一種含有鉈的亞硫酸鹽無氰鍍金的電鍍液及電鍍方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電鍍銅錫技術領域，尤其涉及一種含有鉈的亞硫酸鹽無氰鍍金的電鍍 液及電鍍方法。
【背景技術】
[0002] 金延展性好，易于拋光，具有較低的接觸電阻，導電性能、焊接性能良好，在電子工 業中作為可焊性鍍層得到了廣泛的應用。金耐高溫，硬金還比較耐磨，因此金鍍層廣泛應 用于精密儀器、儀表、印刷線路板、集成電路、管殼、電接點等要求電參數性能長期穩定的零 件。金的化學穩定性很高，只溶于王水而不溶于其他酸，因而金鍍層耐蝕性很強，有良好的 抗變色性能，同時，金合金鍍層有多種色調，故常用作名貴的裝飾性鍍層，如手飾、手表、藝 術品等。
[0003] 根據鍍金鍍液中是否含有氰化物可分為有氰鍍金和無氰鍍金。由于氰化物有劇 毒，在環保意識的逐步增強的大時代背景下，氰化電鍍金開始被各國政府通過立法進行限 制。無氰鍍金的開發凸顯出巨大的市場前景。現有的氰化電鍍金普遍存在鍍液的性能不佳， 鍍層質量不高的技術缺陷，這些嚴重制約了無氰電鍍金在工業上的進一步推廣。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本發明一方面提供一種含有鉈的亞硫酸鹽無氰鍍金的電鍍液，該電鍍 液的鍍液性能較好，使用該鍍液得到的鍍層質量較高。
[0005] -種含有鉈的亞硫酸鹽無氰鍍金的電鍍液，包含含量為10~15g/L的以金計三 氯化金、含量為78~94g/L的以亞硫酸根計亞硫酸鹽、含量為1~4g/L的甘油、含量為 0. 30~0. 65g/L的有機磷化合物和含量為0. 05~0. 14g/L的以鉈計亞鉈鹽。
[0006] 其中，包含含量為12g/L的以金計三氯化金、含量為88g/L的以亞硫酸根計亞硫酸 鹽、含量為3g/L的甘油、含量為0. 45g/L的有機磷化合物和含量為0. 08g/L的以鉈計亞鉈 鹽。
[0007] 其中，所述有機磷化合物為酮基磷化合物或胺基烷基磷化物。
[0008] 其中，所述有機磷化合物為酮基磷化合物或胺基烷基磷化物。
[0009] 以上電鍍液的技術方案中，選用為三氯化金為主鹽。本發明中金離子含量可使得 陰極電流密度較高而沉積速度較快。若金鹽含量過高，不僅會增加電鍍成本，而且會使鍍層 產生脆性增大的現象；若含量過低，鍍層色澤較差，陰極電流密度較低，沉積速度較慢。 [0010] 選用亞硫酸鹽為主配位劑。亞硫酸鹽鍍金液的分散能力和覆蓋能力好，電流效率 高，鍍層光亮細致，與銅、鎳等被鍍基材的結合牢固，耐酸、抗鹽霧性能好。亞硫酸鹽優選為 亞硫酸銨。銨離子加入鍍液中可以提高鍍液的穩定性，抑制鍍液劣化和發生金沉淀析出。 [0011] 選用甘油作為穩定劑，可防止亞硫酸根被氧化。
[0012] 選用亞鉈鹽為光亮劑，提高鍍層的光亮度。由于亞鉈離子在金表面發生欠電勢沉 積，因而提高了金的沉積電勢，使鍍層結晶細致。
[0013] 選用有機磷化合物含有未成對電子，其可具有加速電子傳遞的作用，有利于沉積 速度的加快的添加劑。這些添加劑具有親水基，對提高絡離子擴散系數，減少擴散層厚度都 有利，從而加速了溶液的流動性，提高了鍍液的電流密度。
[0014] 除了上述成分外，本發明在還可選用合適用量的其它在本領域所常用的添加劑， 例如導電劑碳酸鉀、輔助配位劑例如檸檬酸或其鹽等，這些都不會損害鍍層的特性。
[0015] 本發明另一方面提供一種含有鉈的亞硫酸鹽無氰鍍金的電鍍方法，該方法所適用 的電鍍液的性能較好，根據該方法制備的鍍層質量較高。
[0016] -種使用上述的電鍍液電鍍的方法，包括以下步驟：
[0017] (1)配制電鍍液：在水中溶解各原料組分形成電鍍液，所述每升電鍍液含有10~ 15g以金計三氯化金、78~94g以亞硫酸根計亞硫酸鹽、1~4g甘油、0. 30~0. 65g有機磷 化合物和〇. 05~0. 14g以鉈計亞鉈鹽；
[0018] (2)以預處理過的陰極和陽極置入所述電鍍液中通入電流進行電鍍。
[0019] 其中，所述電流為單脈沖方波電流；所述單脈沖方波電流的脈寬為0. 5~1ms，占 空比為5~30%，平均電流密度為0. 5~lA/dm2。
[0020] 其中，所述步驟⑵中電鍍液的pH為8~10。
[0021] 其中，電鍍液的溫度為50~60°C。
[0022] 其中，電鍍的時間為20~40min。
[0023] 其中，所述步驟（2)中陽極與陰極的面積比為（1~4) :1。
