CN105671602A

CN105671602A - 一种无氰亚硫酸盐的Au-Cu合金电镀液及应用

Info

Publication number: CN105671602A
Application number: CN201610147125.6A
Authority: CN
Inventors: 金洙吉; 孙博宇; 王宇; 戴恒震
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2016-06-15

Abstract

本发明提供一种无氰亚硫酸盐的Au-Cu合金电镀液，该Au-Cu合金电镀液包括亚硫酸金盐、硫酸铜、亚硫酸盐、HEDP和硫酸钾；亚硫酸盐为Au的主配位剂，HEDP为Au的辅助配位剂和Cu的主配位剂，HEDP的加入能够提高电化学极化作用从而提高镀层质量，并且提高亚硫酸金盐的稳定性。采用脉冲电镀法将上述Au-Cu合金电镀液用于金属表面镀Au-Cu合金。本发明镀液稳定性好，所得镀层仅含金、铜元素；镀层表面细致均匀，孔隙率低，平整性好，无裂纹；镀层硬度高，结合力、耐腐蚀性好。

Description

一种无氰亚硫酸盐的Au-Cu合金电镀液及应用

技术领域

本发明属于特种加工技术领域，特别涉及到一种无氰亚硫酸盐的Au-Cu合金电镀液及其工艺。

背景技术

金-铜合金镀层在保证金良好的导电性和耐蚀性等物理化学性能的同时，与纯金镀层相比，大幅度地提高了镀层的硬度和耐磨性。因其良好的物理化学性能，金-铜合金镀层被广泛应用于制造电器、印刷电路板等电子元件，以及精饰加工领域中。传统的氰化物镀金工艺，镀液的稳定性好，所得镀层的表面质量优异，但是因其选用氰化物为金的配合物，镀液毒性大，对操作工人的危害较大，不利于环保。相比于氰化物镀金工艺，无氰亚硫酸钠镀金工艺由于不含氰化物，镀液无毒无害，利于环保。但是，仅选用亚硫酸钠作金的配位剂时，镀层质量不好并且镀液稳定性太差，必须选择其它化合物作为金的辅助配位剂，来提高镀液的稳定性。

目前国内外对无氰电镀合金工艺的虽然研究较多，但是镀液的稳定性和镀层的表面质量都不很理想，没有达到完全取代氰化物镀金工艺的成熟度。例如专利CN101899688B和CN101899688B研究镀金中,主络合剂采用巴比妥或其盐，辅助络合剂采用有机多磷酸并没有给出具体镀层质量和镀液稳定性评价。专利CN105112953A镀金中主络合剂为亚硫酸盐，稳定剂为羧酸或有机多磷酸，但是其有机多磷酸并没有包括本发明中的HEDP，工艺范围也不相同，同样没有给出详细的镀层检测结果。因此，发明一种新的无氰电镀金-铜合金的电镀液及其工艺具有重要的研究意义及科研价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在无氰镀金领域提高镀层质量和镀液稳定性，针对现有技术的不足，本发明提供一种无氰亚硫酸盐的Au-Cu合金电镀液，Au-Cu合金电镀液以亚硫酸盐为Au的主配位剂，HEDP为Au的辅助配位剂和Cu的主配位剂，HEDP的加入能够提高电化学极化作用从而提高镀层质量，并且提高亚硫酸金盐的稳定性；采用脉冲电镀方法在Cu上镀Au-Cu合金可以减少浓差极化作用，提高镀层质量。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种无氰亚硫酸盐的Au-Cu合金电镀液包括亚硫酸金盐17.3-28.9g/L(金元素的浓度8-12g/L,金盐包括亚硫酸金钠或亚硫酸金钾)、0.5-1.5g/L硫酸铜、140-170g/L亚硫酸盐、40-80g/LHEDP和60-100g/L硫酸钾；所述的Au-Cu合金电镀液pH值为8.5-9.5。所述的亚硫酸金盐由金转换而成；所述的亚硫酸盐为亚硫酸金盐的主配位剂；HEDP为Au的辅助配位剂和Cu的主配位剂；硫酸钾为导电盐。

一种无氰亚硫酸盐的Au-Cu合金电镀液的制备方法：

(1)称取所需量的金丝，剪碎，并将其放入烧杯中。按照体积比3:1量取浓盐酸和浓硝酸，配置成王水。将王水倒入烧杯中，每1g金需要倒入10ml王水。将烧杯置于水浴锅中赶硝，水浴锅的温度应该保持在70～80℃。赶硝结束后，向烧杯中添加蒸馏水，使其体积恢复至赶硝前的体积。用高浓度的氢氧化钠溶液调节pH值到6-7后，将溶液倒入温度为50℃、浓度为10％的亚硫酸盐溶液中(每1g金需要3g的亚硫酸盐)，然后，用低浓度的氢氧化钠溶液调节pH值到8-9，即可得到试验所需的亚硫酸金盐溶液。

(2)将一定量的亚硫酸盐粉末和硫酸钾粉末混合后加入适量的蒸馏水，将混合物搅拌成糊状；加入适量HEDP搅拌均匀；加入配置的亚硫酸金钠溶液，搅拌至固体全部溶解得到溶液A。

