摘要
电镀是利用电解的原理在待处理基体的表面镀上一层金属或者合金的工艺方法。其中铜合金镀层较单金属镀层具有更好的均匀性、致密性、耐磨性、抗腐蚀性及其特殊的光学性能等，而被广泛应用到各个领域。以往的铜合金电镀以氰化物电镀为主，但氰化物会危害人们的身体，污染环境，目前已逐步被无氰电镀所取代。近些年来，发展起来的无氰电镀种类多样，例如焦磷酸盐体系，酒石酸盐体系，柠檬酸盐体系，HEDP体系等。本课题不仅从电镀得到的作用效果进行了说明，并对络合剂与金属离子之间的络合机理、添加剂如何作用于电镀机理进行分析，这对无氰电镀铜合金的研究发展提供了理论依据。 首先，本课题在柠檬酸体系电镀铜锡合金的过程中，探究了络合剂、主盐和pH对电镀铜锡合金工艺的影响。通过扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射光谱（XRD）等检测对镀层的铜锡合金进行表征。研究结果表明：主盐、络合剂不同成分及含量、pH均会对镀层的表面色泽、微观形貌、组分含量和物相结构有一定的影响。再将电化学测试结果与紫外、红外光谱测试、核磁共振分析，探究络合剂与主盐之间的电化学行为和络合反应机理。研究结果表明：在-1.2VvsHg|HgO处有唯一的阴极沉积峰，铜锡两种金属离子可以在该电压下发生共沉积，形成Cu、[Cu，Sn]、Cu6Sn5、Cu10Sn3、Cu4O3晶相，最终获得86.28wt%Cu和13.72wt%Sn的金黄色的致密的Cu-Sn合金镀层。 其次，研究了羧基类添加剂对电镀铜锌锡合金的影响。本课题选用较稳定、电镀效果较明显的HEDP络合体系，采用固定配方：100.0ml·L?1HEDP,0.18mol·L?1CuSO4·5H2O,0.06mol·L?1ZnSO4·7H2O,0.05mol·L?1Na2SnO3·3H2O,25g·L?1Na2CO3,pH值为13~13.5之间，电流密度为3.5A·dm-2，施镀时间60s，温度25℃。课题选定四种添加剂：柠檬酸钠（SC）、酒石酸钾钠（SS）、葡萄糖酸钠(SG)、丙三醇（Gl），它们的浓度分别在10～40g·L?1，5～40g·L?1，17.5～45g·L?1和5～30ml·L?1之间。在最佳配方中得到的Cu-Zn-Sn合金镀层的成分为89.75wt％Cu,9.61wt％Zn和0.64wt％Sn,镀层颜色呈现出金黄色。镀层大约为0.1-0.5um的球形颗粒组成，具有Cu、Cu5Zn8、CuSn、Cu6Sn5、CuZn的晶相。 最后，课题基于COMSOLMultiphysics多物理场软件对酒石酸钠体系电镀铜锌合金进行仿真分析。研究了铜锌金属离子的浓度变化对包括阴阳极间电解质浓度、阴极边界镀层厚度的影响，得出该体系中铜锌离子的最佳使用浓度分别为0.052mol?L-1,0.06mol?L-1。 总之，本课题得出了柠檬酸体系电镀铜锡合金的工艺技术、络合剂与主盐之间的络合反应机理；研究了含羧基的添加剂对HEDP体系电镀铜锌锡合金的电化学行为影响，并对络合反应机理进行了分析；最后基于COMSOL软件对酒石酸钠体系电镀铜锌合金的过程进行仿真分析，得出金属离子对该体系电沉积实验中镀层厚度、电解质浓度变化的影响。本课题的研究结果不仅对柠檬酸体系、HEDP体系、酒石酸钾钠体系电镀铜合金工艺具有一定的指导作用，而且对其它体系无氰电镀工艺的研究也有一定的指导意义。
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