[0024] 以上電鍍方法的技術方案中，單脈沖方波電流定義為在h時間內通入電流密度為 Jp的電流，在t2時間內無通入電流，是一種間歇脈沖電流。占空比定義為ty (1^+1:2)，頻率 為1八〖#2)，平均電流定義為jp 。同直流電沉積相比，雙電層的厚度和離子濃度 分布均有改變；在增加了電化學極化的同時，降低了濃差極化，產生的直接作用是，脈沖電 鍍獲得的鍍層比直流電沉積鍍層更均勻、結晶更細密。不僅如此，脈沖電鍍還具有：（1)鍍 層的硬度和耐磨性均高；（2)鍍液分散能力和深鍍能力好；（3)減少了零件邊角處的超鍍， 鍍層分布均勻性好，可節約鍍液使用量。
[0025] 以銅箔作為陰極，以鉬片為陽極。對陰極的預處理由先之后依次包括對陰極用砂 紙打磨、除油、浸酸、預浸銅。該用砂紙打磨可以打磨兩次，第一次可以用粗砂紙例如200目 的砂紙打磨，第二次可以用細砂紙，例如可以用WC28金相砂紙。該除油可以先采用化學堿 液除油而后采用95%的無水乙醇除油。其中，化學堿液組成為：50~80g/L Na0H、15~20 g/L Na3P04、15~20g/L似20)3和5g/L似 23103和1~2g/L 0P-10。化學除油具體過程為 經待除油陰極在化學堿液中15~40°C浸漬30s。浸酸時間為1~2min，浸酸的目的是活 化，具體地說是，去除被鍍件表層的氧化物膜，使基體的晶格完全裸露，處于活化狀態。浸酸 所用的溶液組成為：l〇〇g/L硫酸和0. 15~0. 20g/L硫脲。預浸銅時間為1~2min，所用的 溶液組成為：l〇〇g/L硫酸、50g/L無水硫酸銅和0. 20g/L硫脲。
[0026] 步驟（2)中陽極與陰極的面積比優選為3 :1。陰陽極面積比過大會使得其較易發 生鈍化；反之，則會導致陰極銅沉積速率過小，從而降低電流效率。
[0027] 電鍍液的溫度為50~60°C。若溫度過高，鍍液的穩定性降低，這是因為，亞硫酸鹽 受熱分解析出的S2與金尚子生成Au2S沉淀。
[0028] 電鍍液的pH為8~10。pH小于8,會導致金離子氧化亞硫酸根，產生金單質和硫 酸根。若大于10,鍍液會成暗褐色，影響最終的鍍層的光澤。
[0029] 本發明以亞硫酸鹽為主配位劑，以甘油為穩定劑，以有機磷化合物為電子加速劑， 以亞鉈鹽為光亮劑，以三氯化金為金主鹽，由此使獲得的鍍液具有較好的分散力和深鍍能 力，陰極電流效率高，鍍液性能優異。采用在鍍液在堿性條件下電鍍獲得的鍍層的孔隙率 低，光亮度高，鍍層質量良好。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合實施例來進一步說明本發明的技術方案。
[0031] 按照實施例1~6所述配方配制電鍍液，具體如下：根據配方用電子天平稱取各原 料組分的質量。將各原料組分分別溶解于適量的去離子水后充分混合均勻然后，加水調至 預定體積，加入燒堿調節pH值為8~10。
[0032] 使用實施例1~6及對比例所述配方配制的電鍍液進行電鍍的方法：
[0033] (1)陰極采用10mmX lOmmXO. 1mm規格的銅箱。將銅箱先用200目水砂紙初步打 磨后再用WC28金相砂紙打磨至表面露出金屬光澤。依次經溫度為50~70°C的化學堿液 除油、蒸餾水沖洗、95%無水乙醇除油、蒸餾水沖洗、浸酸1~2min、預浸銅1~2min、二次 蒸餾水沖洗。其中，化學堿液的配方為50~80g/LNa0H、15~20g/L Na3P04、15~20g/L Na2C0jP 5g/L Na2Si0jP 1~2g/L ΟΡ-ΙΟ。浸酸所用的溶液組成為：100g/L硫酸和0. 15~ 0. 20g/L硫脲。預浸銅所用溶液組成為：100g/L硫酸、50g/L無水硫酸銅和0. 20g/L硫脲。
[0034] (2)以15mmX lOmmXO. 2mm規格的鉬板為陽極，電鍍前將砂紙打磨平滑、去離子水 沖洗及烘干。
[0035] (3)將預處理后的陽極和陰極浸入電鍍槽中的電鍍液中，將將電鍍槽置于恒溫水 浴鍋中，并為電鍍槽安裝電動攪拌機，將電動攪拌機的攪拌棒插于電鍍液中。待調節水浴溫 度使得電鍍液溫度維持在50~60°C，機械攪拌轉速調為100~250rpm后，接通脈沖電源， 脈沖電流的脈寬為〇. 5~lms，占空比為5~30%，平均電流密度為0. 5~lA/dm2。待通電 20~40min后，切斷電鍍裝置的電源。取出鋼板，用蒸餾水清洗烘干。
[0036] 實施例1
[0037] 電鍍液的配方如下：
[0040] 施鍍工藝條件：單脈沖方波電流的脈寬為0. 5ms，占空比為30%，平均電流密度為 0. 5A/dm2 ;pH為8,溫度為60°C，電鍍時間為40min。
[0041] 實施例2
[0042] 電鍍液的配方如下：
[0044] 施鍍工藝條件：單脈沖方波電流的脈寬為0. 6ms，占空比為25%，平均電流密度為 0. 6A/dm2 ;pH為8. 5,溫度為60°C，電鍍時間為35min。
[0045] 實施例3
[0046] 電鍍液的配方如下：
[0048] 施鍍工藝條件：單脈沖方波電流的脈寬為0. 8ms