อ่าน 6 นาที
การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า
การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการชุบทองแดงเป็นชั้นบนพื้นผิวของวัตถุโลหะ ทองแดงถูกใช้ทั้งเป็นการเคลือบเดี่ยวๆ และเป็นชั้นรองพื้นซึ่งจะใช้ในการชุบโลหะอื่นๆ...
การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า

การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการชุบทองแดงเป็นชั้นบนพื้นผิวของวัตถุโลหะ ทองแดงถูกใช้ทั้งเป็นการเคลือบเดี่ยวๆ และเป็นชั้นรองพื้นซึ่งจะใช้ในการชุบโลหะอื่นๆ ในภายหลัง[ 1 ]ชั้นทองแดงสามารถใช้เพื่อตกแต่ง ป้องกันการกัดกร่อน เพิ่มการนำไฟฟ้าและความร้อน หรือปรับปรุงการยึดเกาะของการเคลือบเพิ่มเติมกับพื้นผิว[ 2 ] [ 3 ]
ภาพรวม
การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าเกิดขึ้นในเซลล์อิเล็กโทรไลต์โดยใช้ กระบวนการ อิเล็กโทรไลซิสเช่นเดียวกับกระบวนการชุบทั้งหมด ชิ้นส่วนที่จะชุบต้องได้รับการทำความสะอาดก่อนการชุบโลหะเพื่อขจัดสิ่งสกปรก ไขมัน ออกไซด์ และข้อบกพร่อง[ 4 ] [ 5 ] หลังจากการทำความสะอาดเบื้องต้น ชิ้นส่วนจะถูกแช่ในสารละลาย อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำ ของเซลล์และทำหน้าที่เป็นแคโทดแอโนดทองแดงก็ถูกแช่ในสารละลายเช่นกัน ในระหว่างการชุบกระแสไฟฟ้าตรงจะถูกส่งไปยังเซลล์ซึ่งทำให้ทองแดงในแอโนดละลายลงในอิเล็กโทรไลต์ผ่านกระบวนการออกซิเดชันสูญเสียอิเล็กตรอนและแตกตัว เป็น ไอออนทองแดงไอออนทองแดงจะสร้างสารประกอบเชิงซ้อนกับเกลือที่มีอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ หลังจากนั้นจะถูกขนส่งจากแอโนดไปยังแคโทดที่แคโทด ไอออนทองแดงจะถูกรีดิวซ์เป็นทองแดงโลหะโดยการรับอิเล็กตรอน ทำให้เกิดฟิล์มทองแดงโลหะแข็งบางๆ ตกตะกอนลงบนพื้นผิวของชิ้นส่วน
ขั้วบวกอาจเป็นแผ่นทองแดงธรรมดาหรือตะกร้าไทเทเนียมหรือเหล็กที่บรรจุด้วยก้อนทองแดงหรือลูกบอลทองแดง[ 6 ]ขั้วบวกอาจถูกวางไว้ในถุงขั้วบวก ซึ่งโดยทั่วไปทำจากโพลีโพรพีลีนหรือผ้าชนิดอื่น และใช้เพื่อกักเก็บอนุภาคที่ไม่ละลายน้ำซึ่งหลุดลอกออกจากขั้วบวกและป้องกันไม่ให้ปนเปื้อนอ่างชุบ[ 2 ] [ 7 ]
อ่างชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าสามารถใช้ชุบได้ทั้งชั้นสไตรค์หรือ ชั้น แฟลชซึ่งเป็นชั้นเริ่มต้นที่บางและยึดเกาะได้ดี ซึ่งจะถูกชุบด้วยชั้นโลหะเพิ่มเติม และทำหน้าที่ปรับปรุงการยึดเกาะของชั้นถัดไปกับพื้นผิวด้านล่าง หรือการเคลือบทองแดงที่หนากว่า ซึ่งอาจทำหน้าที่เป็นชั้นเคลือบผิวหรือเป็นการเคลือบแบบเดี่ยวๆ[ 5 ]
ประเภทของสารเคมีที่ใช้ในการชุบโลหะ
