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化学镀是指金属离子被还原剂通过自催化或化学还原反应,在基体表面进行镀覆的过程,金属离子以带电荷的离子络合物的形式参与反应。化学镀铜是重要的基础工艺之一,目前以单一络合剂体系为主,动力学可调控空间小,不同程度地存在镀速低、表面粗糙、晶粒大等问题。基于此,本文提出EDTA/THPED二元络合剂体系化学镀铜的思路,通过调节络合剂占比来研究体系的电化学特性及对镀层结构的作用,以优化出一个合适的化学镀铜体系。此外,鲜有关于添加剂对二元络合剂体系的动力学和结构影响的系统性研究,对此本文系统探究了稳定剂、加速剂和表面活性剂等添加剂的沉积特征,在此基础上制备了铜包覆复合材料,并在化学镀铜表面上组装了有机单分子膜以期解决新生铜镀层易氧化腐蚀的问题。主要取得如下结果:(1)系统分析了 EDTA/THPED二元络合剂体系化学镀铜各因子的电极过程、动力学调节机制与镀层结构演变规律。本文提出以混合电位负移值(△Emix)来作为化学沉积的热力学指标,根据体系混合电位的变化趋势将沉积过程分为诱导、过渡和稳定三个反应过程。发现增加THPED占比及Cu2+、OH-、甲醛浓度,都能使△Emix增加,对应的反应电流密度也相应增加,故提升了沉积速率。THPED占比增大,结晶沉积以向上生长的模式为主,使镀层呈(220)晶面择优取向,甲醛浓度增加促进结晶侧向优先生长,使镀层有(111)择优取向,[Cu2+]和[OH-]对沉积层晶面无明显影响。温度升高沉积速率呈抛物线增长,从35℃升到55℃时增长了 34%,晶粒也增大,晶面无明显择优趋势。(2)归纳了 EDTA/THPED二元络合剂体系的动力学关系,总结得到以下反应速率公式:各主要组成对化学沉积的动力学影响程度为:[Cu2+]>[OH-]>[HCHO]>[ligand],沉积反应受铜离子扩散过程的控制。优化出了二元络合剂体系化学镀铜溶液的组成配比及沉积参数。通过设计二元络合剂体系,达到了增大调控沉积反应的目的。(3)研究了添加剂对EDTA/THPED二元络合剂体系化学镀铜沉积过程的影响。三种稳定剂(2,2’-联吡啶、K3Fe(CN)6和K4Fe(CN)6)均使体系的△Emix变小,阴极电流密度下降,降幅与稳定剂浓度有关,在试验条件下,沉积反应是受阴极还原步骤控制,因而镀速降低,并且表现出(220)晶面的择优取向,解释这一现象与稳定剂的定向吸附有关,即优先吸附在(111)和(200)晶面上。稳定剂的稳定性效果与其浓度有关,三者稳定效果依次为:K3Fe(CN)6>K4Fe(CN)6>2,2’-联吡啶。三种稳定剂都有细化晶粒的作用。表面活性剂PEG6000在电极过程和镀层结构演变的作用与稳定剂类似,这与它们在电极表面的吸附阻滞了带电离子的吸附有关。加速剂聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)则使二元络合剂体系的△ Emix增加,沉积反应受到阴极还原步骤的控制,SPS促进了阴极还原反应,因而提高了体系的沉积速率,XRD分析表明加速剂SPS对镀层有(200)晶面择优取向的作用。(4)基于优化的EDTA/HPED二元络合剂体系化学镀铜液,制备了铜包覆润滑减摩和超硬复合材料。测试Cu包覆鳞片石墨和MoS2二种复合润滑减摩材料,发现Cu包覆石墨材料中,随着铜含量增加,导电性增强,电阻率从含铜50%的0.35μΩ.m降至含铜80%的0.072μΩ·m,但磨损增大;在Cu包覆石墨中掺杂Cu-MoS2后,电阻率增至0.13μΩ·m,但磨损率减少了约21%,掺杂后的复合材料导电性与磨损率指标优于纯铜-石墨的最佳点,呈紧密的三维连接的显微结构,有较好的综合性能。采用二元络合剂体系制备的铜-金刚石超硬复合材料,比单一络合剂体系有更好的覆盖率,晶粒更细致平滑。(5)为了解决新制备的化学镀铜层易腐蚀问题,通过脉冲恒电压强化成膜技术,制备了正辛基膦酸和十八烷基硫醇二种自组装单分子膜,测试了自组装单分子膜的电化学和谱学特性,以及润湿性变化规律。结果表明脉冲恒电压强化制备的有机膦酸和烷基硫醇二种自组装膜腐蚀电流分别下降了 90.2%和99.99%,极化阻抗相应增加21和3.1万倍,自组装膜抑制了铜电极腐蚀反应的阳极过程,使得控制步骤由氧的扩散转变为界面电荷转移;FT-IR检测结果证实了样品表面成功组装了有机膦酸和烷基硫醇分子膜,脉冲恒电压强化处理的对应吸收峰相对较大;接触角测试间接印证了二种物质已组装成膜,样品表面的润湿性由亲水性转为疏水性,脉冲恒电压强化处理后二种自组装单分子膜的接触角分别扩长了 40°和54°。表明脉冲恒电压强化使自组装膜有更好抗腐蚀性,自组装膜排列更为致密。