CN102051657A - 一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，涉及一种Sn/SiC复合镀层的制备方法。本发明是要解决目前纯锡镀层易生长锡须、机械性能差，以及常规纳米复合镀技术中纳米颗粒不易在阴极上共沉积的问题。制备方法：一、将SiC纳米颗粒用甲磺酸浸泡，然后加入分散剂，搅拌，之后依次加入甲磺酸亚锡、光亮剂、共沉积促进剂和主盐稳定剂组成电镀液；二、将阴极铜箔与纯锡阳极板平行放置于镀液中；三、调整阴极电流密度，机械搅拌和施镀交替进行，并始终保持压缩氮气搅拌，即完成纳米级Sn/SiC复合镀层的制备。制备的纳米级Sn/SiC复合镀层在抑制锡须生长、耐腐蚀性、硬度等方面都有显著提高。应用于可焊性电镀领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种Sn/SiC复合镀层的制备方法。
背景技术
在20世纪末，电子工业中传统的可焊性镀层组成较为单一，主要采用电镀Sn-Pb合金。Sn-Pb合金镀层由于其熔点较低(183℃)、可焊性好、能有效抑制锡须和耐蚀性好，镀液稳定、成本较低、均镀能力好等优点而广泛应用于电子电镀领域。但由于铅对环境有污染，进入21世纪，无铅可焊性镀层的研究成为可焊性电镀领域的热点。在寻找可以替代Pb的金属元素遇到种种困难，于是人们又回到了纯Sn镀层上，但是纯锡镀层作为可焊性镀层具有镀层易生长锡须，且机械性能差的缺点。
纳米粒子具有的量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，使其表现出很多独特的物理及化学性能。采用液相金属电沉积技术，通过将纳米粒子引入金属镀层中形成的纳米复合镀层，显示出优越的机械性能、电催化性能、耐腐蚀性能等，正逐渐成为研究的热点。然而常规纳米复合镀技术中，纳米颗粒不易在阴极上共沉积。
发明内容
本发明是要解决目前纯锡镀层易生长锡须、机械性能差，以及常规纳米复合镀技术中纳米颗粒不易在阴极上共沉积的问题，提供一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法。
本发明的一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，按以下步骤进行：一、将粒径为10～100nm的SiC纳米颗粒用甲磺酸浸泡2～5h，然后加入分散剂，机械搅拌2～6h，转速为1000～3000r/min，接着用频率为30～90KHz的超声波搅拌1～2h，之后依次加入甲磺酸亚锡、光亮剂、共沉积促进剂、主盐稳定剂和去离子水组成电镀液，电镀液中SiC纳米颗粒的浓度为1～30g/L，分散剂的浓度为40～300g/L，甲磺酸的浓度为100～250g/L，甲磺酸亚锡的浓度为20～80g/L，光亮剂的浓度为0.5～10mL/L，共沉积促进剂的浓度为5～30g/L，主盐稳定剂的浓度为10～200g/L；二、将阴极铜箔与纯锡阳极板平行放置于镀液中，且保持与阳极相对的阴极面与槽底形成的角度为90°～180°；三、调整阴极电流密度为2～8A/dm2，于温度30℃和常压下，机械搅拌30s后停止，然后施镀5min，接着再机械搅拌30s，然后施镀5min，机械搅拌和施镀如此交替进行，直至施镀时间总计达到20min，机械搅拌转速为1000～3000r/min，在机械搅拌和施镀过程中始终保持压缩氮气搅拌，氮气流速为10～200mL/min，即完成纳米级Sn/SiC复合镀层的制备；其中步骤一中的分散剂由10～200g/L的惰性电解质和0.5～10g/L的表面活性剂组成，所述的惰性电解质为氯化钾，所述的表面活性剂由十六烷基三甲基溴化铵与聚乙烯吡咯烷酮按质量比1∶2组成；步骤一中的光亮剂由5g/L的4-(3’-氨基苯甲酰基)-邻苯二甲酸酯、8g/L的3-萘酰基-3-羟基-1，2-丙二氨、12g/L的N，N-二羟乙基丙酮和10g/L的乙二醛组成；步骤一中的共沉积促进剂由试剂A、试剂B和试剂C组成，所述的试剂A为苯亚甲基丙酮、苯甲醛、1，3-二苯基丙烯酮、4-对甲氨基苯甲醛缩苯胺、邻氯苯胺、甲基丙烯酸中的一种或其中几种的组合，所述的试剂B为乙醇、丙酮、十六烷基二乙醇胺聚氧乙烯-15醚、2，5一二甲氧基苯甲醛、甲醛、聚氧乙烯醚、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或其中几种的组合，所述的试剂C为氯化铈、氯化铊、氯化镧中的一种或其中几种的组合；步骤一中的主盐稳定剂为对苯二酚。