มีเคมีอิเล็กโทรไลต์ที่แตกต่างกันหลากหลายชนิดที่สามารถใช้สำหรับการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า แต่ส่วนใหญ่สามารถจำแนกได้เป็น 5 ประเภททั่วไปโดยพิจารณาจากสารเชิงซ้อน: [ 2 ] [ 6 ]
- ไซยาไนด์อัลคาไลน์
- ด่างปราศจากไซยาไนด์
- กรดซัลเฟต
- กรดฟลูออโรโบเรต
- ไพโรฟอสเฟต
ไซยาไนด์อัลคาไลน์
ในอดีต อ่างไซยาไนด์อัลคาไลน์เป็นหนึ่งในสารเคมีชุบที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดสำหรับการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า[ 5 ] [ 8 ]โดยทั่วไปแล้ว อ่างทองแดงไซยาไนด์จะให้การปกคลุมและการกระจายตัว สูง ทำให้สามารถปกคลุมพื้นผิวได้อย่างสม่ำเสมอและสมบูรณ์ แต่โดยทั่วไปแล้วจะใช้กระแสไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่า[ 2 ]อ่างเหล่านี้จะให้ผิวโลหะที่ได้รับความนิยมเนื่องจาก คุณสมบัติในการปิด กั้นการแพร่กระจาย การปิดกั้นการแพร่กระจายนี้ใช้เพื่อปรับปรุงการยึดเกาะในระยะยาวของโลหะต่าง ๆ เช่น โครเมียมและเหล็ก นอกจากนี้ยังใช้เพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุที่สองแพร่กระจายเข้าไปในพื้นผิว
อ่างไซยาไนด์ประกอบด้วยคิวปรัสไซยาไนด์เป็นแหล่งของไอออนทองแดง(I) โซเดียมหรือโพแทสเซียมไซยาไนด์เป็นแหล่งของไซยาไนด์อิสระที่สร้างสารเชิงซ้อนกับคิวปรัสไซยาไนด์เพื่อให้ละลายได้ และโซเดียมหรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าและการควบคุมค่า pH [ 9 ]อ่างอาจมีเกลือรอเชลล์และโซเดียมหรือโพแทสเซียมคาร์บอเนตรวมถึงสารเติมแต่งที่เป็นกรรมสิทธิ์ต่างๆ[ 2 ]อ่างทองแดงไซยาไนด์สามารถใช้เป็นอ่างสำหรับชุบผิวอย่างเดียวที่มีประสิทธิภาพต่ำ อ่างสำหรับชุบผิวแบบหลายแผ่นที่มีประสิทธิภาพปานกลาง และอ่างชุบที่มีประสิทธิภาพสูง[ 6 ]
ส่วนประกอบของอ่างอาบน้ำ
| ชื่อทางเคมี | สูตร | การโจมตี[ 6 ] | แผ่นกระแทก[ 6 ] | แผ่นประสิทธิภาพสูง[ 6 ] | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| โซเดียม | โพแทสเซียม | โซเดียม | โพแทสเซียม | โซเดียม | โพแทสเซียม | ||
| คอปเปอร์(I) ไซยาไนด์ | คิวซีเอ็น | 30 กรัม/ลิตร | 30 กรัม/ลิตร | 42 กรัม/ลิตร | 42 กรัม/ลิตร | 75 กรัม/ลิตร | 60 กรัม/ลิตร |
| โซเดียมหรือโพแทสเซียมไซยาไนด์ | NaCN หรือ KCN | 48 กรัม/ลิตร | 58.5 กรัม/ลิตร | 51.9 กรัม/ลิตร | 66.6 กรัม/ลิตร | 97.5 กรัม/ลิตร | 102 กรัม/ลิตร |
| โซเดียมไฮดรอกไซด์หรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ | โซเดียมไฮดรอกไซด์ หรือ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ | 3.75–7.5 กรัม/ลิตร | 3.75–7.5 กรัม/ลิตร | ควบคุมค่า pH ให้อยู่ระหว่าง 10.2–10.5 | 15 กรัม/ลิตร | 15 กรัม/ลิตร | |
