颁布功夫：2021-06-04点击：8519
提要:别离在(80± 1)℃和(50± 1)℃前提下钻研紫铜及其沉积NaCl盐后的侵蚀行为,揭示了中高温前提下温度对电子产品中铜侵蚀的影响法规,通错误重法、Olympus BX51M显微镜、X射线衍射等伎俩进行表征。了局批注,紫铜单元面积失重量随露出功夫的耽搁而增长,但其侵蚀速度随功夫的耽搁而逐步减幼,***后趋于平缓。随着环境温度的升高,紫铜的侵蚀速度会增大。经盐沉积后的紫铜,其侵蚀速度大于干净的紫铜,注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起头发生侵蚀,随着功夫的耽搁扩大到其邻近区域。对侵蚀产品结构的测定批注,紫铜露出在大气中其侵蚀产品重要是由氧化亚铜组成,而沉积盐后的紫铜其侵蚀产品重要是由氧化亚铜、碱式氯化铜组成,故侵蚀更严重。
关键词：紫铜，侵蚀行为，高温，中温
中图分类号:TG172.3 文件标识码:A
铜及其合金资料拥有优异的导电性、优良的化学不变性及力学机能,在电子资猜中占有极度重要的职位[1]。但由于电子资料拥有体积幼、空间密度高、金属层厚度较幼的特点,轻微的侵蚀就可能导致电子资料粉碎,从而使整个设备失效[2,3],因而,钻研电子资料的侵蚀与防护拥有重大意思。铜是常用作电子资料的***重要金属之一,对其铜侵蚀行为的钻研拥有极其重要的意思。
多多侵蚀中大气侵蚀***普遍,由于金属制品无论在加工、运输和贮存生活过程中都与大气接触,时刻都有产生大气侵蚀的前提,而大气环境侵蚀的影响成分好多,作用复杂,反映的信息交错重叠,有的还随地域、功夫前提的变动而变动,给确定合理的大气环境侵蚀评价系统带来了很大难度[4- 7]。从很多分歧的尝试了局来看,分歧环境下使用的紫铜,其大气侵蚀相差很大,选取以往一种通用的大气侵蚀试验来预测紫铜在使用前提下的机能是不成行的。因而,正确
评价大气环境侵蚀性是一个拥有现实意思和理论意思的钻研内容。凭据紫铜的失效前提分析,可将紫铜的侵蚀方式综合为温度、湿度和传染环境3大类[8],笔者着重钻研了紫铜在中高温前提下的侵蚀行为,为进一步钻研铜在电子产品中的大气侵蚀机理提供了参考凭据。
1.尝试
1.1尝试步骤
试样为10mm× 10mm× 1mm紫铜(重要参数见表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量冲刷,再用丙酮在超声波洗濯机内除油洗濯;洗濯干净的紫铜样品用吹风机吹干,吹干后保留于用硅胶密封的干燥器中至少24h;选取FA-2104型电子天平称量样品的初始质量,精扰帕幼数点后第四位;用游标卡尺丈量样品的长、宽、高,并纪录每个样品的总表表积
在相对湿度55%～ 70%的前提下仿照电子产品中紫铜的侵蚀,将处置后的紫铜样品(干净紫铜和沉积5% NaCl的紫铜)别离放在上海尝试仪器厂有限公司出产的401B型空气热老化试验箱内于分歧温度(80℃和50℃)进行侵蚀尝试。凭据尺度GB/T 2423.51-2000电工电子产品环境尝试,设定尝试取样功夫为3d、7d、14d、21d。
1.2除锈
将质量浓度为1.84g/mL的浓硫酸配造成质量分数为10%的稀硫酸溶液;用蒸馏水大量冲刷样品上残留的NaCl,热风吹干;将样品别离放入稀硫酸溶液中浸泡1～ 3min,取出后用蒸馏水冲刷干净,热风吹干[9];称重,纪录数据。
1.3测试步骤
选取Olympus BX51M型显微镜对侵蚀后紫铜表表的描摹进行显微分析。选取X射线衍射仪鉴定侵蚀产品,用Rigaku D/max-2400衍射仪(日本)进行测试,用Cu Ka辐射分段扫描。
2.了局与会商
2.1侵蚀动力学
凭据侵蚀速度推算公式推算紫铜的侵蚀速度 v=w0- w1S t式中:v为紫铜的侵蚀速度(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为紫铜露出在侵蚀环境中的表表积(m2);t为紫铜露出功夫(h)。
凭据侵蚀速度仿照侵蚀层的动力学法规,其曲线遵循幂定律: P= atb式中: P为单元面积失重(g); a为常数;t为露出功夫(h); b为常数。图1为紫铜单元面积质量损失与露出功夫的拟合关系。由拟合曲线能够看出,紫铜的质量损失量均随着露出功夫的耽搁呈非线性增长,拟合曲线斜率较大,批注在分歧前提下紫铜侵蚀产品的 ；ば越先,拟合曲线常数值见表2
