CN103540978B - 一种碱性无氰电镀Ag-Ni合金的方法 - Google Patents

一种碱性无氰电镀Ag-Ni合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碱性无氰电镀Ag-Ni合金的方法，属于材料表面工程，电镀领域。利用丁二酰亚胺对银较强的络合能力、银电沉积时极化较大、镀液较稳定、使用范围较宽等一系列优点，研制出一种新型的低能耗、高质量、且操作工艺简单的无氰电镀银镍工艺。本发明的制备工艺流程为打磨（机械抛光）、丙酮除油、化学浸蚀、电镀及电镀后处理。得到的镀层导电性能良好，阻抗明显增大，硬度明显提高，本发明具有低能耗、高质量、且简单易操作，镀层光亮，性能优良的一系列优点，可广泛应用于电子工业中作为导电及可焊性镀层。

Description

一种碱性无氰电镀Ag-Ni合金的方法
技术领域
本发明涉及一种碱性无氰电镀Ag-Ni合金的方法，属于材料表面工程，电镀领域。
背景技术
纯银为银白色，具有面心立方晶格，是一种可煅、可塑的贵金属。银的延展性仅次于金，在所有金属中居第二位。银具有良好的导电和导热性能，在所有的金属中，以银的导电性能最好。除此之外，银还具有许多优良的物理特性，如具有高的反光性，其反射率高达95%，其焊接性也极为良好。另外，金属银还具有较高的化学稳定性，与水和大气中的氧均不起作用，在大多数有机酸、强碱及盐溶液中也具有良好的化学稳定性。基于银的这些优良特性，电镀银在电镀生产中占有十分重要的地位。
银及银合金以其优良的电性能及良好的加工性和抗氧化性成为电接触材料。银基电接触材料适用于在各种功率条件下工作，如开关、继电器、接触器等。接点的工作条件较恶劣，经常处于电弧的强烈作用下，电侵蚀比较严重，特别要求导热性、导电性好，抗电侵蚀能力强。但银硬度不高，熔点低，不耐磨，在大电流作用下易熔焊，且有硫化倾向，因而都采用银合金作为电接触材料。银中加入少量元素，如Cu、Cd、Ni、Pd、Au、Mg、In、V、Zr和稀土等合金化元素组成的电接触材料可以克服其天然柔性，提高其力学性能和耐蚀性，同时仍保持其高的导电率。
关于电镀镍最早的叙述是于1837年，Bird电解氯化镍或硫酸镍溶液几小时后，在铂电极表面获得了一层金属镍1840年，工业上镀镍的第一件专利授予了英国的Shore，他确定了硝酸镍镀镍溶液。1916年美国的瓦特(Watter)教授提出了著名的瓦特型镀镍体系，此后，镀镍工艺开始进入工业化阶段。
按照电接触材料的性能要求，Ag-Ni合金镀层中镍含量应在20%~30%，这时镀层硬度高，耐磨性好，还具有一定的耐腐蚀性。因此，研究一种稳定的电镀Ag-Ni合金工艺代替普通的电镀银，对节约贵金属，提高产品的质量具有较大的实际意义。
镀银溶液有氰化镀银液和无氰镀银液。氰化镀银溶液主要由银氰配盐和游离氰化物组成，镀液稳定可靠、电流效率高、有良好的分散能力和覆盖能力、镀层结晶细致有光泽。但由于氰化物镀银液剧毒，具有污染环境、危害生产者的健康以及废液处理成本较高等缺点，所以人们希望用其他电镀工艺来取代氰化物电镀银工艺。长期以来国内外科学工作者对无氰镀银工艺进行了大量广泛而深入的研究，但至今仍没有大的突破，目前在实际生产中仍主要采用氰化物镀液。因此，研制一种无毒、稳定、镀液和镀层性能均良好的无氰镀银工艺，是意义深远而又迫在眉睫的。
近几十年来，无氰镀银虽然己有很多研究，但始终存在若干问题，无法真正替代氰化镀银。综合考察各种无氰镀银工艺，其问题归纳主要如下：
(1)镀层性能总体达不到商业要求，如镀层光亮度不够，与基体结合力不好或镀层夹杂有机物导致纯度不高、电导率下降等，尤其是工程性镀银，比起装饰性镀银有更多的要求。例如镀层结晶不如氰化物细腻平滑；或者镀层纯度不够，镀层中夹杂有机物，导致硬度过高、电导率下降等；还有焊接性能下降等问题。
