[发明专利]一种利用直接超声振动增加电镀铜硬度的制备方法

说明书

一种利用直接超声振动增加电镀铜硬度的制备方法，涉及金属强化领域。在电镀槽中加入水，再依次加入硫酸铜、氯离子和硫酸，然后加入四氢噻唑硫酮、聚乙二醇、聚二疏二丙烷磺酸钠、乙撑疏脲和巯基苯骈咪唑，搅拌；将1％～3％的磷铜放入阳极篮中并接入正极，将镍制原模接入负极，调节超声功率为210～300W，频率为20～50kHz，调整电流密度为2～3A/dm²，进行电镀，经阴极脱模后得高硬度电镀铜。在生产中能够方便地利用超声电源调节超声参数。优选了合适的电镀液配方。能够通过调整超声参数与电镀液配方来控制电镀铜的显微硬度。

技术领域

本发明涉及金属强化领域，尤其是涉及一种利用直接超声振动增加电镀铜硬度的制备方法。

背景技术

电镀铜因其硬度较低，易于切削，经常用于超精密切削模具材料，但是硬度偏低，容易起毛刺，降低表面质量，因此一般要求电镀铜的显微硬度在230HV左右最佳。常规方法电镀铜达不到这个硬度，工业上常采用添加3％的磷来提高镀铜硬度，但这种方法提高硬度的能力有限，只有170HV左右。另外，当磷含量超过3％后，切削时工件含硬质点，易导致单晶金刚石刀具崩刃，工件表面质量难于满足超精密切削要求。将超声波引入到电镀液系统中，在空化高温高压和高速微射流冲击作用下，已经沉积到阴极表面的较粗晶粒被打碎，形成更小的晶核(刘兰波，吴蒙华，王元刚，等.超声－脉冲电镀工艺参数对镍铸层晶粒尺寸的影响.机械工程材料，2012(3)：22-25)。另外，有资料表明超声搅拌电镀出的器件表面缺陷少(明平美，朱荻，胡洋洋，等.超声微细电镀试验研究.中国机械工程，2008(6)：644-647)。将超声振动加入到电镀过程中，有多个途径。一个途径是振源通过超声清洗槽中的水再经过电镀槽壁面将振动传递给电镀液，但这种方式损失超声功率较大，削弱了超声效果；另外一种方式是将变幅杆的一端直接插入电镀液中，对电镀液施加超声振动，但这种方式的振动仅对镀液局部有效，导致镀层质量不均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供通过阴极直接振动方式，改善电镀槽中的传质，均匀阴极板附近的金属离子浓度，进而细化结晶颗粒大小，进一步提高电镀铜硬度的一种利用直接超声振动增加电镀铜硬度的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)配制电镀液：在电镀槽中加入水，再依次加入硫酸铜、氯离子和硫酸，然后加入四氢噻唑硫酮、聚乙二醇、聚二疏二丙烷磺酸钠、乙撑疏脲和巯基苯骈咪唑，搅拌；

在步骤1)中，所述水的温度可为40～45℃；所述硫酸铜、氯离子、硫酸、四氢噻唑硫酮、聚乙二醇、聚二疏二丙烷磺酸钠、乙撑疏脲和巯基苯骈咪唑的加入量按质量比为(1×10⁶～1.5×10⁶)∶(3×10⁵～3.5×10⁵)∶(300～450)∶(15～20)∶(1800～2000)∶(100～150)∶(4～8)∶(4～8)；所述硫酸铜的质量-体积浓度可为200～250g/L，硫酸的质量-体积浓度可为60～70g/L，氯离子的质量-体积浓度可为60mg/L～70g/L，四氢噻唑硫酮的质量-体积浓度可为3mg/L～4g/L，聚乙二醇的质量-体积浓度可为380mg/L～430g/L，聚二疏二丙烷磺酸钠的质量-体积浓度可为20mg/L～25g/L，乙撑疏脲的质量-体积浓度可为0.8mg/L～1g/L，巯基苯骈咪唑的质量-体积浓度可为0.8mg/L～1g/L；所得电镀液可在40～45℃条件下保温8～15h，最好在42℃条件下保温12h。

2)将1％～3％的磷铜放入阳极篮中并接入正极，将镍制原模接入负极，调节超声功率为210～300W，频率为20～50kHz，调整电流密度为2～3A/dm²，进行电镀，经阴极脱模后得高硬度电镀铜。

在步骤2)中，所述电镀的时间可为4.5～7h；电镀铜完成取出后，静止8～10h后测试显微硬度，最好静止10h。