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铜材的缓蚀方法是什么? 1

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铜材的应用面非常广泛,因此控制铜的缓蚀方法显得尤为重要。目前,有许多种铜缓蚀剂可供选择,但苯并三氮唑(BTA)是目前应用最广泛、最有效的缓蚀剂。

苯并三氮唑的性状图.jpeg

缓蚀机理概述

BTA在水中完全溶解,其形式会随着溶液的pH值不同而变化。在强酸性溶液(pH<1)中,BTA以质子化的形式BTAH+2存在;在弱酸、中性以及弱碱性溶液中,BTA以BTA的形式存在;在强碱性溶液(pH>8)中,BTA以BTA-的形式存在。下面简要介绍了在次分酸性、中性、碱性和含氯介质中的缓蚀机理。

1、酸性介质

在酸性条件下,铜氧化物(Cu2O)容易溶解,无法形成包覆膜。但当BTA存在时,能够在铜表面形成一层复合膜,其中起主要缓蚀作用的是Cu(I)-BTA。Cu(I)-BTA的形成途径有两种:

(1)BTA与Cu2O直接反应生成Cu(I)-BTA

(2)Cu2O首先被酸溶解,生成的一价铜离子再与BTA反应生成Cu(I)-BTA

2、中性环境

在近中性介质中,BTA与铜表面的水发生置换反应,BTA吸附在铜表面的同时,铜被氧化成Cu+,两者相互作用生成Cu(I)-BTA。

3、碱性介质

在碱性介质中,铜表面通常被一层氧化物覆盖,其中Cu2O层提供了形成Cu(I)-BTA所需的一价铜离子。BTA首先在铜表面发生化学吸附,然后与铜氧化物形成聚合物膜。研究发现,唑类缓蚀剂在碱性溶液中对铜的钝化作用是通过表面吸附了一层类似Cu-BTA长链聚合物结构的物质实现的。循环伏安试验表明,该缓蚀膜能够影响铜的阴阳极电流,全面抑制腐蚀;溶液中的BTA还能钝化溶液中的铜,避免了电偶腐蚀以及黄铜脱锌等问题。

4、含氯介质

在含氯介质中,也会形成缓蚀膜Cu(I)-BTA。增加溶液的pH值和降低Cl-浓度有利于缓蚀膜的形成。然而,当电位较高时,一价铜离子无法通过Cu(I)-BTA膜,而Cl-可以通过,导致CuCl2-的大量增加。Cl-会掺杂在Cu2O层中,形成CuCl沉淀,导致Cu(I)-BTA膜破裂,同时Cu(I)-BTA对CuCl的吸附性很差,缓蚀作用消失。在较正的电位下,形成[Cu(I)BTA]n聚合膜。然而,随着电位负移,可能形成[CuCl(BTA)]4聚合物碎片,影响膜的致密性,降低缓蚀能力。在高浓度Cl-下,BTA的缓蚀作用是通过阻止腐蚀产物向溶液中转移而不是通过阻止腐蚀离子进入铜电极表面实现的。研究还发现,在含氯介质中也存在表面聚合膜,它们有效地减缓了腐蚀。

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