陳益兵， 趙芳霞， 張振忠， 孫曉東

（南京工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京210009）

0 前言

銅在電子、通訊和電工等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。但銅表面受到腐蝕會(huì)產(chǎn)生絕緣性質(zhì)的銅綠，而銅表面在工業(yè)化應(yīng)用中要求必須保證和保持其固有的特性和特征，因此，銅防腐蝕表面改性工藝研究已引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。目前，銅防腐大多選用鍍層或涂層保護(hù)［1-2］。與其他鍍層相比，化學(xué)鍍Ni-Cu-P合金鍍層具有更突出的耐蝕性和電性能［3］。本文采用堿性溶液化學(xué)鍍Ni-Cu-P對(duì)純銅進(jìn)行改性，研究了鍍層的界面導(dǎo)電性能及其在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中的耐蝕性，為研究性能好、成本低的銅表面改性工藝提供了一個(gè)新思路。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 基材處理

選用銅片（30mm×30mm×2mm）作為化學(xué)鍍Ni-Cu-P合金的基底。依次使用型號(hào)為600＃，800＃，1 000＃的氧化鋁耐水砂紙打磨純銅至表面光潔平滑。

1.2 鍍液組成及工藝條件

硫酸鎳30g／L，硫酸銅1.0g／L，檸檬酸三鈉60g／L，次磷酸鈉30g／L，乙酸鈉20g／L，十二烷基硫酸鈉0.1g／L，穩(wěn)定劑1mg／L，pH值9.0，85℃，2h。

1.3 工藝流程

1.4 測(cè)試方法

1.4.1 表面結(jié)構(gòu)、形貌及成分

采用Dmax／RB型X射線衍射儀（XRD）分析鍍層的表面結(jié)構(gòu)；采用JSM 26360LV型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察鍍層的表面形貌；采用EDSGENESIS-2000XMS60型能譜儀（EDS）對(duì)鍍層進(jìn)行成分分析。

1.4.2 界面導(dǎo)電性能

采用圖1所示的裝置測(cè)試界面導(dǎo)電性能。其原理為：用兩張?zhí)技垔A在試片和兩個(gè)銅電極之間，通過(guò)恒電流儀提供1A的恒定電流。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中壓力通過(guò)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)控制。通過(guò)MS 8215型精密萬(wàn)用表測(cè)量銅電極兩端的電壓。

圖1 接觸電阻測(cè)試裝置

1.4.3 電化學(xué)測(cè)試

采用CHI 660C型電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)采用三電極兩回路體系：工作電極為試樣，輔助電極為鉑片，參比電極為飽和甘汞電極。電解液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液。試樣露出10 mm×10mm的面積，其他部分用環(huán)氧樹(shù)脂密封。

2 結(jié)果與討論

2.1 鍍層表面結(jié)構(gòu)與微觀組織

圖2為化學(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層的XRD衍射譜圖?？梢钥闯觯儗映尸F(xiàn)出一個(gè)饅頭峰。通過(guò)文獻(xiàn)［4］可以得出：采用XRD研究鍍層的晶型結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)于晶體可得到一系列的分離峰，而對(duì)于非晶只能得到單個(gè)的饅頭型寬峰。由此可以得出，改性鍍層為非晶態(tài)鍍層。進(jìn)一步通過(guò)圖3所示的EDS譜圖可以得出：鍍層中含有Ni，Cu，P三種元素，進(jìn)而得出鍍層為Ni-Cu-P三元非晶態(tài)合金鍍層。

圖2 化學(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層的XRD衍射譜圖

圖3 化學(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層的EDS譜圖

圖4為化學(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層的局部微觀組織形貌。由圖4可知：鍍層表面完整，無(wú)孔隙，有典型的非晶胞狀結(jié)構(gòu)。

圖4 化學(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層的局部微觀組織形貌

2.2 鍍層界面導(dǎo)電性能

圖5為化學(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層與純銅的接觸電阻對(duì)比。由圖5可知：純銅在壓力為0～2.5MPa下的接觸電阻為20～570mΩ·cm2，而Ni-Cu-P鍍層在相同壓力下的接觸電阻只有6～80mΩ·cm2，改性后純銅的接觸電阻為改性前的15%～30%。這表明化學(xué)鍍Ni-Cu-P表面改性處理大大提高了純銅的界面導(dǎo)電性能。

圖5 化學(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層與純銅的接觸電阻對(duì)比

2.3 鍍層耐蝕性

圖6為化學(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層與純銅的極化曲線對(duì)比。由圖6可知：在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中，純銅的自腐蝕電位為-0.395V，而化學(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層的自腐蝕電位為-0.252V，鍍后自腐蝕電位提高了約140mV。通過(guò)計(jì)算得到：化學(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層的自腐蝕電流密度為3.84×10-9A／cm2，而純銅的自腐蝕電流密度為5.05×10-7A／cm2，Ni-Cu-P鍍層的自腐蝕電流密度較純銅的降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。從測(cè)試結(jié)果可以看出：經(jīng)過(guò)處理能提高試樣在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中的自腐蝕電位，同時(shí)能降低自腐蝕電流密度，耐蝕性明顯提高。

圖6 化學(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層與純銅的極化曲線對(duì)比

3 結(jié)論

該工藝得到的Ni-Cu-P鍍層表面完整，無(wú)孔隙，有典型的非晶胞狀結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層的界面接觸電阻為6～80mΩ·cm2，改性后純銅的接觸電阻為改性前的15%～30%?；瘜W(xué)鍍Ni-Cu-P鍍層的自腐蝕電流密度為3.84×10-9A／cm2，較純銅的降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，化學(xué)鍍?cè)O(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低。因此，化學(xué)鍍Ni-Cu-P改性可以作為銅防腐蝕的有效途徑。

［1］ERASMUS R M，COMINS J D.Corrosion of copper in aerated acidic pickling solutions and its inhibition by 3-amino-1，2，4-triazole-5-thiol［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2006，306（1）：96-104.

［2］金永武.銅及銅合金酸洗鈍化新工藝的應(yīng)用［J］.汽車工藝與材料，1998（6）：17-18.

［3］CHEN C J，LIN K L.Deposition and crystallization behaviors of electroless Ni-Cu-P deposits［J］.Journal of the Electrochemical Society，1999，146（1）：137-140.

［4］姜曉霞，沈偉.化學(xué)鍍理論及實(shí)踐［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2000.