宣布时间：2021-06-04点击：6904
摘要:划分在(80± 1)℃和(50± 1)℃条件下研究紫铜及其沉积NaCl盐后的侵蚀行为,展现了中高温条件下温度对电子产品中铜侵蚀的影响纪律,通过失重法、Olympus BX51M显微镜、X射线衍射等手段举行表征 。效果批注,紫铜单位面积失重量随袒露时间的延伸而增添,但其侵蚀速率随时间的延伸而逐渐减小,***后趋于平缓 。随着情形温度的升高,紫铜的侵蚀速率会增大 。经盐沉积后的紫铜,其侵蚀速率大于清洁的紫铜,说明氯离子加剧了紫铜的侵蚀 。经盐沉积后的紫铜在盐粒沉积区最先爆发侵蚀,随着时间的延伸扩展到其邻近区域 。对侵蚀产品结构的测定批注,紫铜袒露在大气中其侵蚀产品主要是由氧化亚铜组成,而沉积盐后的紫铜其侵蚀产品主要是由氧化亚铜、碱式氯化铜组成,故侵蚀更严重 。
要害词：紫铜，侵蚀行为，高温，中温
中图分类号:TG172.3 文献标识码:A
铜及其合金质料具有优异的导电性、优异的化学稳固性及力学性能,在电子质料中占有很是主要的职位[1] 。但由于电子质料具有体积小、空间密度高、金属层厚度较小的特点,稍微的侵蚀就可能导致电子质料破损,从而使整个装备失效[2,3],因此,研究电子质料的侵蚀与防护具有重大意义 。铜是常用作电子质料的***主要金属之一,对其铜侵蚀行为的研究具有极其主要的意义 。
众多侵蚀中大气侵蚀***普遍,由于金属制品无论在加工、运输和贮存保管历程中都与大气接触,时刻都有爆发大气侵蚀的条件,而大气情形侵蚀的影响因素许多,作用重大,反应的信息交织重叠,有的还随地区、时间条件的转变而转变,给确定合理的大气情形侵蚀评价系统带来了很浩劫度[4- 7] 。从许多差别的实验效果来看,差别情形下使用的紫铜,其大气侵蚀相差很大,接纳以往一种通用的大气侵蚀试验来展望紫铜在使用条件下的性能是不可行的 。因此,准确
评价大气情形侵蚀性是一个具有现实意义和理论意义的研究内容 。凭证紫铜的失效条件剖析,可将紫铜的侵蚀方法归纳为温度、湿度和污染情形3大类[8],笔者着重研究了紫铜在中高温条件下的侵蚀行为,为进一步研究铜在电子产品中的大气侵蚀机理提供了参考依据 。
1.实验
1.1实验办法
试样为10mm× 10mm× 1mm紫铜(主要参数见表1),用240#的砂纸在机械磨光机上打磨;再用600#和1000#的砂纸打磨;打磨后的紫铜样品用SiC抛光膏(粒度为600～1000)抛光;抛光后的紫铜样品先后用去离子水大宗冲洗,再用丙酮在超声波洗濯机内除油洗濯;洗濯清洁的紫铜样品用吹风机吹干,吹干后生涯于用硅胶密封的干燥器中至少24h;接纳FA-2104型电子天平称量样品的初始质量,准扰帕小数点后第四位;用游标卡尺丈量样品的长、宽、高,并纪录每个样品的总外貌积
在相对湿度55%～ 70%的条件下模拟电子产品中紫铜的侵蚀,将处置惩罚后的紫铜样品(清洁紫铜和沉积5% NaCl的紫铜)划分放在上海实验仪器厂有限公司生产的401B型空气热老化试验箱内于差别温度(80℃和50℃)举行侵蚀实验 。凭证标准GB/T 2423.51-2000电工电子产品情形实验,设定实验取样时间为3d、7d、14d、21d 。