(3)将硫酸铜用少量的蒸馏水溶解后，加入溶液A中，搅拌均匀得到溶液B，调节溶液B的pH值到8.5-9.5得到Au-Cu合金电镀液。

采用脉冲电镀法将上述Au-Cu合金电镀液用于金属表面镀Au-Cu合金，所述的金属包括Fe、Cu等常用金属基体。所述的电镀温度为40-60℃；脉冲电镀工艺参数为：电流密度0.2-0.4A/dm²、占空比10-20％、脉冲频率600-1000Hz。

本发明效果和益处是：所得镀层仅含金、铜元素；镀层表面细致均匀，孔隙率低，平整性好，无裂纹；镀层硬度高，结合力、耐腐蚀性好。镀液稳定性好。

附图说明

图1是实验装置示意图；

图2是镀层宏观图片；

图3为超景深显微镜在放大2000倍的条件下观察的镀层微观图片；

图中：1脉冲电源；2阳极；3阴极；4磁力搅拌转子；5Au-Cu合金电镀液；6烧杯；7恒温水浴锅。

具体实施方式

实施例1

本发明的技术方案是：一种以亚硫酸钠-HEDP为配位剂的无氰脉冲电镀金-铜合金镀液及其工艺，选择亚硫酸钠和HEDP作为配位剂，采用脉冲电镀的方法，具体制作步骤如下：

1)镀液的成分配比：金(以亚硫酸金钠形式加入，亚硫酸金钠21.6g/L)10g/L、硫酸铜1g/L、亚硫酸钠170g/L、羟基乙叉二膦酸HEDP60g/L、硫酸钾80g/L。

2)根据配方称取所需量的亚硫酸钠粉末和硫酸钾粉末置于烧杯中，在烧杯中加入适量的蒸馏水，将混合物搅拌成糊状；称取所需量的HEDP加入到烧杯中，搅拌均匀；移取计算量的亚硫酸金钠溶液，添加到烧杯中，搅拌至烧杯中的固体全部溶解，即可得到溶液A；称取所需量的CuSO4·5H2O，用少量的蒸馏水溶解后，再添加到溶液A中，搅拌均匀，即可得到溶液B；调节溶液B的pH值到9，并用少量蒸馏水定容至试验所需体积；将镀液过滤，即可得到最终所需合金镀液。

3)如图1所示，将纯金板接阳极2，工件接阴极3放入电镀液5中，采用脉冲电镀的方法，电镀工艺参数为：电流密度0.3A/dm²、占空比10％、脉冲频率1000Hz、镀液pH值9、电镀温度50℃。

4)图2为镀层宏观图片；图3为使用基恩士公司VHX-600E的超景深显微镜在放大2000倍的条件下观察的镀层微观图片。如图2、3所示，镀层表面细致均匀，孔隙率低，平整性好。无裂纹X射线荧光光谱仪测试结果表明，镀层由金和铜组成，不含有其它杂质，其中金质量分数90.23％，铜质量分数9.77％。将试样放入300℃的烘箱中持续加热30min，取出镀件放入冷水中骤冷，观察镀层无起皮和脱落；弯曲试验为将镀件正反两次弯折90°后，镀层无起皮和脱落，说明金-铜镀层与基体的结合力良好；将镀件浸泡在浓硝酸中1h后，放入250℃烘箱中加热半小时，观察镀层表面没有发生腐蚀测试结果表明，金-铜镀层耐蚀性良好。镀层显微硬度值190.43Hv大于金55.08Hv和紫铜138.33Hv。

本实验配方所得镀金液，在放置60天后，镀液依然清澈透明，无任何不溶物析出，可以继续使用，能够得到性能优异的镀层。同时，镀液连续电镀10小时后，依然可以继续使用，得到性能优异的镀层，说明镀液的稳定性较好。

实施例2

1)镀液的成分配比：金(以亚硫酸金钠形式加入，亚硫酸金钠25.9g/L)12g/L、硫酸铜0.5g/L、亚硫酸钠140g/L、HEDP60g/L、硫酸钾60g/L。

2)电镀工艺参数为：电流密度0.3A/dm²、占空比10％、脉冲频率1000Hz、镀液pH值9、电镀温度60℃。所得镀层硬度192.88Hv，表面细致均匀，孔隙率低，平整性好。

实施例3

1)镀液的成分配比：金(以亚硫酸金钠形式加入，亚硫酸金钠17.3g/L)8g/L、硫酸铜1.5g/L、亚硫酸钠170g/L、HEDP80g/L、硫酸钾80g/L。

2)电镀工艺参数为：电流密度0.4A/dm²、占空比10％、脉冲频率1000Hz、镀液pH值9.5、电镀温度40℃。所得镀层硬度203.89Hv，表面细致均匀，孔隙率低，平整性好。

Claims

1.一种无氰亚硫酸盐的Au-Cu合金电镀液，其特征在于，Au-Cu合金电镀液包括17.3-28.9g/L亚硫酸金盐、0.5-1.5g/L硫酸铜、140-170g/L亚硫酸盐、40-80g/LHEDP和60-100g/L硫酸钾。

2.根据权利要求1所述的Au-Cu合金电镀液，其特征在于，所述的Au-Cu合金电镀液pH值为8.5-9.5。

3.权利要求1或2所述的Au-Cu合金电镀液用于金属表面镀Au-Cu合金，其特征在于，具体方法为脉冲电镀法；所述的电镀温度为40-60℃；所述的脉冲电镀工艺参数为：电流密度0.2-0.4A/dm²、占空比10-20％、脉冲频率600-1000Hz。