本发明的优点如下：
1、本发明是在电镀锡镀液中加入纳米SiC微粒，通过控制工艺及加入添加剂，得到了纳米级锡与纳米SiC微粒共存的复合镀层。镀液中加入了光亮剂、共沉积促进剂等添加剂，大大增加了阴极极化，使复合镀层的基质金属锡晶粒大大细化，达到了纳米级，镀层致密、平整，并促进了SiC微粒在镀层中的沉积，强化基质材料。
2、本发明的方法中两电极的放置采用与镀槽底部保持特殊角度的方式，间歇互补式施镀、搅拌的方式，减少了纳米粒子的团聚，在不影响镀层表面形貌的前提下，促进了SiC纳米微粒在镀层中的沉积。
3、对本发明方法中的电镀液进行镀液性能测试，结果表明，加入添加剂后的镀液，可使阴极极化增加，电流效率、镀液分散能力、覆盖能力与常规镀锡液相当。
4、由于纳米SiC微粒的加入，使纳米级基质金属锡得到了强化，调整了得到的复合镀层内部应力的分配。复合镀层中SiC微粒的质量分数为4.1％～14.2％，进行25～100℃热循环实验表明，1000周期、2000h未观察到锡须出现；硬度测试表明，镀层硬度为125～336HV(相同条件下，纯锡镀层的平均硬度为78HV)；通过Tafel曲线测试其耐腐蚀性能，结果表明，纳米基复合镀层腐蚀电流分别为0.11～9.8×10-6A.cm-2，腐蚀电位分别为-0.45～-0.29V(相同条件下，纯锡镀层腐蚀电流平均为2.3×10-5A.cm-2，腐蚀电位平均为-0.53V)。以上结果说明使用本发明的方法制备的纳米级Sn/SiC复合镀层在抑制锡须生长、耐腐蚀性、硬度等方面都有显著提高。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式的纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，按以下步骤进行：一、将粒径为10～100nm的SiC纳米颗粒用甲磺酸浸泡2～5h，然后加入分散剂，机械搅拌2～6h，转速为1000～3000r/min，接着用频率为30～90KHz的超声波搅拌1～2h，之后依次加入甲磺酸亚锡、光亮剂、共沉积促进剂、主盐稳定剂和去离子水组成电镀液，电镀液中SiC纳米颗粒的浓度为1～30g/L，分散剂的浓度为40～300g/L，甲磺酸的浓度为100～250g/L，甲磺酸亚锡的浓度为20～80g/L，光亮剂的浓度为0.5～10mL/L，共沉积促进剂的浓度为5～30g/L，主盐稳定剂的浓度为10～200g/L；二、将阴极铜箔与纯锡阳极板平行放置于镀液中，且保持与阳极相对的阴极面与槽底形成的角度为90°～180°；三、调整阴极电流密度为2～8A/dm2，于温度30℃和常压下，机械搅拌30s后停止，然后施镀5min，接着再机械搅拌30s，然后施镀5min，机械搅拌和施镀如此交替进行，直至施镀时间总计达到20min，机械搅拌转速为1000～3000r/min，在机械搅拌和施镀过程中始终保持压缩氮气搅拌，氮气流速为10～200mL/min，即完成纳米级Sn/SiC复合镀层的制备；其中步骤一中的分散剂由10～200g/L的惰性电解质和0.5～10g/L的表面活性剂组成，所述的惰性电解质为氯化钾，所述的表面活性剂由十六烷基三甲基溴化铵与聚乙烯吡咯烷酮按质量比1∶2组成；步骤一中的光亮剂由5g/L的4-(3’-氨基苯甲酰基)-邻苯二甲酸酯、8g/L的3-萘酰基-3-羟基-1，2-丙二氨、12g/L的N，N-二羟乙基丙酮和10g/L的乙二醛组成；步骤一中的共沉积促进剂由试剂A、试剂B和试剂C组成，所述的试剂A为苯亚甲基丙酮、苯甲醛、1，3-二苯基丙烯酮、4-对甲氨基苯甲醛缩苯胺、邻氯苯胺、甲基丙烯酸中的一种或其中几种的组合，所述的试剂B为乙醇、丙酮、十六烷基二乙醇胺聚氧乙烯-15醚、2，5一二甲氧基苯甲醛、甲醛、聚氧乙烯醚、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或其中几种的组合，所述的试剂C为氯化铈、氯化铊、氯化镧中的一种或其中几种的组合；步骤一中的主盐稳定剂为对苯二酚。