(2)镀液稳定性差，对其它金属杂质比较敏感，导致电镀周期短，增加了成本，许多无氰镀银镀液的稳定性都存在问题，无论是碱性镀液还是酸性镀液或是中性镀液，不同程度地存在镀液稳定性问题，给管理和操作带来不便，同时使成本也有所增加。
(3)工艺性能不能满足生产需要，镀液分散能力差，阴极工作电流密度低，阳极容易钝化，使得在应用中受到一定限制。
目前广泛使用的电镀Ag-Ni合金镀液均为酸性镀液，对于非氰镀液，往往不易得到合格的镀层，电镀Ag-Ni合金则更为困难。本发明利用丁二酰亚胺对银较强的络合能力、银电沉积时极化较大、镀液较稳定、使用范围较宽等一系列优点，研制出一种优良的碱性快速电镀银镍合金工艺。该工艺镀层光亮且与基体结合良好，耐腐蚀能力强，可广泛用于电子工业中作为导电及可焊性镀层。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种碱性无氰电镀Ag-Ni合金的方法，是一种新型的低能耗、高质量、且操作工艺简单的无氰电镀银镍工艺，并且获得具有良好性能的银镍镀层。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种碱性无氰电镀Ag-Ni合金的方法，包括如下工艺过程和步骤：
1）打磨(机械抛光)：机械抛光的目的是为了消除金属制品表面的细微不平、氧化皮面和各种宏观缺陷，以提高表面平整度的一种机械处理方法。采用砂纸打磨的方法。砂纸型号的打磨顺序依次为600#→1000#→2000#，并在金相试样抛光机上抛光，使表面具有镜面光泽。
2）丙酮除油：有机溶剂除油是利用有机溶剂能溶解油脂的物理性质将制品表面油污出去的过程。其特点是能除去各类油脂，除油速度快，除特殊情况以外一般不腐蚀被处理的金属。
3）化学浸蚀(弱浸蚀)：铜制件的弱浸蚀主要是用于电镀前的表面活化，以提高镀层的结合力。对于铜制件常用的弱浸蚀方法分为化学弱浸蚀和阳极弱浸蚀，本发明中选用体积比为1:1的盐酸水溶液进行酸洗。
4）镀液的配制：
称取需要量的丁二酰亚胺80-100g/L、四硼酸钠10-40g/L，聚乙二醇0.2g/L，苯骈三氮唑0.02g/L，SeO20.06g/L，溶于总体积2/5~3/5蒸馏水中，搅拌使其溶解；将计算量的硝酸银10-40g/L用少量蒸馏水溶解后，在搅拌的状态下加入到上述溶液中；之后用同样的方法添加硫酸镍10-30g/L，用氨水调节pH至9-10，实施直流电镀并电磁搅拌，镀液温度20-40℃。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明所用各种试剂均为分析纯，镀液用蒸馏水配制，阴极为10mm×10mm×1mm的纯铜片，阳极使用纯度99.99%的纯银板。该方法具有操作简单易行，电流密度大，电沉积速度快，镀层质量好等一系列优点。
具体实施方式：
本发明的具体实施叙述于下：
实施例1
按要求配置200ml镀液，镀液成分为：
AgNO340g/L；丁二酰亚胺100g/L；Na2B4O7·10H2O40g/L，NiSO4·6H2O30g/L，聚乙二醇0.2g/L，苯骈三氮唑0.02g/L，SeO20.06g/L，
用电子秤按量称取以上物质，在烧杯中溶解，使溶液体积不大于烧杯额定体积的四分之三，将配置的镀液用磁力搅拌器搅拌，用氨水调节pH至9，镀液呈透明淡蓝色，静置一个小时。然后在4A/dm2的电流密度条件下实施直流电镀，电磁搅拌，电镀时间60s，镀液温度保持30℃。电镀完成后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干。
将表面获得Ag-Ni镀层的铜片试样进行硬度、耐蚀性和电化学测试。
实施例2
按要求配置200ml镀液，镀液成分为：
