ یونی و تولید پوشش هایی با دانه بندی ریز و کیفیت بالا، زمانی که دانسیته جریان الکتریکی بیش از A/dm² ۱۰ است، امری ضروری می باشد. اثر تغییرات دما بر روی ساختار بلوری و همواری سطحی پوشش های مسی حاصل از محلول آبکاری سولفات مس کم اهمیت تر از اثر تغییرات دمایی بر روی دانسیته جریان کاتدی می باشد. افزایش دمای آبکاری منجر به افزایش هدایت الکتریکی محلول و نیز کاهش پلاریزاسیون آندی و کاتدی می گردد. افزایش دما همچنین اندازه دانه بندی و استحکام کششی پوشش مسی را کاهش می دهد. وقتی در محلول آبکاری سولفات مس، از افزودنی های اختصاصی استفاده می شود، دمای آبکاری نباید بیش از اندازه بالا باشد، چرا که گستره آبکاری را کاهش می دهد، مصرف افزودنی ها را افزایش می دهد و با افزایش تجزیه افزودنی های موجود در محلول آبکاری باعث افزایش آلودگی آن می شود. باید به دقت مراقب بود تا از تسریع انباشتگی فلز مس در محلول آبکاری وقتی که سرعت نوسازی محلول پایین است و یا نسبت آند به کاتد نامناسب است، جلوگیری شود. افزایش در غلظت سولفات مس باعث افزایش مقاومت ویژه محلول شده و پلاریزاسیون آندی و کاتدی را نیز اندکی کاهش می دهد. غلظت های سولفات مس بیش از  g/L248 منجر به تبلور نمک فوق در محلول آبکاری می شود. ترکیب متعارف محلول آبکاری با دور ریختن بخشی از آن و اضافه کردن آب و اسید سولفوریک مجددا ترمیم می شود.

برای بهبود قدرت پرتاب برخی از محلول های سولفات مس که جهت آبکاری بورد مدارهای چاپی مورد استفاده قرار می گیرند، از یک محلول آبکاری با غلظت اسید سولفوریک بیشتر و سولفات مس کمتر استفاده می شود. این محلول آبکاری امکان توزیع برابر را در هنگام آبکاری سوراخ های ارتباطی در پوشش تقریبا بورد مدارهای چاپی را فراهم می کند. در محلول های آبکاری سولفات مس، ناخالصی هایی مانند نقره، طلا، آرسنیک و آنتیموان می توانند همراه با مس رسوب کنند. حضور آرسنیک و آنتیموان در پوشش مسی آن را زبر و ترد می کند و حضور نقره پوشش مسی را زبر می کند. حضور ناخالصی های نیکل و آهن در محلول آبکاری هدایت الکتریکی آن را کاهش می دهد. اگرچه یون های سرب موجود در محلول آبکاری با مس هم رسوبی نمی کنند اما می توانند در داخل محلول رسوب کنند. سیلیکات های محلول در محلول آبکاری ممکن است بر روی قطعه پایه رسوب کنند. ترکیبات آلی ناشی از تجزیه افزودنی های موجود در محلول آبکاری، پوشش های دیواره مخزن آبکاری و کیف های آندی می توانند منجر به ترد و شکننده شدن پوشش مسی و نیز تغییر رنگ آن شوند. آلودگی های آلی موجود در این محلول های آبکاری را می توان با تصفیه آن با استفاده از کربن فعال حذف کرد.

http://iranplating.com/Archive/86.pdf : منبع