由图1可知,在露出功夫一样的前提下,80℃、沉积5%NaCl紫铜的质量损失量***大,其后顺次为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沉积后的紫铜和干净紫铜,在露出功夫一样的前提下,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,注明经5%NaCl沉积后的紫铜在露出功夫一样的前提下,温度越高,侵蚀速度越大,侵蚀就越严重;干净的紫铜在露出功夫一样的前提下,温度越高,侵蚀速度越大,侵蚀也越严重。即温度越高对紫铜的侵蚀越重。a3、a4弘远于a1、a2,注明经盐沉积后的紫铜其侵蚀速度大于干净的紫铜,同样也证明Cl-的存在加剧了紫铜的侵蚀。
2.2侵蚀描摹
图2为经5% NaCl沉积后的紫铜在分歧温度下的显微照片。由图2能够看出,在80℃、沉积5% NaCl前提下,紫铜露出21d后侵蚀***严重,露出3d后侵蚀***轻。随着露出功夫的耽搁,紫铜的侵蚀水平越来越大,侵蚀越来越严重。随着露出功夫的耽搁,试样表表形成红棕色侵蚀产品层,随露出功夫的进一步耽搁,侵蚀产品的色彩变暗,并有少量绿色产品附着在表表,绿色侵蚀产品不休增长,***终布满整个表表,绿色侵蚀产品比力疏松,可见显著的侵蚀坑。在沉积5% NaCl前提下,紫铜露出后产品的侵蚀是沿着盐粒沉积区起头发生的,随着露出功夫的进一步耽搁,侵蚀向其邻近的区域扩大。因而,盐沉积区起头发生侵蚀时仍有部门区域未发生侵蚀。由图2还能够看出,紫铜表表遭到了严重侵蚀,表表被蓝绿色侵蚀产品所覆盖,并且能够看到侵蚀产品表表的蚀孔。反映过程可能是Cl-首先吸附在金属表表,紫铜表表膜形成时进入膜中,膜中一些Cl-先达到界面某些地位的铜优先发生分化,从而导致部门的优先被粉碎。
2.3结构分析
图3为80℃时干净紫铜侵蚀产品的XRD图,能够看出,出现了氧化亚铜的特点峰。所以,紫铜在80℃时的侵蚀产品重要是氧化亚铜。
图4为中高温前提下沉积盐试样侵蚀产品的XRD图,能够看出,样品表表也出现了氧化亚铜的特点峰,并出现了碱式氯化铜的特点峰。所以,中高温前提下在有氯离子存在的介质中紫铜的侵蚀产品重要是氧化亚铜和碱式氯化铜。
由图3、图4可知,中高温前提下,干净紫铜的侵蚀产品为氯化亚铜,当存在氯离子时还有碱式氯化铜天生,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前提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也是铜露出在大气中***先形成的一种产品。Cu2O拥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四面体萦绕,并且Cu2O不溶于水,微溶于酸[11]。Cu2O层拥有 ；ば,由于侵蚀气体和大气微粒沉积,Cu2O的 ；ば曰嶂鸩郊跞鮗12]
Cu2O在肯定前提下会转化为其它物质,Strandberg[13]的钻研批注,经预处置的Cu2O在湿润空气中与NaCl反映天生碱式氯化铜。Cu2O经溶化会产生Cu+,随后通过溶化、离子配对和再沉积步骤形成Cu2Cl(OH)3[14]。铜属半贵金属,与平衡氢电极相比拥有较正的电位,但与氧电极电位相迸字较负,所以在大无数侵蚀前提下可能进行阴极吸氧侵蚀。
阳极反映,金属铜以离子的大局进入电解液中,并把电子留在金属中,电子从阳极流到阴极,即:
Cu※Cu++ e -
阴极反映,氧通过扩散或对流达到阴极表表吸收金属中的渣滓电子而形成氢氧根离子,即:
12O2+ H2O+ 2e-※2OH-
干净紫铜的侵蚀产品为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
氯离子的半径很幼,穿透能力强,容易穿过金属表表的侵蚀产品层,引起内层金属的侵蚀,并逐步形成易溶化的金属氯化物,***终达到一种动态平衡,以肯定的侵蚀速度进行。
3.结论
(1)50℃和80℃时,经5% NaCl沉积后的紫铜和干净紫铜,在露出功夫一样的前提下,温度越高,侵蚀速度越大,侵蚀就越严重。将紫铜在仿照尝试中的质量损失与露出功夫进行非线性拟合能够看到,紫铜的质量损失随露出功夫的耽搁呈非线性增长,拟合曲线斜率较大,紫铜侵蚀后产品拥有的 ；ば越先。紫铜经盐沉积后,其侵蚀速度大于干净紫铜,注明Cl-的存在加剧了紫铜的侵蚀。
(2)经XRD分析可知,50℃和80℃时干净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重要为氧化亚铜和碱式氯化铜。
起源：中国知网 作者：万晔
