CN105040053A - 一种铅锡铜合金电镀工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铅锡铜合金电镀工艺，包括如下步骤：除油除锈、超声波清洗、电镀、除氢、憎水处理、醇洗、水洗、吹干。本发明将除油、除锈两步工序合二为一，节约了工序，减少了成本，提高了效率，弱碱性条件，对环境污染少；增加了超声波清洗工序，整体前处理效率高，并且环保无污染；电镀过程中，采用甲磺酸体系，对环境污染少，添加了抗坏血酸、动物水解蛋白、对苯二酚等添加剂，在适宜的电流密度、电镀温度下进行电镀，最终得到的铅锡铜合金电镀镀层色泽均匀，结晶细致，膜层厚度可以达到11.5μm，耐磨性好，在W40砂纸上单向摩擦100次，镀层不起皮。

Description

一种铅锡铜合金电镀工艺

技术领域

本发明涉及一种铅锡铜合金电镀工艺，属于电镀技术领域。

背景技术

电镀是通过电化学方法在固体表面获得金属沉积层的过程。作为传统的表面工程的重要手段，电镀工艺技术长期用于为工件表面提供防止腐蚀的防护层和装饰性的装饰层；或为改变基体材料的表面特性，以制取特定成份和性能的金属或合金覆盖层。由于航空航天与核材料工程产业和电子信息产业的发展，电镀工艺方法已被用于制备不同类型的新型复合材料，包括微粒弥散金属复合材料、短纤维、长纤维缠绕、晶须增强型材料、层状复合材料和光学复合材料；制备半导体材料元器件，包括薄膜型半导体元件、平面显示器件、太阳能电池薄膜、大规模集成电路中的电阻、电容、光导、磁导与记忆元件、发光和荧光器件等。

随着我国现代化建设的飞速发展，作为轻工业产业支柱之一的电镀行业也呈现出日新月异的发展态势，涌现出了许多新的电镀工艺和镀种，极大的丰富了人们日益增长的生活和生产需要。但同时也带来较大的污染问题。电镀工艺和电镀液产生的污染是电镀行业污染的主要部分。

目前的电镀种类很多，包括镀镍、镀铜、镀锌等，还有一些合金电镀，例如镍镁二元合金电镀、铅锡铜三元合金电镀。铅锡铜 三元合金电镀主要用在汽车轴瓦上，作为轴瓦的减磨材料，目的是为了提高轴瓦的耐磨性、抗蚀性、抗疲劳强度和承载能力等。目前的铅锡铜 三元合金电镀工艺主要采用传统的氟硼酸盐电镀工艺。氟硼酸盐体系存在一定的缺陷，如镀层晶粒粗大、锡原子富集引起镀后向Cu–Pb 基体扩散、挂具上下瓦片镀层厚度不均等，导致镀液不稳定、镀层性能不佳等问题，而且氟硼酸的强配位作用使含Pb2+、F−的有毒废水处理十分困难，处理费用高且很难达到排放标准。因此，开发研制新型铅锡铜三元合金电镀工艺很有必要。

在目前的电镀工艺中，电镀之前需要对电镀的基体进行脱脂（除油）与浸蚀（除锈，也称酸洗）前处理。传统的除油（脱脂）工艺为强碱性除油，温度一般在80- 90 °C。对于油污严重的工件，处理温度更高，时间也延长到油污完全除净为止。由于加温，碱液散发出碱性气体，不仅污染环境，而且危害人体健康。浸蚀（除锈）一般用浓度为35%左右的浓盐酸，不经过稀释就直接倒入酸洗槽内。浓盐酸易散发酸雾，同脱脂散发的碱性气体一样，需增加抽排风装置。这样的前处理工序不仅生产效率低，成本高，还会造成环境污染。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种电镀效果好、前处理效率高、环保的铅锡铜合金电镀工艺。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种铅锡铜合金电镀工艺，包括如下步骤:

（1）除油除锈：将待电镀的工件放入到滚桶中，滚桶中装有1/2体积的除油除锈水浴，该除油除锈水浴中含有：促进剂 2.5-3.5g/L，扩散剂1.5-2.5g/L、渗透剂2-3g/L、木屑4-5 g/L、螯合剂1.2-1.6 g/L、碳酸钠20-30 g/L、硅酸钠10-15 g/L、十二烷基硫酸钠2-3 g/L、氯化钠4-5 g/L、松香粉2.5-3.5g/L，室温下浸泡25-35min，然后60-100 r/min 的转速转动下清洗30-60min，达到除油除锈的目的；

