CN106065486A - 一种无氰电镀铜用复合添加剂及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无氰电镀铜用复合添加剂,其特殊之处在于复合添加剂中包含主络合物、表面活性剂、pH调节剂。本发明还公开了一种采用该复合添加剂制备电镀铜的生产工艺。该电镀体系是无氰、无毒、环保的,其制造的电镀铜层与基体的结合力良好,镀层表面平整无枝晶生长,结晶细致光亮,镀层纯度≥99.0%。采用上述复合添加剂,得到了电镀体系稳定,加工工艺简单且加工成本低的电镀铜。

Description

一种无氰电镀铜用复合添加剂及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种无氰电镀体系中电镀铜所用的复合添加剂,及利用该添加剂生产电镀铜工艺,属于电镀工艺技术领域。
背景技术
电镀是对基体表面进行的装饰、保护以及得到某些具有特殊性能的一种表面工程技术。电镀工艺技术是一种可以改变材料表面特性,通常应用于金属表面保护、装饰或用于实现其他特殊功能,也是表面处理中重要的组成部分。
氰化镀铜就一直被广泛的运用在整个电镀行业中。氰化物是一类具有超强络合能力和表面活性的无机化合物,主要是利用CN-离子与大多数金属离子的这种超强络合能力,以提高金属离子放电还原的阴极极化而获得均匀致密的金属镀层。该电解溶液自身的优点是具有良好的分散能力和较好的覆盖能力;溶液呈碱性,因此有一定的去污能力。氰化物溶液镀铜不仅能够直接在钢铁基体、锌合金压铸件上进行,不会发生置换铜反应影响,镀层与基体金属的结合力强,而且电镀工艺十分简单可靠、镀液性能良好、维护也十分容易。
然而,氰化物溶液镀铜的电流效率比较低,而且随着电流密度的上升而急剧下降。另外,氰化物溶液也能与空气中的CO2作用发生氰化物碳酸化,同时产生有毒的HCN而不够稳定。同时氰化物作为剧毒药品,在生产、运输和使用过程中,都有可能对环境和人员造成很大的安全隐患。现在的无氰镀铜工艺因为在镀液、镀层和工艺上都存在一定的缺陷,因此深入开展无氰镀铜体系的研究就显得尤为有必要,寻找无毒、环保的电镀工艺,减少对人类和环境的危害,实行绿色的电镀产业,是当前电镀工作者所必需要解决研究的课题。
发明内容
本发明的目的在于针对传统氰化物电镀铜体系的技术不足,提供一种无毒、环保的无氰电镀铜用复合添加剂,使制造的电镀铜层与基体的结合力良好,镀层表面平整无枝晶生长,结晶细致光亮,镀层纯度≥99.0%。
本发明的另一个目的在于提供一种采用上述复合添加剂,电镀体系稳定,加工工艺简单且加工成本低的无氰电镀铜生产工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的:
针对现有氰化物镀铜体系技术中氰化物有毒、污染重、电流效率低等问题,本发明人先对改善电镀铜体系的添加剂进行研究,采用无氰电镀铜用复合添加剂。
首先,本发明人通过大量的添加剂配方方案设计和实验数据分析后,确定了复合添加剂配方中的各组分。一种无氰电镀铜用复合添加剂,其特殊之处在于复合添加剂中包含主络合物、表面活性剂、pH调节剂,其中主络合物为酒石酸氢钾、酒石酸、酒石酸钾、D-酒石酸二氢钾、酒石酸钾钠、柠檬酸、柠檬酸钠中的一种,表面活性剂为三乙醇胺、二乙烯三胺、六次甲基四胺、环氧氯丙烷、1,4-丁炔二醇、硫脲、烯丙基硫脲、聚乙二醇-6000(P)、2-疏基苯并咪唑(M)、2-硫脲嘧啶、2-乙基己基硫酸钠中的一种或任意比例的几种的混合物,pH调节剂为氢氧化钾、氨水、氢氧化钠中的一种。
