[发明专利]一种镀镍铜带的脉冲电化学沉积和组织调整工艺

说明书

技术领域

本发明涉及到一种镀镍铜带的脉冲电化学沉积和组织调整工艺，属于脉冲电镀工艺技术领域。

背景技术

镀镍铜带广泛应用为精密电子，继电器开关的连接件、数码电子产品的导电连接器、大功率电池组的导电连接片等领域。镀镍铜带除了需具有优异的导电性和足够薄的厚度、良好的防腐性和可焊接性之外，其抗折弯性能要求也极高：180°折弯，8次以上不折断。目前世界上只有一两家企业所生产的镀镍铜带能基本满足性能需求。

镀镍铜带抗折弯性能的好坏，与金属镍涂层的纯度（氢或其他杂质含量）、微观组织结构、涂层厚度均匀性、镍涂层/铜带界面结合性直接相关。电镀镍过程中的析氢主要是由于两极通电时发生电极反应引起的水解而产生。原子氢不仅渗透到镍镀层中，而且也渗透到铜基体金属中，在应力作用下，形成断裂源，从而导致氢脆断裂。典型的例子是抗折弯性能优异的纯铜带（180°折弯，> 12次不折断），经过电镀镍过程，抗折弯性能大大降低（180°折弯，< 4次不折断）。而且，常规直流电镀镍由于电流分布不均匀而带来的厚度不均匀，电镀层的厚度在整个铜带上差异较大，在铜带的边角和离阳极近的部位，镀层较厚，而在内表面或离阳极远的地方镀层很薄。镍镀层的不均匀将对镀镍铜带的抗折弯性能和抗腐蚀性能也有不利的影响。同时，在电镀镍过程中, 镍晶粒都为垂直铜带表面堆积而成, 无论其晶粒取向还是晶粒间结合强度, 都对镀镍铜带的抗折弯性能不利。

国内镀镍铜带制备技术主要是通过电镀镍后续退火和后处理工艺达到抗折弯性能提高的目的，但是目前最高只能实现180°，3～4次折弯而不折断，无法满足高性能电子产品的要求。因此，如何从根本上解决上述的氢脆、镀镍层均匀性以及微观组织调整问题将是发展镀镍铜带的关键技术所在。

发明内容

本发明提供了一种镀镍铜带的脉冲电化学沉积和组织调整工艺，以获得高导电性、高抗折弯性能镀镍铜带。

本发明的镀镍铜带脉冲电化学沉积和组织调整工艺包括下述步骤：

a）铜带的表面脱脂：在中温碱液里，运用超声波清洁铜带表面的油脂，接着用去离子水清洗，晾干；

b）铜带的表面除氧化层：在中温酸液里，运用超声波清洁铜带表面的氧化层，接着用去离子水、无水酒精清洗，晾干；

c）脉冲镀镍：基于Watt’s镀镍溶液，用脉冲电流实现镀镍，脉冲电流密度J_p=30 mA/cm²，平均电流密度J_m=30 mA/cm²，通电时间范围T_on为3毫秒，断电时间范围T_off为7毫秒，改变脉冲电流施加时间，施加时间为：5～30分钟，控制镍层厚度；

d）真空热处理：将步骤c所得镀镍铜带在真空气氛下加热至200℃，保温24小时，炉冷至室温；

e）冷轧：将步骤d所得退火镀镍铜带按2～8%的变形量进行冷轧；

f）真空热处理：将步骤e所得镀镍铜带在真空气氛下加热至400～600℃，保温2～5个小时，炉冷至室温。

本发明采用上述工艺方法，通过运用小电流密度的脉冲电镀镍技术，一方面可以在纯铜带上获取厚度均匀、致密的镍镀层，并实现均匀细小晶粒组织；另一方面，结合新型表面活性剂和较小的沉积电流，使电解析氢过程中所产生的氢气有足够时间脱离电极表面，能大大降低铜基体和镍镀层的整体含氢量，降低氢脆可能性。在随后进行的低温真空热处理中，使处于晶界和Cu/Ni界面等缺陷处的大量气体原子（主要是氢原子）从晶界处溢出，进一步降低带材里的含氢量。

随后，进行一次冷轧，使镀镍铜带产生有限量的塑性变形，消除镍镀层内部与Ni/Cu界面上存在的空隙等缺陷，在带材内产生一定的预应力，在随后进行的高温真空热处理中，使晶粒沿着预应力的方向回复再结晶，达到使晶粒取向逐步一致的目的，实现调整坯料微观组织及含气量，细化晶粒，改变晶粒生长方向的目的。

本发明的镀镍铜带脉冲电化学沉积和组织调整工艺的特点在于：运用脉冲电沉积技术，控制电镀动力学过程，实现含氢量低、晶粒细小、厚度均匀的镍镀层；随后的脱氢低温真空热处理可进一步降低铜带和镍镀层的含氢量，减少带材的氢脆机率，为后续的组织调整工艺过程做准备；后续的形变热处理技术，有效的改善了其微观组织结构、综合物理性能和耐蚀性。