BG67329B1 - Метод и електролит за директно химично помедяване - Google Patents

Abstract

Изобретението се отнася до състав на електролит и метод за химично помедяване на повърхността на полимерни детайли, получени чрез леене под налягане и/или 3D принтиране. Електролитът съдържа: 9-12 g/l мед /II/ сулфат пентахидрат, 7-10 g/l винена киселина, 7-10 g/l динатриева сол на етилендиаминтетраоцетна киселина /ЕDТА/, 2-3 g/l малеинова киселина, 4-6 g/l натриев глюконат, 15-50 g/l литиев хидроксид, 15-50 g/l натриев хидроксид, 20-40 mg/l 2,2 бипиридил, 6-8 mg/l калиев хексацианоферат /II/, 2-5 mg/l антимонов тартарат /III/. Полимерните образци се обезмасляват, байцват и активират в колоиден паладиево-калаен активатор, като сорбираните върху тях калай /II/ йони редуцират медните йони в разтвора за химично помедяване, до получаване на качествено тънко покритие и нарастване на електропроводимостта на полимера.

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до метод и електролит за директно получаване на медни покрития по химичен начин върху повърхността на полимерни детайли, получени чрез леене под налягане и/или 3D-принтиране.

Предшестващо състояние на техниката

От години диелектричните полимерни материали навлизат все по-широко в промишлеността, бита, електротехниката и електрониката като заместват цветните метали, леки сплави и стомана. Техните специфични свойства могат да бъдат подобрени чрез метализиране.

Химичното отлагане на мед се основава на автокаталитичната редукция на металните йони /Си²⁺/ до метал /Си⁰/ върху активирана повърхност, под действието на редуциращ агент, присъстващ в работния електролит. Съставът на разтворите за химично помедяване не варира съществено по отношение на основните компоненти: медна сол, редуктор, комплексообразувател и натриева основа [1, 2]. Основните различия са в стабилизиращите и други съставки /ускорители, ПАВ и др./.

Практически най-често използваният редуктор в разтворите за химично помедяване е формалдехид /НСНО/, който позволява получаването на медни покрития при стайна температура. Освен него се използват още хидразин /N2H4/, диетиламиноборан /(CH jjHN.BHi/, натриев хипофосфит /NaH2PO₂.H₂O/ и натриев борхидрид /NaBH»/. Известно е, че повечето редуктори и комплексообразуватели, използвани до момента в електролитите за химично помедяване са вредни за околната среда.

Използването на колоиден паладиево-калаен катализатор при този процес е изследван от D. A. Radovsky [3]. Според [3-7] след обезмасляване, байцване и активиране в паладиево-калаен колоиден катализатор върху детайлите /обикновено ABS полимер/ се сорбират Pd/Sn частички, които в алкалния акселериращ разтвор, съдържащ Си²⁺ и Na₂-EDTA, Sn²⁺ оксидират Cu²⁺, в резултат на което нараства проводимостта на полимера.

Някои автори [6-7] добавят към акселериращия разтвор освен Си²⁺ йони и редуктор.

В [8] се описва получаването на частици от PdS с диаметър 4,5 nm, които се получават след обработка на образците в разтвор на паладиево-калаен активатор и след това във воден разтвор на динатриев сулфид. След обработка с разтвор на NaOH калаеният сулфид се превръща в оксид и се разтваря, докато PdS остава непроменен. Вследствие на тази обработка повърхността на полимера става проводима.

Техническа същност на изобретението

Изобретението се отнася до метод и електролит за директно химично помедяване на полимерни материали. Предимството на този метод е намаленият брой предварителни операции при химичното помедяване и елиминирането на вредния за околната среда формалдехид. Полученият нов разтвор може да бъде използван неопределено дълго време без подмяна.

Характерно за предлагания метод е, че ролята на редуктор на медните йони играят калаените йони /Sn²⁺/, които са сорбирани на повърхността на детайлите по време на активирането. В резултат на това се извършват следните реакции в разтвора за химично помедяване [5].

CuL₄ ²' -> Cu²⁺ + 4L-/1/

2Cu²⁺ + Sn²⁺ -► 2Cu⁺ + Sn⁴⁺/2/

2Cu⁺ + 20H- -> Cu₂O + H₂0/3/

Cu₂O + H₂0 — Cu° + Cu²⁺ + 20H/4/, където: L е комплексообразувател, който може да образува комплекси и с калаените йони.

Дебелината на полученото покритие е около 0,5 pm, което позволява отлагането на електрохимично покритие от Cu-Ni-Cr.

Предлаганият метод се състои от серия технологични операции, извършващи се със следната последователност:

- Химично обезмасляване в разтвор на 0,3-0,5 g/Ι натриев лаурилсулфат при Т = 40-60°С за времетраене 2,5-3 min.

- Байцване в разтвор на 300-320 g/Ι СгОз; 400-420 g/1 H₂SO₄ /отн. пл. 1,84/; 0,3-0,5 g/1 Pd /като PdSO₄/; 0,30,5 g/1 натриев лаурилсулфат, Т = 60-65°С за времетраене 12-15 min.

- Редукция в разтвор на NaHSOj при стайна температура за времетраене 0,5-1,5 min.

- Обработка в разтвор на ЗМ НС1 при стайна температура за времетраене 2-3 min.