上述原料的用量为,每升电镀铜电解液中复合添加剂分别为:0.05~5.0mol/L主络合物、0.01~0.5g/L表面活性剂、pH调节剂调节pH为9~13。
上述原料的最佳用量为,每升电镀铜电解液中复合添加剂分别为:0.1~1.0mol/L主络合物、0.05~0.2g/L表面活性剂、pH调节剂调节pH为9.5~10.5。
本发明还提供一种无氰电镀铜生产工艺,该生产工艺是在现有无氰电镀铜生产工艺基础上,结合本发明的复合添加剂,具体对生产工艺中一些参数进行了优化处理,从而得到了电镀体系稳定,加工工艺简单且加工成本低的电镀铜。
本发明的无氰电镀铜生产工艺,其流程是先配制电镀液,再将镀件预处理,之后镀件电镀,最后经过镀件后处理。其具体操作过程如下所示:
步骤1.配制电镀液
称取所需量的0.05~0.5mol/L主盐、0.5~3mol/L导电盐,溶于占总体积的3/4左右的去离子水中。再加入0.1~1.0mol/L主络合物、0~0.2g/L表面活性剂。最后用高浓度的pH调节剂调节pH为9.5~10.5左右,不断搅拌使所有药品溶解后,再加入去离子水至所需体积,并在用低浓度的氢氧化钾溶液微调使pH为9.5~10.5。
上述步骤1中,所述的主盐为氯化铜和硫酸铜中的一种。
上述步骤1中,所述的导电盐为与所使用主盐阴离子一致的氯化钾、氯化钠、硫酸钾、硫酸钠中的一种或任意比例的两种的混合物。
步骤2.镀件预处理
镀件平整可用400目、600目、1000目砂纸依次打磨除锈。之后用稀酸溶液中酸洗、自来水冲洗、乙醇清洗去除表面有机物、去离子水清洗待用。
步骤3.镀件电镀
将镀件放入电镀槽中,镀件与阳极(紫铜板)的极间距为4.5~5.5cm,电解液温度20~40℃,直流恒压电解的电压为0.4~1.0V,根据所需镀层厚度决定电镀时间为0.5~3.0h。
步骤4.镀件后处理
电镀结束后用温水和常温自来水清洗镀件,然后用吹风机吹干。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1.本发明的无氰电镀铜用复合添加剂,首次采用表面活性剂和主络合物共同作用,使制造的电镀铜层与基体的结合力良好,镀层表面平整无枝晶生长,结晶细致光亮。
2.本发明的无氰电镀铜用复合添加剂,其配方中各组分的用量均是优化所得,实际操作时,只需要根据具体情况调节添加剂的用量。
3.本发明的无氰电镀铜体系稳定,无氰电镀铜生产工艺简单且加工成本低的。
4.本发明的无氰电镀铜体系是无毒、环保的。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
下面结合本发明的具体实施方案,进一步说明本发明的技术方案,但本发明的实施方式不限于以下具体实施方案。
实施例一:
本实施例的无氰电镀铜生产工艺,其流程是先配制电镀液,再将镀件预处理,之后镀件电镀,最后经过镀件后处理。其具体操作过程如下所示:
步骤1.配制电镀液
称取所需量的0.05mol/L氯化铜、0.5mol/L氯化钾,溶于占总体积的3/4左右的去离子水中。再加入0.1mol/L酒石酸氢钾、0.05g/L三乙醇胺。最后用高浓度的KOH溶液调节pH为10.5左右,不断搅拌使所有药品溶解后,再加入去离子水至所需体积,并在用低浓度的KOH溶液微调使pH为10.5。
步骤2.镀件预处理