| เกลือโรเชลล์ | KNaC 4 H 4 O 6 ·4H 2 O | 30 กรัม/ลิตร | 30 กรัม/ลิตร | 60 กรัม/ลิตร | 60 กรัม/ลิตร | 45 กรัม/ลิตร | 45 กรัม/ลิตร |
| โซเดียมหรือโพแทสเซียมคาร์บอเนต | Na₂CO₃ หรือK₂CO₃ | 15 กรัม/ลิตร | 15 กรัม/ลิตร | 30 กรัม/ลิตร | 30 กรัม/ลิตร | 15 กรัม/ลิตร | 15 กรัม/ลิตร |
เงื่อนไขการใช้งาน
- อุณหภูมิ: 24-66 °C (จุดชนวน); 40-55 °C (แผ่นจุดชนวน); 60-71 °C (ประสิทธิภาพสูง) [ 6 ]
- ความหนาแน่นกระแสแคโทด: 0.5-4.0 A/dm² (จุดกระทบ); 1.0-1.5 A/dm² (แผ่นกระทบ); 8.6 A/dm² (ประสิทธิภาพสูง) [ 6 ]
- ประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้า: 30-60% (แบบตี); 30-50% (แบบแผ่นตี); 90-99% (ประสิทธิภาพสูง); [ 6 ]
- ค่า pH: >11.0 [ 2 ]
ความเป็นพิษ
โดยทั่วไปแล้ว ผู้ชุบโลหะเชิงพาณิชย์จะใช้สารละลายคอปเปอร์ไซยาไนด์ ซึ่งรักษาความเข้มข้นของทองแดงไว้ได้สูง อย่างไรก็ตาม การมีไซยาไนด์อิสระในอ่างทำให้เป็นอันตรายเนื่องจากไซยาไนด์มีพิษร้ายแรงซึ่งก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพและปัญหาในการกำจัดของเสีย[ 6 ]
ด่างปราศจากไซยาไนด์
เนื่องจากความกังวลด้านความปลอดภัยเกี่ยวกับการใช้สารเคมีชุบที่มีไซยาไนด์เป็นส่วนประกอบ จึงได้มีการพัฒนาสารละลายชุบทองแดงแบบด่างที่ไม่มีไซยาไนด์ อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วสารละลายเหล่านี้มีการใช้งานอย่างจำกัดเมื่อเทียบกับสารเคมีแบบด่างที่มีไซยาไนด์เป็นส่วนประกอบซึ่งเป็นที่นิยมมากกว่า[ 2 ]
กรดซัลเฟต
อิเล็กโทรไลต์กรดคอปเปอร์ซัลเฟตเป็นสารละลายที่ค่อนข้างง่ายของคอปเปอร์ซัลเฟตและกรดซัลฟิวริก ซึ่งมีราคาถูกกว่าและบำรุงรักษาและควบคุมได้ง่ายกว่าอิเล็กโทรไลต์ทองแดงไซยาไนด์[ 2 ] เมื่อเปรียบเทียบกับอ่างไซยาไนด์ อิเล็กโทรไลต์ กรดคอปเปอร์ซัลเฟตมีประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้าสูงกว่าและช่วยให้มีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูงขึ้น จึงทำให้อัตราการชุบเร็วขึ้น แต่โดยทั่วไปแล้วจะมีกำลังการพ่นน้อยกว่า แม้ว่าจะมีแบบที่มีกำลังการพ่นสูงอยู่ ก็ตาม [ 2 ]นอกจากนี้ อิเล็กโทรไลต์กรดคอปเปอร์ซัลเฟตไม่สามารถใช้ชุบลงบนโลหะที่มีความบริสุทธิ์น้อยกว่า เช่น เหล็กหรือสังกะสีได้โดยตรง หากไม่ใช้ชั้นเริ่มต้นหรือชั้นกั้นอื่นๆ ที่มีไซยาไนด์เป็นส่วนประกอบก่อน มิฉะนั้นกรดในอ่างจะทำให้ เกิด การเคลือบแบบจุ่มซึ่งจะทำให้การยึดเกาะลดลง[ 6 ]เนื่องจากปรากฏการณ์นี้รวมถึงกำลังการพ่นที่ต่ำกว่า อิเล็กโทรไลต์กรดคอปเปอร์ซัลเฟตจึงไม่ค่อยได้ใช้เป็นอ่างเริ่มต้น[ 2 ]