1.2除锈
将质量浓度为1.84g/mL的浓硫酸配制成质量分数为10%的稀硫酸溶液;用蒸馏水大宗冲洗样品上残留的NaCl,热风吹干;将样品划分放入稀硫酸溶液中浸泡1～ 3min,取出后用蒸馏水冲洗清洁,热风吹干[9];称重,纪录数据 。
1.3测试要领
接纳Olympus BX51M型显微镜对侵蚀后紫铜外貌的形貌举行显微剖析 。接纳X射线衍射仪判断侵蚀产品,用Rigaku D/max-2400衍射仪(日本)举行测试,用Cu Ka辐射分段扫描 。
2.效果与讨论
2.1侵蚀动力学
凭证侵蚀速率盘算公式盘算紫铜的侵蚀速率 v=w0- w1S t式中:v为紫铜的侵蚀速率(g/(m2·h));w0为紫铜侵蚀前的质量(g);w1为侵蚀并经除去侵蚀产品后紫铜的质量(g);S为紫铜袒露在侵蚀情形中的外貌积(m2);t为紫铜袒露时间(h) 。
凭证侵蚀速率模拟侵蚀层的动力学纪律,其曲线遵照幂定律: P= atb式中: P为单位面积失重(g); a为常数;t为袒露时间(h); b为常数 。图1为紫铜单位面积质量损失与袒露时间的拟合关系 。由拟合曲线可以看出,紫铜的质量损失量均随着袒露时间的延伸呈非线性增添,拟合曲线斜率较大,批注在差别条件下紫铜侵蚀产品的�；ば越先�,拟合曲线常数值见表2
由图1可知,在袒露时间相同的条件下,80℃、沉积5%NaCl紫铜的质量损失量***大,厥后依次为50℃、沉积5%NaCl紫铜的质量损失量,80℃、不沉积盐紫铜的质量损失量,50℃、不沉积盐紫铜的质量损失量 。即经5%NaCl沉积后的紫铜和清洁紫铜,在袒露时间相同的条件下,温度越高,质量损失量越大,侵蚀越严重 。
拟合公式P= ai· tbi中a3> a4 a1> a2,说明经5%NaCl沉积后的紫铜在袒露时间相同的条件下,温度越高,侵蚀速率越大,侵蚀就越严重;清洁的紫铜在袒露时间相同的条件下,温度越高,侵蚀速率越大,侵蚀也越严重 。即温度越高对紫铜的侵蚀越重 。a3、a4远大于a1、a2,说明经盐沉积后的紫铜其侵蚀速率大于清洁的紫铜,同样也证实Cl-的保存加剧了紫铜的侵蚀 。
2.2侵蚀形貌
图2为经5% NaCl沉积后的紫铜在差别温度下的显微照片 。由图2可以看出,在80℃、沉积5% NaCl条件下,紫铜袒露21d后侵蚀***严重,袒露3d后侵蚀***轻 。随着袒露时间的延伸,紫铜的侵蚀水平越来越大,侵蚀越来越严重 。随着袒露时间的延伸,试样外貌形成红棕色侵蚀产品层,随袒露时间的进一步延伸,侵蚀产品的颜色变暗,并有少量绿色产品附着在外貌,绿色侵蚀产品一直增添,***终充满整个外貌,绿色侵蚀产品较量松散,可见显着的侵蚀坑 。在沉积5% NaCl条件下,紫铜袒露后产品的侵蚀是沿着盐粒沉积区最先爆发的,随着袒露时间的进一步延伸,侵蚀向其邻近的区域扩展 。因此,盐沉积区最先爆发侵蚀时仍有部分区域未爆发侵蚀 。由图2还可以看出,紫铜外貌遭到了严重侵蚀,外貌被蓝绿色侵蚀产品所笼罩,并且可以看到侵蚀产品外貌的蚀孔 。反应历程可能是Cl-首先吸附在金属外貌,紫铜外貌膜形成时进入膜中,膜中一些Cl-先抵达界面某些位置的铜优先爆发剖析,从而导致局部的优先被破损 。