镀件用400目、600目、1000目砂纸依次打磨除锈。之后用稀酸溶液中酸洗、自来水冲洗、乙醇清洗去除表面有机物、去离子水清洗待用。
步骤3.镀件电镀
将镀件放入电镀槽中,镀件与阳极(紫铜板)的极间距为4.5cm,电解液温度30℃,直流恒压电解的电压为0.6V,根据所需镀层厚度决定电镀时间为0.5h。
步骤4.镀件后处理
电镀结束后用温水和常温自来水清洗镀件,然后用吹风机吹干。
采用本发明复合添加剂及其生产工艺制备的电镀铜纯度达99.8%,镀层厚度为8.0微米,镀铜层平整、致密、光亮。
实施例二:
本实施例的无氰电镀铜生产工艺,其流程是先配制电镀液,再将镀件预处理,之后镀件电镀,最后经过镀件后处理。其具体操作过程如下所示:
步骤1.配制电镀液
称取所需量的0.5mol/L氯化铜、3.0mol/L氯化钠,溶于占总体积的3/4左右的去离子水中。再加入0.3mol/L柠檬酸钠、0.02g/L二乙烯三胺、0.03g/L硫脲、0.1g/L聚乙二醇-6000(P)。最后用高浓度的NaOH溶液调节pH为10.0左右,不断搅拌使所有药品溶解后,再加入去离子水至所需体积,并在用低浓度的NaOH溶液微调使pH为10.0。
步骤2.镀件预处理
镀件用400目、600目、1000目砂纸依次打磨除锈。之后用稀酸溶液中酸洗、自来水冲洗、乙醇清洗去除表面有机物、去离子水清洗待用。
步骤3.镀件电镀
将镀件放入电镀槽中,镀件与阳极(紫铜板)的极间距为5.0cm,电解液温度20℃,直流恒压电解的电压为1.0V,根据所需镀层厚度决定电镀时间为3.0h。
步骤4.镀件后处理
电镀结束后用温水和常温自来水清洗镀件,然后用吹风机吹干。
采用本发明复合添加剂及其生产工艺制备的电镀铜纯度达99.0%,镀层厚度为12.0微米,镀铜层平整、致密、光亮。
实施例三:
本实施例的无氰电镀铜生产工艺,其流程是先配制电镀液,再将镀件预处理,之后镀件电镀,最后经过镀件后处理。其具体操作过程如下所示:
步骤1.配制电镀液
称取所需量的0.15mol/L硫酸铜、0.5mol/L硫酸钾、1.0mol/L硫酸钠,溶于占总体积的3/4左右的去离子水中。再加入0.6mol/L酒石酸钾钠、0.02g/L六次甲基四胺、0.08g/L2-硫脲嘧啶。最后用高浓度的氨水调节pH为9.5左右,不断搅拌使所有药品溶解后,再加入去离子水至所需体积,并在用低浓度的氨水微调使pH为9.5。
步骤2.镀件预处理
镀件平整可用400目、600目、1000目砂纸依次打磨除锈。之后用稀酸溶液中酸洗、自来水冲洗、乙醇清洗去除表面有机物、去离子水清洗待用。
步骤3.镀件电镀
将镀件放入电镀槽中,镀件与阳极(紫铜板)的极间距为5.5cm,电解液温度40℃,直流恒压电解的电压为0.4V,根据所需镀层厚度决定电镀时间为2.0h。
步骤4.镀件后处理
电镀结束后用温水和常温自来水清洗镀件,然后用吹风机吹干。
采用本发明复合添加剂及其生产工艺制备的电镀铜纯度达99.9%,镀层厚度为10.5微米,镀铜层平整、致密、光亮。
实施例四:
本实施例的无氰电镀铜生产工艺,其流程是先配制电镀液,再将镀件预处理,之后镀件电镀,最后经过镀件后处理。其具体操作过程如下所示:
步骤1.配制电镀液
称取所需量的0.3mol/L硫酸铜、1.0mol/L硫酸钾,溶于占总体积的3/4左右的去离子水中。再加入1.0mol/L酒石酸、0.02g/L环氧氯丙烷、0.02g/L 1,4-丁炔二醇、0.06g/L 2-疏基苯并咪唑(M)、0.04g/L烯丙基硫脲、0.06g/L 2-乙基己基硫酸钠。最后用高浓度的KOH溶液调节pH为10.0左右,不断搅拌使所有药品溶解后,再加入去离子水至所需体积,并在用低浓度的KOH溶液微调使pH为10.0。