本实施方式步骤一所述的共沉积促进剂为混合物时，各种溶剂间可按任意比混合；所述的试剂A为混合物时，各种溶剂间可按任意比混合；所述的试剂B为混合物时，各种溶剂间可按任意比混合；所述的试剂C为混合物时，各种溶剂间可按任意比混合。
本实施方式制备的复合镀层中SiC微粒的质量分数为4.1％～14.2％，进行25～100℃热循环实验表明，1000周期、2000h未观察到锡须出现；硬度测试表明，镀层硬度为125～336HV(相同条件下，纯锡镀层的平均硬度为78HV)；通过Tafel曲线测试其耐腐蚀性能，结果表明，纳米基复合镀层腐蚀电流分别为0.11～9.8×10-6A.cm-2，腐蚀电位分别为-0.45～-0.29V(相同条件下，纯锡镀层腐蚀电流平均为2.3×10-5A.cm-2，腐蚀电位平均为-0.53V)。以上结果说明使用本发明的方法制备的纳米级Sn/SiC复合镀层在抑制锡须生长、耐腐蚀性、硬度等方面都有显著提高。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中SiC纳米颗粒的粒径为30～80nm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中SiC纳米颗粒的粒径为50nm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中SiC纳米颗粒用甲磺酸浸泡3～4h。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中机械搅拌3～5h。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中转速为2000r/min。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中超声波频率为40～80KHz。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中超声波频率为60KHz。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤一中SiC纳米颗粒的浓度为5～25g/L。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤一中SiC纳米颗粒的浓度为10～15g/L。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤一中SiC纳米颗粒的浓度为2g/L。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤一中SiC纳米颗粒的浓度为8g/L。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤一中分散剂的浓度为100～250g/L。其它与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤一中分散剂的浓度为150～200g/L。其它与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是：步骤一中甲磺酸的浓度为150～200g/L。