2.3结构剖析
图3为80℃时清洁紫铜侵蚀产品的XRD图,可以看出,泛起了氧化亚铜的特征峰 。以是,紫铜在80℃时的侵蚀产品主要是氧化亚铜 。
图4为中高温条件下沉积盐试样侵蚀产品的XRD图,可以看出,样品外貌也泛起了氧化亚铜的特征峰,并泛起了碱式氯化铜的特征峰 。以是,中高温条件下在有氯离子保存的介质中紫铜的侵蚀产品主要是氧化亚铜和碱式氯化铜 。
由图3、图4可知,中高温条件下,清洁紫铜的侵蚀产品为氯化亚铜,当保存氯离子时尚有碱式氯化铜天生,并且温度越高天生的碱式氯化铜的强度越大,即天生的碱式氯化铜越多 。在较低温(50℃)、沉积5% NaCl条件下紫铜侵蚀产品中有Cu(OH)Cl天生 。
2.4侵蚀机理
铜绿中***常见的侵蚀产品是Cu2O,同时Cu2O也是铜袒露在大气中***先形成的一种产品 。Cu2O具有高度对称的立方结构,每个金属原子周围都有2个氧原子,每个氧原子被铜原子的周围体围绕,并且Cu2O不溶于水,微溶于酸[11] 。Cu2O层具有�；ば�,由于侵蚀气体和大气微粒沉积,Cu2O的�；ば曰嶂鸾ハ魅鮗12]
Cu2O在一定条件下会转化为其它物质,Strandberg[13]的研究批注,经预处置惩罚的Cu2O在湿润空气中与NaCl反应天生碱式氯化铜 。Cu2O经消融会爆发Cu+,随后通过消融、离子配对和再沉积办法形成Cu2Cl(OH)3[14] 。铜属半贵金属,与平衡氢电极相比具有较正的电位,但与氧电极电位相比又较负,以是在大大都侵蚀条件下可能举行阴极吸氧侵蚀 。
阳极反应,金属铜以离子的形式进入电解液中,并把电子留在金属中,电子从阳极流到阴极,即:
Cu※Cu++ e -
阴极反应,氧通过扩散或对流抵达阴极外貌吸收金属中的剩余电子而形成氢氧根离子,即:
12O2+ H2O+ 2e-※2OH-
清洁紫铜的侵蚀产品为Cu2O,即:
2Cu++ OH-※CuOH
2CuOH※Cu2O+ H2O
沉积氯化钠后的紫铜在氯化钠离解同时形成Cu(OH)-
Cl和Cu2Cl(OH)3的侵蚀产品,即:
2Cu2++ Cl-+ 3OH-※Cu2Cl(OH)3
Cu2++ Cl-+ OH-※Cu(OH)Cl
氯离子的半径很小,穿透能力强,容易穿过金属外貌的侵蚀产品层,引起内层金属的侵蚀,并逐步形成易消融的金属氯化物,***终抵达一种动态平衡,以一定的侵蚀速率举行 。
3.结论
(1)50℃和80℃时,经5% NaCl沉积后的紫铜和清洁紫铜,在袒露时间相同的条件下,温度越高,侵蚀速率越大,侵蚀就越严重 。将紫铜在模拟实验中的质量损失与袒露时间举行非线性拟合可以看到,紫铜的质量损失随袒露时间的延伸呈非线性增添,拟合曲线斜率较大,紫铜侵蚀后产品具有的�；ば越先� 。紫铜经盐沉积后,其侵蚀速率大于清洁紫铜,说明Cl-的保存加剧了紫铜的侵蚀 。
(2)经XRD剖析可知,50℃和80℃时清洁紫铜的侵蚀产品为氧化亚铜,在含有氯离子介质中紫铜的侵蚀产品主要为氧化亚铜和碱式氯化铜 。
泉源：中国知网 作者：万晔
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