นอกจากไซยาไนด์อัลคาไลน์แล้ว อ่างทองแดงที่เป็นกรดยังเป็นหนึ่งในอิเล็กโทรไลต์ชุบทองแดงที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด[ 10 ]โดยมีการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การชุบตกแต่ง การขึ้นรูปด้วยไฟฟ้า การพิมพ์แบบโรโตกราเวียร์และ การผลิต แผงวงจรพิมพ์และเซมิคอนดักเตอร์[ 6 ] [ 11 ]
อ่างกรดซัลเฟตประกอบด้วยคิวปริกซัลเฟตเป็นแหล่งของไอออนทองแดง(II); กรดซัลฟิวริกเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าของอ่าง ทำให้มั่นใจได้ว่าเกลือทองแดงละลายได้ ลดการเกิดโพลาไรเซชันของขั้วบวกและขั้วลบ และเพิ่มกำลังการพ่น; และแหล่งของไอออนคลอไรด์ เช่นกรดไฮโดรคลอริกหรือโซเดียมคลอไรด์ซึ่งช่วยลดการเกิดโพลาไรเซชันของขั้วบวกและป้องกันการเกิดคราบเป็นริ้ว[ 6 ]อ่างส่วนใหญ่ยังมีสารเติมแต่งอินทรีย์หลากหลายชนิดเพื่อช่วยปรับปรุงโครงสร้างของเกรน ปรับปรุงความยืดหยุ่น และทำให้คราบสว่างขึ้น[ 12 ]สารละลายอิเล็กโทรไลต์ทองแดงที่เป็นกรดมีหลายรูปแบบ ได้แก่ อ่างอเนกประสงค์ อ่างพ่นแรง และอ่างความเร็วสูง อ่างพ่นแรงและอ่างความเร็วสูงใช้เมื่อต้องการกำลังการพ่นที่มากขึ้นและอัตราการชุบที่เร็วขึ้น รวมถึงสำหรับการผลิตแผงวงจรพิมพ์ที่ต้องการการพ่นแรงสูงเพื่อชุบพื้นที่ที่มีความหนาแน่นกระแสต่ำในรูทะลุ[ 2 ]
ส่วนประกอบของอ่างอาบน้ำ
| ชื่อทางเคมี | สูตร | ความเข้มข้นของอ่างอาบน้ำ[ 2 ] | ||
|---|---|---|---|---|
| วัตถุประสงค์ทั่วไป[ 2 ] | โยนสูง[ 2 ] | ความเร็วสูง[ 2 ] | ||
| คอปเปอร์(II) ซัลเฟต | คิวเอสโอ4 | 190–250 กรัม/ลิตร | 60–90 กรัม/ลิตร | 80–135 กรัม/ลิตร |
| กรดซัลฟิวริก | เอช2โซ4 | 45–90 กรัม/ลิตร | 150–225 กรัม/ลิตร | 185–260 กรัม/ลิตร |
| ไอออนคลอไรด์ | Cl − | 20–150 ppm | 30–80 ppm | 40–80 ppm |
| สารเติมแต่ง | แตกต่างกันไป | แตกต่างกันไป | ||
เงื่อนไขการใช้งาน
- อุณหภูมิ: โดยทั่วไปคืออุณหภูมิแวดล้อม[ 6 ]แม้ว่าอ่างบางอ่างอาจทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 43 °C [ 2 ]
- ความหนาแน่นกระแสแคโทด: 2–20 A/dm² (ใช้งานทั่วไป); 1.5–5 A/dm² (ระยะการส่งสัญญาณสูง); 5–20 A/dm² (ความเร็วสูง) [ 2 ]
- ประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้า: 100% [ 6 ]
สารเติมแต่ง
มีการพัฒนาสารเติมแต่งทั่วไปและเฉพาะต่างๆ สำหรับอิเล็กโทรไลต์ทองแดงที่เป็นกรดเพื่อช่วยปรับปรุงการกระจายตัวและความสามารถในการปรับระดับ เพิ่มความเงางามให้กับผิวเคลือบ ควบคุมความแข็งและความยืดหยุ่น และมอบคุณสมบัติอื่นๆ ที่ต้องการให้กับการเคลือบ สูตรดั้งเดิมที่ย้อนไปถึงกลางศตวรรษที่ 20 มักใช้ไทโอยูเรียและกากน้ำตาล ในขณะที่สูตรอื่นๆ ใช้กัม คาร์โบไฮเดรต และกรดซัลโฟนิกต่างๆ[ 13 ] [ 8 ]
สำหรับการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์และแผงวงจรพิมพ์ อ่างทองแดงกรดใช้สารเติมแต่งที่ช่วยอำนวยความสะดวกในการชุบใน รูที่มีอัตราส่วนความสูงต่อความกว้างสูงและรูทะลุ สารเติมแต่งดังกล่าวสามารถจัดกลุ่มได้เป็นสามประเภท: [ 14 ]
- สารยับยั้ง (หรือเรียกอีกอย่างว่าสารต้านหรือตัวนำ) (โดยทั่วไปคือโพลีอีเทอร์ เช่นโพลีเอทิลีนไกลคอลหรือโพลีโพรพิลีนไกลคอล )
- สารเร่งปฏิกิริยา (หรือที่เรียกว่าสารเพิ่มความสว่าง) (โดยทั่วไปคือไทออลหรือไดซัลไฟด์ เช่นกรด 3-เมอร์แคปโต-1-โพรเพนซัลโฟนิกหรือบิส-(3-โซเดียมซัลโฟโพรพิล) ไดซัลไฟด์ )
- สารปรับระดับสี (ตัวอย่างเช่น สีย้อม เช่นJanus Green B , Alcian Blueและ Diazine Black)
หากไม่มีสารเติมแต่งเหล่านี้ ทองแดงจะตกตะกอนบนพื้นผิวใกล้กับส่วนบนของรูเจาะแทนที่จะตกตะกอนภายในรูเจาะ เนื่องจากความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าเฉพาะที่ภายในรูเจาะต่ำกว่า ส่งผลให้รูเจาะถูกเติมจากบนลงล่างและเกิดช่องว่างที่ไม่พึงประสงค์ สารยับยั้งจะยับยั้งการชุบใกล้กับส่วนบนของรูเจาะและพื้นผิว ในขณะที่สารเพิ่มความเงาจะเร่งการชุบใกล้กับส่วนล่างของรูเจาะ สารปรับระดับจะช่วยป้องกันการสะสมที่ปากรูเจาะและสร้างพื้นผิวที่เรียบเนียนขึ้น[ 14 ] [ 15 ]
กรดฟลูออโรโบเรต
อ่างทองแดงฟลูออโรโบเรตคล้ายกับอ่างกรดซัลเฟต แต่ใช้ฟลูออโรโบเรตเป็นแอนไอออนแทนซัลเฟต[ 6 ]ทองแดงฟลูออโรโบเรตละลายได้ดีกว่าทองแดงซัลเฟตมาก ทำให้สามารถละลายเกลือทองแดงลงในอ่างได้ในปริมาณมาก ส่งผลให้มีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูงกว่าที่ทำได้ในอ่างทองแดงซัลเฟต การใช้งานหลักคือการชุบความเร็วสูงที่ต้องการความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูง ข้อเสียของเคมีฟลูออโรโบเรต ได้แก่ กำลังการพ่นต่ำกว่าอ่างกรดซัลเฟต ต้นทุนการดำเนินงานสูงกว่า และอันตรายด้านความปลอดภัยและปัญหาการบำบัดของเสียที่มากกว่า[ 2 ]
อ่างกรดฟลูออโรโบเรตประกอบด้วยคิวปริกเตตระฟลูออโรโบเรตและกรดฟลูออโรโบริกโดย ทั่วไป จะเติมกรดโบริกลงในอ่างเพื่อป้องกันการไฮโดรไลซิสของไอออนฟลูออโรโบเรต ซึ่งจะสร้างฟลูออไรด์ อิสระ ในอ่าง แตกต่างจากอ่างกรดซัลเฟต อ่างฟลูออโรโบเรตมักไม่มีสารเติมแต่งอินทรีย์[ 6 ]
ส่วนประกอบของอ่างอาบน้ำ
| ชื่อทางเคมี | สูตร | ความเข้มข้นของอ่างอาบน้ำ[ 6 ] | ||
|---|---|---|---|---|
| ความเข้มข้นสูง | ความเข้มข้นต่ำ | |||
| คอปเปอร์(II) เตตระฟลูออโรโบเรต | Cu(BF 4 ) 2 | 459 กรัม/ลิตร | 225 กรัม/ลิตร | |
| กรดฟลูออโรโบริก | HBF 4 | 40.5 กรัม/ลิตร | 15 กรัม/ลิตร | |
เงื่อนไขการใช้งาน
- อุณหภูมิ: 18-66 °C [ 6 ]