（2）超声波清洗：经过除油除锈后的工件在40℃的超声波体积分数为20-30%的乙醇水溶液中进行超声处理1-2 min，超声波频率为45Hz；清洗结束后重新注入清水在同样的超声条件下清洗两次，最后吹干即可；

（3）电镀：使用电镀液对经过前处理的物品进行电镀处理，具体电镀过程为：首先对需要电镀的物品进行预热，预热5-10min，预热温度为20℃；然后将预热后的物品放入到电镀液中进行电镀处理，电镀过程中采用锡和铅质量比为9:1的合金阳极，电镀时的电镀温度为20-25℃，电镀的电流密度为2-3A/dm2 ，电镀时间为40-50min；电镀过程中使用的电镀液成分如下：

甲基磺酸铅95-105 g/L、甲基磺酸锡8-12 g/L、甲基磺酸铜2-4 g/L、甲基磺酸135-145 g/L、抗坏血酸 3-5 g/L、动物水解蛋白3-5 g/L、聚乙二醇 1-2g/L、对苯二酚4-6 g/L、超支化Gemini季铵盐 1-2 g/L、十二烷基硫酸钠0.05-0.15 g/L、硫代硫酸钠0.05-0.15 g/L；超支化Gemini季铵盐采用河南省道纯化工技术有限公司生产的31616超支化Gemini季铵盐；动物水解蛋白HAP采用河南郑州骏涛化工食品添加剂有限公司生产的CAS#为92113-31-0的动物水解蛋白；

（4）除氢：对电镀后的物品放入到豆油中在185-195℃下进行除氢处理，然后自然冷却后擦去浮油即可；

（5）憎水处理：对除氢处理后的物品的镀层表面通过含有质量分数为8-10%憎水剂的憎水溶液进行憎水处理；

（6）醇洗、水洗、吹干：将憎水处理后的物品先用体积分数为50%的乙醇水溶液清洗一次，然后再用去离子水进行清洗三遍，然后吹干。

所述步骤1中所述的促进剂为促进剂NS，所述扩散剂为扩散剂DN，所述渗透剂为渗透剂JFC、所述螯合剂为相对分子质量为50000-60000的聚丙烯酸钠。

所述步骤3中采用的聚乙二醇为PEG1000或PEG20000；所述碳化硅微粒为粒径为1-10μｍ的碳化硅微粒。

所述步骤5中采用的憎水剂为憎水剂BH-102。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著性有益效果：

1、将除油、除锈两步工序合二为一，节约了工序，减少了成本，提高了效率，弱碱性条件，对环境污染少；增加了超声波清洗工序，整体前处理效率高，并且环保无污染；电镀过程中，采用甲磺酸体系，对环境污染少，添加了抗坏血酸、动物水解蛋白、对苯二酚等添加剂，在适宜的电流密度、电镀温度下进行电镀，最终得到的铅锡铜合金电镀镀层色泽均匀，结晶细致，膜层厚度可以达到11.5 μm，耐磨性好，在W40 砂纸上单向摩擦100 次，镀层不起皮；

2、电镀过程中，电镀液中加入了超支化Gemini季铵盐、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠等添加剂，电镀过程中，阴极电极电位出现负移现象，沉积电位向负移动了约100mV，提高了阴极表面的吸附性能和电镀液的极化能力，使得最终的电镀层的耐中性盐雾提高在3.5%的氯化钠溶液中耐腐蚀性能得到增强；出现白锈的时间＞196h，出现红锈的时间＞960h；

3、本发明的电镀工艺，在电镀前对物品进行了预热处理，保证了后续的电镀效果；

4、本发明的电镀工艺，对电镀后的物品采用了比较温和的除氢和憎水处理，提高了镀层的气密性和耐腐蚀性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明技术方案做进一步详细、完整地说明。

实施例 1

一种铅锡铜合金电镀工艺，包括如下步骤:

（1）除油除锈：将待电镀的工件放入到滚桶中，滚桶中装有1/2体积的除油除锈水浴，该除油除锈水浴中含有：促进剂NS 2.5g/L，扩散剂DN 1.5g/L、渗透剂JFC 2g/L、木屑4 g/L、聚丙烯酸钠50000 1.2 g/L、碳酸钠20g/L、硅酸钠10g/L、十二烷基硫酸钠2 g/L、氯化钠4 g/L、松香粉2.5g/L，室温下浸泡25min，然后60 r/min 的转速转动下清洗30min，达到除油除锈的目的；

（2）超声波清洗：经过除油除锈后的工件在40℃的超声波体积分数为20%的乙醇水溶液中进行超声处理1-2 min，超声波频率为45Hz；清洗结束后重新注入清水在同样的超声条件下清洗两次，最后吹干即可；