其它与具体实施方式一至十四之一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十五之一不同的是：步骤一中甲磺酸亚锡的浓度为40～60g/L。其它与具体实施方式一至十五之一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十五之一不同的是：步骤一中甲磺酸亚锡的浓度为45g/L。其它与具体实施方式一至十五之一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十七之一不同的是：步骤一中光亮剂的浓度为2～8mL/L。其它与具体实施方式一至十七之一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一至十七之一不同的是：步骤一中光亮剂的浓度为5mL/L。其它与具体实施方式一至十七之一相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一至十九之一不同的是：步骤一中共沉积促进剂的浓度为10～25g/L。其它与具体实施方式一至十九之一相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一至十九之一不同的是：步骤一中共沉积促进剂的浓度为15g/L。其它与具体实施方式一至十九之一相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式一至二十一之一不同的是：步骤一中主盐稳定剂的浓度为50～150g/L。其它与具体实施方式一至二十一之一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式一至二十一之一不同的是：步骤一中主盐稳定剂的浓度为100g/L。其它与具体实施方式一至二十一之一相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式一至二十三之一不同的是：步骤一中惰性电解质的浓度为50～150g/L。其它与具体实施方式一至二十三之一相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式一至二十三之一不同的是：步骤一中惰性电解质的浓度为100g/L。其它与具体实施方式一至二十三之一相同。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式一至二十五之一不同的是：步骤一中表面活性剂的浓度为3～7g/L。其它与具体实施方式一至二十五之一相同。
具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式一至二十五之一不同的是：步骤一中表面活性剂的浓度为5g/L。其它与具体实施方式一至二十五之一相同。
具体实施方式二十八：本实施方式与具体实施方式一至二十七之一不同的是：步骤二中与阳极相对的阴极面与槽底形成的角度为120°～150°。其它与具体实施方式一至二十七之一相同。
具体实施方式二十九：本实施方式与具体实施方式一至二十七之一不同的是：步骤二中与阳极相对的阴极面与槽底形成的角度为130°。其它与具体实施方式一至二十七之一相同。
具体实施方式三十：本实施方式与具体实施方式一至二十九之一不同的是：步骤三中调整阴极电流密度为3～7A/dm2。其它与具体实施方式一至二十九之一相同。
具体实施方式三十一：本实施方式与具体实施方式一至二十九之一不同的是：步骤三中调整阴极电流密度为5A/dm2。其它与具体实施方式一至二十九之一相同。
具体实施方式三十二：本实施方式与具体实施方式一至三十一之一不同的是：步骤三中机械搅拌转速为2000r/min。其它与具体实施方式一至三十一之一相同。
具体实施方式三十三：本实施方式与具体实施方式一至三十二之一不同的是：步骤三中氮气流速为50～150mL/min。其它与具体实施方式一至三十二之一相同。
具体实施方式三十四：本实施方式与具体实施方式一至三十二之一不同的是：步骤三中氮气流速为100mL/min。其它与具体实施方式一至三十二之一相同。