AgNO330g/L；丁二酰亚胺80g/L；Na2B4O7·10H2O20g/L，NiSO4·6H2O20g/L，聚乙二醇0.2g/L，苯骈三氮唑0.02g/L，SeO20.06g/L，
用电子秤按量称取以上物质，在烧杯中溶解，使溶液体积不大于烧杯额定体积的四分之三，将配置的镀液用磁力搅拌器搅拌，用氨水调节pH至9，镀液呈透明淡蓝色，静置一个小时。然后在6A/dm2的电流密度条件下实施直流电镀，电磁搅拌，电镀时间40s，镀液温度保持30℃。电镀完成后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干。
将表面获得Ag-Ni镀层的铜片试样进行硬度、耐蚀性和电化学测试。
实施例3
按要求配置200ml镀液，镀液成分为：
AgNO310g/L；丁二酰亚胺90g/L；Na2B4O7·10H2O10g/L，NiSO4·6H2O10g/L，聚乙二醇0.2g/L，苯骈三氮唑0.02g/L，SeO20.06g/L，
用电子秤按量称取以上物质，在烧杯中溶解，使溶液体积不大于烧杯额定体积的四分之三，将配置的镀液用磁力搅拌器搅拌，用氨水调节pH至9，镀液呈透明淡蓝色，静置一个小时。然后在2A/dm2的电流密度条件下实施直流电镀，电磁搅拌，电镀时间120s，镀液温度保持30℃。电镀完成后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干。
将表面获得Ag-Ni镀层的铜片试样进行硬度、耐蚀性和电化学测试。
实施例4
按要求配置200ml镀液，镀液成分为：
AgNO340g/L；丁二酰亚胺100g/L；Na2B4O7·10H2O40g/L，NiSO4·6H2O30g/L，聚乙二醇0.2g/L，苯骈三氮唑0.02g/L，SeO20.06g/L，
用电子秤按量称取以上物质，在烧杯中溶解，使溶液体积不大于烧杯额定体积的四分之三，将配置的镀液用磁力搅拌器搅拌，用氨水调节pH至9，镀液呈透明淡蓝色，静置一个小时。然后在4A/dm2的电流密度条件下实施直流电镀，电磁搅拌，电镀时间60s，镀液温度保持30℃。电镀完成后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干。
将表面获得Ag-Ni镀层的铜片试样进行硬度、耐蚀性和电化学测试。
通过实验获得的Ag-Ni镀层均呈光亮的银白色，有金属光泽，镀层均一，无起皮，脱落，镀层性能测试结果如下表：
通过观察镀层宏观和微观形貌和性能分析，可以确定最佳镀液配方及工艺条件，实例证明本发明工艺配方得到的镀层导电性能良好，阻抗明显增大，硬度明显提高，本发明具有低能耗、高质量、且简单易操作，镀层光亮，性能优良的一系列优点，可广泛应用于电子工业中作为导电及可焊性镀层。

Claims (1)

1.一种碱性无氰电镀Ag-Ni合金的方法，其特征在于，包括如下工艺过程和步骤：
A.机械抛光：采用砂纸打磨的方法，砂纸型号的打磨顺序依次为600#→1000#→2000#，并在金相试样抛光机上抛光，使表面具有镜面光泽；
B.丙酮除油，除去各类油脂；然后化学弱浸蚀；
C.电镀溶液的配制：
称取需要量的丁二酰亚胺80-100g/L、四硼酸钠10-40g/L，聚乙二醇0.2g/L，苯骈三氮唑0.02g/L，SeO20.06g/L，溶于总体积2/5~3/5蒸馏水中，搅拌使其溶解；将计算量的硝酸银10-40g/L用少量蒸馏水溶解后，在搅拌的状态下加入到上述溶液中；之后用同样的方法添加硫酸镍10-30g/L，
D.用氨水调节pH至9-10，实施直流电镀并电磁搅拌，镀液温度20-40℃。
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