（3）电镀：使用电镀液对经过前处理的物品进行电镀处理，具体电镀过程为：首先对需要电镀的物品进行预热，预热5-10min，预热温度为20℃；然后将预热后的物品放入到电镀液中进行电镀处理，电镀过程中采用锡和铅质量比为9:1的合金阳极，电镀时的电镀温度为20℃，电镀的电流密度为2A/dm2 ，电镀时间为40min；电镀过程中使用的电镀液成分如下：

甲基磺酸铅95 g/L、甲基磺酸锡8 g/L、甲基磺酸铜2 g/L、甲基磺酸135 g/L、抗坏血酸 3 g/L、动物水解蛋白3 g/L、PEG1000 1g/L、对苯二酚4 g/L、超支化Gemini季铵盐 1 g/L、十二烷基硫酸钠0.05 g/L、硫代硫酸钠0.05 g/L；

（4）除氢：对电镀后的物品放入到豆油中在185℃下进行除氢处理，然后自然冷却后擦去浮油即可；

（5）憎水处理：对除氢处理后的物品的镀层表面通过含有质量分数为8%憎水剂BH-102的憎水溶液进行憎水处理；

（6）醇洗、水洗、吹干：将憎水处理后的物品先用体积分数为50%的乙醇水溶液清洗一次，然后再用去离子水进行清洗三遍，然后吹干。

实施例 2

一种铅锡铜合金电镀工艺，包括如下步骤:

（1）除油除锈：将待电镀的工件放入到滚桶中，滚桶中装有1/2体积的除油除锈水浴，该除油除锈水浴中含有：促进剂NS 3g/L，扩散剂DN 2g/L、渗透剂JFC 2.5g/L、木屑4.5g/L、聚丙烯酸钠50000 1.4 g/L、碳酸钠25 g/L、硅酸钠13 g/L、十二烷基硫酸钠2.5g/L、氯化钠4.5g/L、松香粉3g/L，室温下浸泡30min，然后80 r/min 的转速转动下清洗45min，达到除油除锈的目的；

（2）超声波清洗：经过除油除锈后的工件在40℃的超声波体积分数为25%的乙醇水溶液中进行超声处理1-2 min，超声波频率为45Hz；清洗结束后重新注入清水在同样的超声条件下清洗两次，最后吹干即可；

（3）电镀：使用电镀液对经过前处理的物品进行电镀处理，具体电镀过程为：首先对需要电镀的物品进行预热，预热8min，预热温度为20℃；然后将预热后的物品放入到电镀液中进行电镀处理，电镀过程中采用锡和铅质量比为9:1的合金阳极，电镀时的电镀温度为23℃，电镀的电流密度为2.5A/dm2 ，电镀时间为45min；电镀过程中使用的电镀液成分如下：

甲基磺酸铅100 g/L、甲基磺酸锡10g/L、甲基磺酸铜3 g/L、甲基磺酸140 g/L、抗坏血酸 4g/L、动物水解蛋白4g/L、PEG1000 1.5g/L、对苯二酚5 g/L、超支化Gemini季铵盐 1.5 g/L、十二烷基硫酸钠0.1 g/L、硫代硫酸钠0.1 g/L；

（4）除氢：对电镀后的物品放入到豆油中在190℃下进行除氢处理，然后自然冷却后擦去浮油即可；

（5）憎水处理：对除氢处理后的物品的镀层表面通过含有质量分数为9%憎水剂BH-102的憎水溶液进行憎水处理；

（6）醇洗、水洗、吹干：将憎水处理后的物品先用体积分数为50%的乙醇水溶液清洗一次，然后再用去离子水进行清洗三遍，然后吹干。

实施例 3

一种铅锡铜合金电镀工艺，包括如下步骤:

（1）除油除锈：将待电镀的工件放入到滚桶中，滚桶中装有1/2体积的除油除锈水浴，该除油除锈水浴中含有：促进剂NS 3.5g/L，扩散剂DN 2.5g/L、渗透剂JFC 3g/L、木屑5 g/L、聚丙烯酸钠60000 1.6 g/L、碳酸钠30 g/L、硅酸钠15 g/L、十二烷基硫酸钠3 g/L、氯化钠5 g/L、松香粉3.5g/L，室温下浸泡35min，然后100 r/min 的转速转动下清洗60min，达到除油除锈的目的；

（2）超声波清洗：经过除油除锈后的工件在40℃的超声波体积分数为30%的乙醇水溶液中进行超声处理1-2 min，超声波频率为45Hz；清洗结束后重新注入清水在同样的超声条件下清洗两次，最后吹干即可；