具体实施方式三十五：本实施方式的纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，按以下步骤进行：一、将粒径为30nm的SiC纳米颗粒用甲磺酸浸泡3h，然后加入分散剂，机械搅拌4h，转速为2000r/min，接着用频率为50KHz的超声波搅拌2h，之后依次加入甲磺酸亚锡、光亮剂、共沉积促进剂和主盐稳定剂组成电镀液，电镀液中SiC纳米颗粒的浓度为2g/L，分散剂的浓度为126g/L，甲磺酸的浓度为140g/L，甲磺酸亚锡的浓度为20g/L，光亮剂的浓度为3mL/L，共沉积促进剂的浓度为8g/L，主盐稳定剂的浓度为120g/L；二、将阴极铜箔与纯锡阳极板平行放置于镀液中，且保持与阳极相对的阴极面与槽底形成的角度为90°；三、调整阴极电流密度为2A/dm2，于温度30℃和常压下，机械搅拌30s后停止，然后施镀5min，接着再机械搅拌30s，然后施镀5min，机械搅拌和施镀如此交替进行，直至施镀时间总计达到20min，机械搅拌转速为2000r/min，在机械搅拌和施镀过程中始终保持压缩氮气搅拌，氮气流速为40mL/min，即完成纳米级Sn/SiC复合镀层的制备；其中步骤一中的分散剂由120g/L的氯化钾和6g/L的表面活性剂组成，所述的表面活性剂由十六烷基三甲基溴化铵与聚乙烯吡咯烷酮按质量比1∶2组成；步骤一中的光亮剂由5g/L的4-(3’-氨基苯甲酰基)-邻苯二甲酸酯、8g/L的3-萘酰基-3-羟基-1，2-丙二氨、12g/L的N，N-二羟乙基丙酮和10g/L的乙二醛组成；步骤一中的共沉积促进剂由3g/L的1，3-二苯基丙烯酮、2g/L的2，5一二甲氧基苯甲醛和3g/L的氯化铈组成；步骤一中的主盐稳定剂为对苯二酚。
本实施方式制备的纳米级Sn/SiC复合镀层表面细致，经测试，复合镀层中SiC纳米颗粒的质量分数为4.1％，镀层硬度为125HV。在质量浓度为3.5％的NaCl溶液中测试复合镀层的Tafel曲线，测得本实施方式制备的纳米级Sn/SiC复合镀层的腐蚀电流为1.1×10-5A.cm-2，腐蚀电位为-0.45V。25～100℃温度下循环1000周期、2000h进行锡须促进生长实验，结果表明，扫描电子显微镜观察未见锡须出现。
具体实施方式三十六：本实施方式的纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，按以下步骤进行：一、将粒径为30nm的SiC纳米颗粒用甲磺酸浸泡3h，然后加入分散剂，机械搅拌3h，转速为3000r/min，接着用频率为60KHz的超声波搅拌1h，之后依次加入甲磺酸亚锡、光亮剂、共沉积促进剂和主盐稳定剂组成电镀液，电镀液中SiC纳米颗粒的浓度为2g/L，分散剂的浓度为126g/L，甲磺酸的浓度为140g/L，甲磺酸亚锡的浓度为20g/L，光亮剂的浓度为3mL/L，共沉积促进剂的浓度为11g/L，主盐稳定剂的浓度为120g/L；二、将阴极铜箔与纯锡阳极板平行放置于镀液中，且保持与阳极相对的阴极面与槽底形成的角度为90°；三、调整阴极电流密度为2A/dm2，于温度30℃和常压下，机械搅拌30s后停止，然后施镀5min，接着再机械搅拌30s，然后施镀5min，机械搅拌和施镀如此交替进行，直至施镀时间总计达到20min，机械搅拌转速为2000r/min，在机械搅拌和施镀过程中始终保持压缩氮气搅拌，氮气流速为40mL/min，即完成纳米级Sn/SiC复合镀层的制备；其中步骤一中的分散剂由120g/L的氯化钾和6g/L的表面活性剂组成，所述的表面活性剂由十六烷基三甲基溴化铵与聚乙烯吡咯烷酮按质量比1∶2组成；步骤一中的光亮剂由5g/L的4-(3’-氨基苯甲酰基)-邻苯二甲酸酯、8g/L的3-萘酰基-3-羟基-1，2-丙二氨、12g/L的N，N-二羟乙基丙酮和10g/L的乙二醛组成；步骤一中的共沉积促进剂由2g/L的苯亚甲基丙酮、3g/L的苯甲醛、3g/L的乙醇和3g/L的氯化铈组成；步骤一中的主盐稳定剂为对苯二酚。