- ความหนาแน่นกระแสแคโทด: 13-38 A/dm² (ความเข้มข้นสูง); 8-13 A/dm² (ความเข้มข้นต่ำ) [ 6 ]
- ค่า pH: 0.2-0.6 (ความเข้มข้นสูง); 1.0-1.7 (ความเข้มข้นต่ำ) [ 6 ]
ไพโรฟอสเฟต
อ่างชุบทองแดงไพโรฟอสเฟตมีเคมีที่อ่อนโยนกว่าเมื่อเทียบกับอ่างไซยาไนด์อัลคาไลน์ที่เป็นพิษและอ่างทองแดงกรดที่กัดกร่อน โดยทำงานที่ค่า pH เป็นด่างอ่อนๆ และใช้สารประกอบไพโรฟอสเฟตที่ไม่เป็นพิษมากนัก แม้ว่าอิเล็กโทรไลต์ไพโรฟอสเฟตจะจัดการของเสียได้ง่ายกว่าอ่างชุบไซยาไนด์อัลคาไลน์และอ่างชุบกรด แต่ก็ดูแลรักษาและควบคุมได้ยากกว่า อ่างไพโรฟอสเฟตให้กำลังการพ่นสูงและสร้างชั้นเคลือบที่สว่างและยืดหยุ่น ทำให้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการผลิตแผงวงจรพิมพ์ที่ต้องการการพ่นสูงสำหรับการชุบรูทะลุที่มีอัตราส่วนความสูงต่อความกว้างสูง[ 2 ] [ 16 ]
อ่างไพโรฟอสเฟตประกอบด้วยคิวปริกไพโรฟอสเฟตเป็นแหล่งของไอออนทองแดง(II) โพแทสเซียมไพโรฟอสเฟตเป็นแหล่งของไพโรฟอสเฟต อิสระ ที่เพิ่มการนำไฟฟ้าของอ่างและช่วยในการละลายของแอโนดแอมโมเนียเพื่อเพิ่มการละลายของแอโนดและการปรับปรุงขนาดของเม็ดตะกอน และแหล่งของ ไอออนไน เตรตเช่นโพแทสเซียมหรือแอมโมเนียมไนเตรตเพื่อลดการโพลาไรเซชันของแคโทดและเพิ่มความหนาแน่นกระแสสูงสุดที่อนุญาต เมื่อเตรียมอ่าง คิวปริกไพโรฟอสเฟตและโพแทสเซียมไพโรฟอสเฟตจะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างสารประกอบเชิงซ้อน [K 6 Cu(P 2 O 7 ) 2 ] ซึ่งจะแตกตัวเพื่อสร้างแอนไอออน Cu(P 2 O 7 ) 2 6−ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของทองแดง การเปลี่ยนแปลงของอิเล็กโทรไลต์ไพโรฟอสเฟต ได้แก่ อ่างอเนกประสงค์ อ่างสำหรับเริ่มต้น และอ่างสำหรับวงจรพิมพ์ อ่างสำหรับวงจรพิมพ์มักจะมีสารเติมแต่งอินทรีย์เพื่อปรับปรุงความยืดหยุ่นและกำลังการกระจาย[ 2 ] [ 6 ]
ในอ่างไพโรฟอสเฟต ไอออนออร์ โธฟอสเฟตจะเกิดขึ้นจากการไฮโดรไลซิสของไพโรฟอสเฟตและมีแนวโน้มที่จะสะสมในอิเล็กโทรไลต์เมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายในการบำรุงรักษา ไอออนออร์โธฟอสเฟตจะลดกำลังการกระจายตัวของอ่างและคุณสมบัติการตกตะกอนที่ความเข้มข้นสูงกว่า 40–60 กรัม/ลิตร และจะนำไปสู่ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายที่ต่ำลง การตกตะกอนเป็นแถบ และช่วงความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าที่สว่างน้อยลงที่ความเข้มข้นเกิน 100 กรัม/ลิตร ออร์โธฟอสเฟตจะถูกกำจัดออกจากอ่างโดยการเททิ้งบางส่วนและการเจือจาง หรือโดยการเททิ้งทั้งหมดและเตรียมอ่างใหม่[ 6 ]
การควบคุมกระแสไฟฟ้า
การควบคุมกระแสไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้พื้นผิวทองแดงที่เรียบเนียนที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ หากใช้กระแสไฟฟ้าสูงเกินไป จะเกิดฟองไฮโดรเจนบนชิ้นงานที่จะชุบ ทำให้เกิดความไม่สมบูรณ์ของพื้นผิว บ่อยครั้งที่มีการเติมสารเคมีอื่นๆ เพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอและความสว่างของการชุบ สารเติมแต่งเหล่านี้อาจเป็นอะไรก็ได้ตั้งแต่สบู่ล้างจานไปจนถึงสารประกอบสูตรเฉพาะ หากไม่มีสารเติมแต่งใดๆ การจะได้พื้นผิวชุบที่เรียบเนียนนั้นแทบเป็นไปไม่ได้เลย
พื้นผิวที่ขึ้นรูปแล้วจำเป็นต้องขัดเงาเสมอเพื่อให้ได้ความเงางาม ในสภาพที่ขึ้นรูปแล้วจะมีลักษณะด้าน
แอปพลิเคชัน

หากไม่นับรวมอุตสาหกรรมการชุบแบบแถบต่อเนื่อง ทองแดงเป็นโลหะที่นิยมชุบมากเป็นอันดับสองรองจากนิกเกล[ 6 ]การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้ามีข้อดีหลายประการเหนือกระบวนการชุบแบบอื่น ๆ รวมถึงต้นทุนโลหะต่ำ การนำไฟฟ้าสูง ความยืดหยุ่นสูง ผิวเงางาม และประสิทธิภาพการชุบสูง กระบวนการนี้มีการใช้งานที่หลากหลายทั้งด้านการตกแต่งและด้านวิศวกรรม
การใช้งานเพื่อการตกแต่ง
การชุบทองแดงเพื่อตกแต่งใช้ประโยชน์จากพลังการปรับระดับสูงของสูตรอ่างทองแดงที่สร้างการตกตะกอนที่สว่าง ความสามารถของทองแดงในการปกปิดข้อบกพร่องในโลหะพื้นฐาน และความอ่อนนุ่มของทองแดงที่ทำให้ขัดเงาได้ง่ายเพื่อให้ได้ผิวเงางาม ในขณะที่ทองแดงอาจถูกใช้เป็นชั้นผิวตกแต่งขั้นสุดท้าย แต่โดยปกติแล้วจะมีการชุบด้วยโลหะอื่น ๆ ที่ทนต่อการสึกหรอหรือการหมองคล้ำได้ดีกว่า เช่น โครเมียม นิกเกล หรือทองคำ ในกรณีนี้ ความสว่างของชั้นรองพื้นทองแดงจะช่วยเพิ่มรูปลักษณ์ของชั้นผิวเคลือบในภายหลัง[ 5 ]ผลิตภัณฑ์ที่ใช้การชุบทองแดงเพื่อตกแต่ง ได้แก่ ชิ้นส่วนตกแต่งรถยนต์ เฟอร์นิเจอร์ มือจับประตูและตู้ โคมไฟ เครื่องใช้ในครัว สินค้าใช้ในครัวเรือนอื่น ๆ และเครื่องแต่งกาย[ 9 ] [ 17 ]
การชุบทองแดงยังใช้ในการผลิตเหรียญกษาปณ์ อีกด้วย [ 18 ] [ 19 ]
การประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรม
การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้ามีการใช้งานอย่างแพร่หลายในการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าสูง – เป็นโลหะที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงเป็นอันดับสองรองจากเงิน[ 20 ]ทองแดงจะถูกชุบด้วยไฟฟ้าลงบนแผ่นวงจรพิมพ์เพื่อเพิ่มโลหะลงในรูทะลุและสร้างร่องรอยวงจรนำไฟฟ้าของแผ่นวงจร วิธีนี้ทำได้สองวิธี คือ วิธีลบออกโดยการชุบทองแดงเป็นชั้นที่ไม่มีลวดลาย จากนั้นจึงใช้หน้ากากที่มีลวดลายกัดเซาะเพื่อสร้างวงจรที่ต้องการ (การชุบแผง) หรือวิธีเพิ่มหรือกึ่งเพิ่มโดยใช้หน้ากากที่มีลวดลายซึ่งเผยให้เห็นวงจรที่ต้องการบนแผ่นวงจร จากนั้นจึงชุบทองแดงลงบนพื้นที่วงจรที่ไม่มีหน้ากาก (การชุบตามลวดลาย) [ 12 ]อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ใช้กระบวนการดามัสซีนในการชุบทองแดงเป็นลวดลายลงในรูและร่องของการเชื่อมต่อเพื่อการเคลือบโลหะ[ 21 ]ทองแดงยังใช้ในการชุบลวดเหล็กสำหรับการใช้งานสายเคเบิลไฟฟ้าอีกด้วย[ 22 ]
