超声电镀锡铈合金的微观结构与性能

大修工

　　1前言
　　近20年来，由于超声波设备的普及和声化学反应器的普遍应用，声化学得以迅速发展并广泛应用于电化学领域。在电镀过程中，将超声波用于合金电镀是目前研究的重点方向之一[1]。超声波的作用在于超声空化，其能量效应和机械效应加快了电极过程，优化了电镀操作条件，对镀层和镀液性能产生了显著影响[1-2]。
　　可焊性镀锡层以其优良的性价比在电子线路板中应用广泛，但纯锡层抗氧化能力弱，容易有“锡瘟”现象发生，且久置后容易与铜基体生成金属间化合物而导致其可焊性降低。在各种锡合金镀层中，锡铈合金镀层综合性能最优良，稀土铈的加入能使镀层结晶更细化，表面更光亮致密，提高了抗蚀性和抗高温性能；同时，由于表面氧化层厚度降低，可焊性亦非常理想，明显优于铅锡合金镀层和纯锡镀层，可以替代昂贵的镀银层，很有发展前途[3-5]。采用酸性硫酸盐型镀液具有电流效率高、沉积速度快、成本低及对环境污染相对较小等优点，但镀液稳定性差是其最大缺点，而镀液一旦氧化而变浑浊，就难以保证镀层质量[4-5]。为此，笔者采用了一种多功能酸性镀锡及锡合金添加剂，显著改善了镀液的稳定性；同时，电镀过程中引入了超声波进行搅拌，优化了电镀操作条件，提高了镀液性能[6-7]。本文在前期研究的基础上，对超声波作用下制备的锡铈合金镀层的外观、表面形貌、结晶结构、化学组成、性能等作了测试分析，并探讨了超声波对镀层的影响。
　　2实验部分
8 W( w8 o2 q0 ~( a- g　　2.1镀层制备
　　试样为5cm×6cm的铜片(纯度99.9%)，经耐水砂纸打磨后，依次经碱性除油，超声热水清洗，冷水洗，除锈，化学抛光及蒸馏水清洗后待用。电镀液组成为：40g/LSnSO4，15g/LCe(SO4)2，150g/LH2SO4和适量的多功能添加剂[6]。电镀在室温下进行，阴极电流密度5A/dm2，超声波频率45kHz，功率48W，电镀20min后试片经蒸馏水清洗和冷风吹干，一部分直接进行XRD测试和发射光谱测试，另一部分用不锈钢刀片将镀层刮下，以无水乙醇溶解，取上层清液进行TEM测试。用上述方法在无超声波作用下制备锡铈合金镀层，作对照试验。
　　2.2测试方法
　　所有药品均为分析纯。超声仪器为JL-120型金利牌超声清洗器，容量3L，频率45kHz。TEM测试采用日立H6000型透射电子显微镜，管电压5kV。XRD测试采用日本岛津XRD-6000型X射线衍射仪，Cu靶，工作电压40kV，波长0.1541nm，测量范围20°~70°，扫描速度6°/min。发射光谱测试采用ADE-20型交流电弧发生器和31WIA型平面光栅摄谱仪，并用8W(WTY)型光谱投影仪对镀层成分进行定性和半定量分析。高温测试采用上海一恒DHG-9053A型电热恒温箱，其它性能测试装置自行设计。
: T  ]) a8 W/ l1 V+ e　　3结果与讨论
　　3.1外观与形貌
% j# @; u; e6 e/ e; }　　超声波电镀锡铈合金层与无超声作用所得镀层外观均似银白色，镜面光亮，无锡须，没有出现针孔、麻点、起皮和脱落现象，表面致密均匀，结晶细致，结合力强。
/ X8 J9 Z7 e. E　　图1a和b分别是无超声和有超声作用下所得镀层的TEM测试结果。
　　4结论
　　(1)超声波作用下的锡铈合金镀层呈银白色镜面光亮，结晶更均匀细致。
　　(2)超声波作用下的锡铈合金镀层的晶型以Sn(101)晶面为主，择优取向明显；无超声波作用下所得镀层以Sn(101)和Sn(112)晶面为主，择优取向较弱。
4 t( T6 t2 J% Q& X' f! @6 T　　(3)超声波作用下所得锡铈合金镀层的综合性能优良，结合力强，可焊性理想，尤其抗氧化性能和耐蚀性能更优于无超声波作用下所得的镀层。
; D( K3 a. |. R1 W1 B9 X　　(4)超声波加快了电极过程，优化了镀液性能，提高了电沉积速率，影响了电沉积机理，有利于锡铈合金共沉积的形成。
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