本实施方式制备的纳米级Sn/SiC复合镀层表面细致，经测试，复合镀层中SiC纳米颗粒的质量分数为4.6％，镀层硬度为147HV。在质量浓度为3.5％的NaCl溶液中测试复合镀层的Tafel曲线，测得本实施方式制备的纳米级Sn/SiC复合镀层的腐蚀电流为9.8×10-6A.cm-2，腐蚀电位为-0.44V。25～100℃温度下循环1000周期、2000h进行锡须促进生长实验，结果表明，扫描电子显微镜观察未见锡须出现。
具体实施方式三十七：本实施方式的纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，按以下步骤进行：一、将粒径为30nm的SiC纳米颗粒用甲磺酸浸泡3h，然后加入分散剂，机械搅拌5h，转速为1500r/min，接着用频率为30KHz的超声波搅拌2h，之后依次加入甲磺酸亚锡、光亮剂、共沉积促进剂和主盐稳定剂组成电镀液，电镀液中SiC纳米颗粒的浓度为2g/L，分散剂的浓度为182g/L，甲磺酸的浓度为100g/L，甲磺酸亚锡的浓度为30g/L，光亮剂的浓度为1.5mL/L，共沉积促进剂的浓度为10g/L，主盐稳定剂的浓度为120g/L；二、将阴极铜箔与纯锡阳极板平行放置于镀液中，且保持与阳极相对的阴极面与槽底形成的角度为90°；三、调整阴极电流密度为2A/dm2，于温度30℃和常压下，机械搅拌30s后停止，然后施镀5min，接着再机械搅拌30s，然后施镀5min，机械搅拌和施镀如此交替进行，直至施镀时间总计达到20min，机械搅拌转速为2000r/min，在机械搅拌和施镀过程中始终保持压缩氮气搅拌，氮气流速为40mL/min，即完成纳米级Sn/SiC复合镀层的制备；其中步骤一中的分散剂由140g/L的氯化钾和42g/L的表面活性剂组成，所述的表面活性剂由十六烷基三甲基溴化铵与聚乙烯吡咯烷酮按质量比1∶2组成；步骤一中的光亮剂由5g/L的4-(3’-氨基苯甲酰基)-邻苯二甲酸酯、8g/L的3-萘酰基-3-羟基-1，2-丙二氨、12g/L的N，N-二羟乙基丙酮和10g/L的乙二醛组成；步骤一中的共沉积促进剂由2g/L的4-对甲氨基苯甲醛缩苯胺、3g/L的乙醇、2g/L的N，N-二甲基甲酰胺和3g/L的氯化铊组成；步骤一中的主盐稳定剂为对苯二酚。
本实施方式制备的纳米级Sn/SiC复合镀层，表面细致，经测试，复合镀层中SiC纳米颗粒的质量分数为6.5％，镀层的硬度为217HV。在质量浓度为3.5％的NaCl溶液中测试复合镀层的Tafel曲线，测得本实施方式制备的纳米级Sn/SiC复合镀层的腐蚀电流为8.6×10-6A.cm-2，腐蚀电位为-0.41V。25～100℃温度下循环1000周期、2000h进行锡须促进生长实验，结果表明，扫描电子显微镜观察未见锡须出现。
具体实施方式三十八：本实施方式的纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，按以下步骤进行：一、将粒径为30nm的SiC纳米颗粒用甲磺酸浸泡3h，然后加入分散剂，机械搅拌3h，转速为2500r/min，接着用频率为80KHz的超声波搅拌1h，之后依次加入甲磺酸亚锡、光亮剂、共沉积促进剂和主盐稳定剂组成电镀液，电镀液中SiC纳米颗粒的浓度为8g/L，分散剂的浓度为139g/L，甲磺酸的浓度为200g/L，甲磺酸亚锡的浓度为45g/L，光亮剂的浓度为3mL/L，共沉积促进剂的浓度为7.5g/L，主盐稳定剂的浓度为20g/L；二、将阴极铜箔与纯锡阳极板平行放置于镀液中，且保持与阳极相对的阴极面与槽底形成的角度为90°；三、调整阴极电流密度为2A/dm2，于温度30℃和常压下，机械搅拌30s后停止，然后施镀5min，接着再机械搅拌30s，然后施镀5min，机械搅拌和施镀如此交替进行，直至施镀时间总计达到20min，机械搅拌转速为2000r/min，在机械搅拌和施镀过程中始终保持压缩氮气搅拌，氮气流速