เนื่องจากทองแดงเป็นโลหะอ่อน จึงมีความอ่อนตัวและมีความยืดหยุ่นโดยธรรมชาติในการรักษาการยึดเกาะแม้ว่าพื้นผิวจะถูกดัดงอและดัดแปลงหลังการชุบ เมื่อชุบด้วยไฟฟ้า ทองแดงจะให้การปกคลุมที่เรียบและสม่ำเสมอ จึงเป็นฐานที่ดีเยี่ยมสำหรับกระบวนการเคลือบหรือการชุบเพิ่มเติม ความต้านทานการกัดกร่อนเป็นข้อดีอีกประการหนึ่งของทองแดง แม้ว่าทองแดงจะไม่สามารถต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่ากับนิกเกล ดังนั้นจึงมักใช้เป็นชั้นฐานสำหรับนิกเกลหากต้องการการป้องกันการกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้น โดยทั่วไปจะเป็นกรณีสำหรับวัสดุที่ต้องใช้งานในสภาพแวดล้อมทางทะเลและใต้น้ำ สุดท้าย ทองแดงมีคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรีย จึงใช้ในการใช้งานทางการแพทย์บางอย่าง[ 23 ]
ดูเพิ่มเติม
External links
- Real plating on PTH treated Electroless copper plating on YouTube (responsibly)
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า
การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการชุบทองแดงเป็นชั้นบนพื้นผิวของวัตถุโลหะ ทองแดงถูกใช้ทั้งเป็นการเคลือบเดี่ยวๆ และเป็นชั้นรองพื้นซึ่งจะใช้ในการชุบโลหะอื่นๆ...
ภาพรวม
การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าเกิดขึ้นใน เซลล์อิเล็กโทรไลต์ โดยใช้ กระบวนการ อิเล็กโทรไลซิส เช่นเดียวกับกระบวนการชุบทั้งหมด ชิ้นส่วนที่จะชุบต้องได้รับการทำความสะอาดก่อนการชุบโลหะเพื่อขจัดสิ่งสกปรก ไขมัน ออกไซด์ และข้อบกพร่อง [ 4 ] [ 5 ] หลังจากการทำความสะอาดเบื้องต้น...
ประเภทของสารเคมีที่ใช้ในการชุบโลหะ
มีเคมีอิเล็กโทรไลต์ที่แตกต่างกันหลากหลายชนิดที่สามารถใช้สำหรับการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า แต่ส่วนใหญ่สามารถจำแนกได้เป็น 5 ประเภททั่วไปโดยพิจารณาจากสารเชิงซ้อน: [ 2 ] [ 6 ]
ไซยาไนด์อัลคาไลน์
ในอดีต อ่างไซยาไนด์อัลคาไลน์เป็นหนึ่งในสารเคมีชุบที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดสำหรับการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า [ 5 ] [ 8 ] โดยทั่วไปแล้ว อ่างทองแดงไซยาไนด์จะให้การปกคลุมและ การกระจายตัว สูง ทำให้สามารถปกคลุมพื้นผิวได้อย่างสม่ำเสมอและสมบูรณ์...