（3）电镀：使用电镀液对经过前处理的物品进行电镀处理，具体电镀过程为：首先对需要电镀的物品进行预热，预热10min，预热温度为20℃；然后将预热后的物品放入到电镀液中进行电镀处理，电镀过程中采用锡和铅质量比为9:1的合金阳极，电镀时的电镀温度为25℃，电镀的电流密度为3A/dm2 ，电镀时间为50min；电镀过程中使用的电镀液成分如下：

甲基磺酸铅105 g/L、甲基磺酸锡12 g/L、甲基磺酸铜4 g/L、甲基磺酸145 g/L、抗坏血酸5 g/L、动物水解蛋白5 g/L、PEG20000 2g/L、对苯二酚6 g/L、超支化Gemini季铵盐2 g/L、十二烷基硫酸钠0.15 g/L、硫代硫酸钠0.15 g/L；

（4）除氢：对电镀后的物品放入到豆油中在195℃下进行除氢处理，然后自然冷却后擦去浮油即可；

（5）憎水处理：对除氢处理后的物品的镀层表面通过含有质量分数为10%憎水剂BH-102的憎水溶液进行憎水处理；

（6）醇洗、水洗、吹干：将憎水处理后的物品先用体积分数为50%的乙醇水溶液清洗一次，然后再用去离子水进行清洗三遍，然后吹干。

最后需要在此指出的是：以上仅是本发明的部分优选实施例，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种铅锡铜合金电镀工艺，其特征在于：包括如下步骤:

（1）除油除锈：将待电镀的工件放入到滚桶中，滚桶中装有1/2体积的除油除锈水浴，该除油除锈水浴中含有：促进剂 2.5-3.5g/L，扩散剂1.5-2.5g/L、渗透剂2-3g/L、木屑4-5 g/L、螯合剂1.2-1.6 g/L、碳酸钠20-30 g/L、硅酸钠10-15 g/L、十二烷基硫酸钠2-3 g/L、氯化钠4-5 g/L、松香粉2.5-3.5g/L，室温下浸泡25-35min，然后60-100 r/min 的转速转动下清洗30-60min，达到除油除锈的目的；

（2）超声波清洗：经过除油除锈后的工件在40℃的超声波体积分数为20-30%的乙醇水溶液中进行超声处理1-2 min，超声波频率为45Hz；清洗结束后重新注入清水在同样的超声条件下清洗两次，最后吹干即可；

（3）电镀：使用电镀液对经过前处理的物品进行电镀处理，具体电镀过程为：首先对需要电镀的物品进行预热，预热5-10min，预热温度为20℃；然后将预热后的物品放入到电镀液中进行电镀处理，电镀过程中采用锡和铅质量比为9:1的合金阳极，电镀时的电镀温度为20-25℃，电镀的电流密度为2-3A/dm2 ，电镀时间为40-50min；电镀过程中使用的电镀液成分如下：

甲基磺酸铅95-105 g/L、甲基磺酸锡8-12 g/L、甲基磺酸铜2-4 g/L、甲基磺酸135-145 g/L、抗坏血酸 3-5 g/L、动物水解蛋白3-5 g/L、聚乙二醇 1-2g/L、对苯二酚4-6 g/L、超支化Gemini季铵盐 1-2 g/L、十二烷基硫酸钠0.05-0.15 g/L、硫代硫酸钠0.05-0.15 g/L；

（4）除氢：对电镀后的物品放入到豆油中在185-195℃下进行除氢处理，然后自然冷却后擦去浮油即可；

（5）憎水处理：对除氢处理后的物品的镀层表面通过含有质量分数为8-10%憎水剂的憎水溶液进行憎水处理；

（6）醇洗、水洗、吹干：将憎水处理后的物品先用体积分数为50%的乙醇水溶液清洗一次，然后再用去离子水进行清洗三遍，然后吹干。

2.根据权利要求1所述的铅锡铜合金电镀工艺，其特征在于：所述步骤1中所述的促进剂为促进剂NS，所述扩散剂为扩散剂DN，所述渗透剂为渗透剂JFC、所述螯合剂为相对分子质量为50000-60000的聚丙烯酸钠。

3.根据权利要求1所述的铅锡铜合金电镀工艺，其特征在于：所述步骤3中采用的聚乙二醇为PEG1000或PEG20000。

4.根据权利要求1所述的铅锡铜合金电镀工艺，其特征在于：所述步骤5中采用的憎水剂为憎水剂BH-102。