为40mL/min，即完成纳米级Sn/SiC复合镀层的制备；其中步骤一中的分散剂由130g/L的氯化钾和9g/L的表面活性剂组成，所述的表面活性剂由十六烷基三甲基溴化铵与聚乙烯吡咯烷酮按质量比1∶2组成；步骤一中的光亮剂由5g/L的4-(3’-氨基苯甲酰基)-邻苯二甲酸酯、8g/L的3-萘酰基-3-羟基-1，2-丙二氨、12g/L的N，N-二羟乙基丙酮和10g/L的乙二醛组成；步骤一中的共沉积促进剂由2g/L的1，3-二苯基丙烯酮、2.5g/L的邻氯苯胺、1g/L的丙酮和2g/L的氯化镧组成；步骤一中的主盐稳定剂为对苯二酚。
本实施方式制备的纳米级Sn/SiC复合镀层，表面细致，经测试，复合镀层中SiC纳米颗粒的含量为10.7％，镀层的硬度为304HV。在质量浓度为3.5％的NaCl溶液中测试复合镀层的Tafel曲线，测得本实施方式制备的纳米级Sn/SiC复合镀层的腐蚀电流为5.8×10-6A.cm-2，腐蚀电位为-0.35V。25～100℃的温度下循环1000周期、2000小时，进行锡须促进生长实验，结果表明，扫描电子显微镜观察未见锡须。
具体实施方式三十九：本实施方式的纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，按以下步骤进行：一、将粒径为30nm的SiC纳米颗粒用甲磺酸浸泡3h，然后加入分散剂，机械搅拌6h，转速为2500r/min，接着用频率为90KHz的超声波搅拌1h，之后依次加入甲磺酸亚锡、光亮剂、共沉积促进剂和主盐稳定剂组成电镀液，电镀液中SiC纳米颗粒的浓度为8g/L，分散剂的浓度为139g/L，甲磺酸的浓度为200g/L，甲磺酸亚锡的浓度为45g/L，光亮剂的浓度为3mL/L，共沉积促进剂的浓度为6g/L，主盐稳定剂的浓度为20g/L；二、将阴极铜箔与纯锡阳极板平行放置于镀液中，且保持与阳极相对的阴极面与槽底形成的角度为90°；三、调整阴极电流密度为2A/dm2，于温度30℃和常压下，机械搅拌30s后停止，然后施镀5min，接着再机械搅拌30s，然后施镀5min，机械搅拌和施镀如此交替进行，直至施镀时间总计达到20min，机械搅拌转速为2000r/min，在机械搅拌和施镀过程中始终保持压缩氮气搅拌，氮气流速为40mL/min，即完成纳米级Sn/SiC复合镀层的制备；其中步骤一中的分散剂由130g/L的氯化钾和9g/L的表面活性剂组成，所述的表面活性剂由十六烷基三甲基溴化铵与聚乙烯吡咯烷酮按质量比1∶2组成；步骤一中的光亮剂由5g/L的4-(3’-氨基苯甲酰基)-邻苯二甲酸酯、8g/L的3-萘酰基-3-羟基-1，2-丙二氨、12g/L的N，N-二羟乙基丙酮和10g/L的乙二醛组成；步骤一中的共沉积促进剂由2g/L的4-对甲氨基苯甲醛缩苯胺、2g/L的十六烷基二乙醇胺聚氧乙烯-15醚和2g/L的氯化镧组成；步骤一中的主盐稳定剂为对苯二酚。
本实施方式制备的纳米级Sn/SiC复合镀层，表面细致，经测试，复合镀层中SiC纳米颗粒的含量为14.2％，镀层的硬度为336HV。在质量浓度为3.5％的NaCl溶液中测试复合镀层的Tafel曲线，测得本实施方式制备的纳米级Sn/SiC复合镀层的腐蚀电流为4.9×10-6A.cm-2，腐蚀电位为-0.29V。25～100℃的温度下循环1000周期、2000小时，进行锡须促进生长实验，结果表明，扫描电子显微镜观察未见锡须。
Claims (10)