步骤2.镀件预处理
镀件用400目、600目、1000目砂纸依次打磨除锈。之后用稀酸溶液中酸洗、自来水冲洗、乙醇清洗去除表面有机物、去离子水清洗待用。
步骤3.镀件电镀
将镀件放入电镀槽中,镀件与阳极(紫铜板)的极间距为5.0cm,电解液温度25℃,直流恒压电解的电压为0.8V,根据所需镀层厚度决定电镀时间为1.5h。
步骤4.镀件后处理
电镀结束后用温水和常温自来水清洗镀件,然后用吹风机吹干。
采用本发明复合添加剂及其生产工艺制备的电镀铜纯度达99.4%,镀层厚度为10.8微米,镀铜层平整、致密、光亮。

Claims (6)

1.一种无氰电镀铜用复合添加剂,其特殊之处在于复合添加剂中包含主络合物、表面活性剂、pH调节剂,其中主络合物为酒石酸氢钾、酒石酸、酒石酸钾、D-酒石酸二氢钾、酒石酸钾钠、柠檬酸、柠檬酸钠中的一种,表面活性剂为三乙醇胺、二乙烯三胺、六次甲基四胺、环氧氯丙烷、1,4-丁炔二醇、硫脲、烯丙基硫脲、聚乙二醇-6000(P)、2-疏基苯并咪唑(M)、2-硫脲嘧啶、2-乙基己基硫酸钠中的一种或任意比例的几种的混合物,pH调节剂为氢氧化钾、氨水、氢氧化钠中的一种。
2.按照权利要求1所述一种无氰电镀铜用复合添加剂,其特征在于上述原料的用量为,每升电镀铜电解液中复合添加剂分别为:0.05~5.0mol/L主络合物、0.01~0.5g/L表面活性剂、pH调节剂调节pH为9~13。
3.按照权利要求2所述一种高纯阴极铜用复合添加剂,其特征在于上述原料的最佳用量为,每升电镀铜电解液中复合添加剂分别为:0.1~1.0mol/L主络合物、0.05~0.2g/L表面活性剂、pH调节剂调节pH为9.5~10.5。
4.一种采用权利要求1所述无氰电镀铜用复合添加剂制备电镀铜的生产工艺,其特征在于,包含如下步骤:
步骤1)配制电镀液
称取所需量的0.05~0.5mol/L主盐、0.5~3mol/L导电盐,溶于占总体积的3/4左右的去离子水中。再加入0.1~1.0mol/L主络合物、0~0.2g/L表面活性剂。最后用高浓度的pH调节剂调节pH为9.5~10.5左右,不断搅拌使所有药品溶解后,再加入去离子水至所需体积,并在用低浓度的氢氧化钾溶液微调使pH为9.5~10.5。
步骤2)镀件预处理
镀件平整可用400目、600目、1000目砂纸依次打磨除锈。之后用稀酸溶液中酸洗、自来水冲洗、乙醇清洗去除表面有机物、去离子水清洗待用。
步骤3)镀件电镀
将镀件放入电镀槽中,镀件与阳极(紫铜板)的极间距为4.5~5.5cm,电解液温度20~40℃,直流恒压电解的电压为0.4~1.0V,根据所需镀层厚度决定电镀时间为0.5~3.0h。
步骤4)镀件后处理
电镀结束后用温水和常温自来水清洗镀件,然后用吹风机吹干。
5.按照权利要求4所述一种高纯阴极铜用复合添加剂,其特征在于所述的主盐为氯化铜和硫酸铜中的一种。
6.按照权利要求4所述一种高纯阴极铜用复合添加剂,其特征在于所述的导电盐为与所使用主盐阴离子一致的氯化钾、氯化钠、硫酸钾、硫酸钠中的一种或任意比例的两种的混合物。
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