- Активиране в разтвор на: 80-240 mg/1 Pd /като метал/; 7-15 g/1 Sn²⁺; 270-340 g/1 НС1 /37%/, T° = 25-45°С за времетраене 2-10 min.

Така подготвените детайли се внасят в разтвор за химично помедяване със състав:

BG 67329 Bl

CuSO₄.5H₂O 9-12 g/1

Винена киселина 7-10 g/1 №₂-ЕДТА 7-10 g/1

Малеинова киселина 2-3 g/1

Na-глюконат 4-6 g/1

LiOH 15-50 g/1

NaOH 10-50 g/1

Бипиридил 20-40 mg/1

K₃Fe(CN)₆ 0,008 g/1

Sb-тартарат 1 -6 mg/1

T° 50-65°C

Време за обработка 2-10 min

Разходът на разтвора за помедяване зависи от натоварването на ваната /площ и т.н./. Загубите на компонентите при работа се компенсират като след анализи се добавят във ваната за метализиране и/или се долива дейонизирана вода. Поради използването на антимоново съединение като стабилизатор, цветът на покритието е сив.

Предимствата на метода и електролита за директно химично помедяване са следните:

- използва се стандартен разтвор за колоидно активиране на базата паладий и високо съдържание на калай. Не е необходим допълнителен стабилизатор;

- намаляват се операциите на предварителната обработка при химичното метализиране;

- отложеният меден слой е фино диспергиран, с ниски вътрешни напрежения;

- адхезията на медния слой към неметалната подложка отговаря на стандартните изисквания;

- не са използвани вредни за околната среда комплексообразуватели и редуктори като формалдехид.

Методът и съставът на разтвора за директно метализиране могат да се илюстрират със следните примери.

П ример 1.

Подложките от ABS-детайли и ЗП-принтираните образци се байцват в разтвор на 300 g/Ι хромен триоксид и 400 g/Ι сярна киселина /отн. пл. 1,84/ при Т = 60°С за времетраене 12 min. Разтворът съдържа 0,5 g/1 Pd²⁺ и 0,3 g/1 натриев лаурилсулфат. След редукция в разтвор на 15 g/1 NaHSO₃ при Т = 20°С за времетраене 1 min, образците се потапят в разтвор на ЗМ НС1 при стайна температура за времетраене 5 min. Активирането се извършва в колоиден разтвор, който съдържа 80 mg/1 Pd /0,1 g/1 PdCl₂/ и 15 g/1 Sn /24 g/1 SnCl₂/ при T = 40°C за времетраене 5 min. След последващото измиване детайлите се потапят в разтвор за химично помедяване в състав: 10 g/1 CuSO₄.5H₂O; 9 g/1 винена киселина; 9 g/1 Na₂-EDTA; 3 g/1 малеинова киселина; 15 g/1 LiOH; 35 g/1 NaOH; 5 g/1 Na-глюконат; 0,08 g/1 K₃Fe(CN)₆; 20 mg/1 бипиридил; 2-5 mg/1 Sb-тартарат, T = 55°C, времетраене 5 min. Дебелина на покритието - 0,55 pm.

П ример 2.

Подложка от SPL /Polylactic acid/ се байцва в разтвор на 800 g/Ι натриева основа при Т = 45°С за времетраене 15 min. След промиване и потапяне в ЗМ НС1 при стайна температура за времетраене 3 min, изделието се активира в активатор на PdCl₂ /150 mg/1 Pd и 9,4 g/1 Sn/ при T = 35°С за времетраене 5 min. Детайлът се помедява в разтвор на 10 g/1 CuSO₄.5H₂O; 8 g/1 винена киселина; 8 g/1 Na₂-EDTA; 50 g/1 LiOH; 5 g/1 Naглюконат; 0,006 g/1 K₃Fe(CN)6; 10 mg/1 бипиридил; 2-6 mg/1 Sb-тартарат, T = 60°C, времетраене 7 min. Дебелина на покритието - 0,45 pm.

П ример 3.

Образец от полиетилентерефталат /РЕТ/ и/или ЗО-принтирани полимери се обезмасляват в разтвор на 0,5 g/Ι натриев лаурилсулфат при Т = 60°С за времетраене 30 min, байцват се в разтвор на 400 g/Ι натриева основа при Т = 60°С за времетраене 15 min. След обработка в ЗМ НС1 за времетраене 5 min при стайна температура, детайлите се активират и химично помедяват като в пример 1. Дебелина на покритието - 0,45 pm.

Claims (2)

1. Електролит за директно отлагане на медни покрития по химичен начин върху повърхността на полимери, получени чрез леене под налягане и/или 3D-принтирани образци, характеризиращ се с това, че има следният състав: CuSO4.5H2O 9-12 g/l Винена киселина 7-10 g/l Na2-EDТА 7-10 g/l Na-глюконат 4-6 g/l Малеинова киселина 2-3 g/l NaOH 10-50 g/l LiOH 15-50 g/l K3Fe(CN)6 0,008 g/l Бипиридил 20-40 mg/l Sb-тартарат 1-6 mg/l
2. Метод за директно отлагане по химичен начин на медно покритие чрез потапяне в електролит съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че включва етапите в дадени случаи обезмасляване, което се извършва във воден разтвор на 0,3-0,5 g/l натриев лаурилсулфат при температура 60-65°С за 3 min; байцване в разтвор на 300-320 g/l СrО3; 400-420 g/l H2SO4 с отн. пл