1.一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，其特征在于纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，按以下步骤进行：一、将粒径为10～100nm的SiC纳米颗粒用甲磺酸浸泡2～5h，然后加入分散剂，机械搅拌2～6h，转速为1000～3000r/min，接着用频率为30～90KHz的超声波搅拌1～2h，之后依次加入甲磺酸亚锡、光亮剂、共沉积促进剂、主盐稳定剂和去离子水组成电镀液，电镀液中SiC纳米颗粒的浓度为1～30g/L，分散剂的浓度为40～300g/L，甲磺酸的浓度为100～250g/L，甲磺酸亚锡的浓度为20～80g/L，光亮剂的浓度为0.5～10mL/L，共沉积促进剂的浓度为5～30g/L，主盐稳定剂的浓度为10～200g/L；二、将阴极铜箔与纯锡阳极板平行放置于镀液中，且保持与阳极相对的阴极面与槽底形成的角度为90°～180°；三、调整阴极电流密度为2～8A/dm2，于温度30℃和常压下，机械搅拌30s后停止，然后施镀5min，接着再机械搅拌30s，然后施镀5min，机械搅拌和施镀如此交替进行，直至施镀时间总计达到20min，机械搅拌转速为1000～3000r/min，在机械搅拌和施镀过程中始终保持压缩氮气搅拌，氮气流速为10～200mL/min，即完成纳米级Sn/SiC复合镀层的制备；其中步骤一中的分散剂由10～200g/L的惰性电解质和0.5～10g/L的表面活性剂组成，所述的惰性电解质为氯化钾，所述的表面活性剂由十六烷基三甲基溴化铵与聚乙烯吡咯烷酮按质量比1∶2组成；步骤一中的光亮剂由5g/L的4-(3’-氨基苯甲酰基)-邻苯二甲酸酯、8g/L的3-萘酰基-3-羟基-1，2-丙二氨、12g/L的N，N-二羟乙基丙酮和10g/L的乙二醛组成；步骤一中的共沉积促进剂由试剂A、试剂B和试剂C组成，所述的试剂A为苯亚甲基丙酮、苯甲醛、1，3-二苯基丙烯酮、4-对甲氨基苯甲醛缩苯胺、邻氯苯胺、甲基丙烯酸中的一种或其中几种的组合，所述的试剂B为乙醇、丙酮、十六烷基二乙醇胺聚氧乙烯-15醚、2，5一二甲氧基苯甲醛、甲醛、聚氧乙烯醚、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或其中几种的组合，所述的试剂C为氯化铈、氯化铊、氯化镧中的一种或其中几种的组合；步骤一中的主盐稳定剂为对苯二酚。
2.根据权利要求1所述的一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，其特征在于步骤一中SiC纳米颗粒的浓度为5～25g/L。
3.根据权利要求1或2所述的一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，其特征在于步骤一中分散剂的浓度为100～250g/L。
4.根据权利要求3所述的一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，其特征在于步骤一中甲磺酸的浓度为150～200g/L。
5.根据权利要求4所述的一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，其特征在于步骤一中甲磺酸亚锡的浓度为40～60g/L。
6.根据权利要求5所述的一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，其特征在于步骤一中光亮剂的浓度为2～8mL/L。
7.根据权利要求6所述的一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，其特征在于步骤一中共沉积促进剂的浓度为10～25g/L。
8.根据权利要求7所述的一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，其特征在于步骤一中主盐稳定剂的浓度为50～150g/L。
9.根据权利要求8所述的一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，其特征在于步骤二中与阳极相对的阴极面与槽底形成的角度为120°～150°。
10.根据权利要求9所述的一种纳米级Sn/SiC复合镀层的制备方法，其特征在于步骤三中氮气流速为50～150mL/min。
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