CN106521577A - 铋电镀浴和将铋电镀于基板上的方法 - Google Patents

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Abstract

酸铋电镀浴在浴液寿命期间是稳定的并且具有高电流效率。由于浴液组分数目减少，因此铋浴容易控制。

Description

铋电镀浴和将铋电镀于基板上的方法
技术领域
本发明涉及铋电镀浴和将铋电镀于基板上的方法。更确切地说，本发明涉及铋电镀浴和将铋电镀于基板上的方法，其中在浴液寿命期间，铋电镀浴由于浴液组分最少而稳定、容易控制，电镀速度快并且具有高电流效率。
背景技术
与电解合金电镀工艺(其中例如将铋和至少一种例如锡、铜以及铅的其它金属电镀以形成二元、三元或四元金属合金沉积物)相反，最近对用于电镀铋金属的电解铋电镀工艺的需求增加。这种合金典型地已包括铋作为第二或第三种组分，而另一种或其它金属在合金中占主导。虽然铋电镀浴和工艺为人所知已有些时日，例如U.S.3,256,160中所揭露的用于将铋直接电镀于钢上的铋电镀浴，但这种浴由于其不稳定(例如由于浴液添加剂不相容或浴液组分过早分解)、电镀速度慢并且电流效率百分比低而已难以发挥作用，因此对于工业来说，总体效率低并且成本高。低百分比电流效率典型地意味着在电镀期间，不希望的副反应随着主反应一起发生。另外，低百分比电流效率导致电镀速度慢。
铋金属由于其抗腐蚀和抗卡死特性而在多个行业中高度需要。铋具有良好的耐磨损性和良好的耐疲劳性。铋还具有在固化时膨胀的独特特点，从而具有所要的顺应特性。铋的特性使得其作为轴承金属是非常理想的，例如在内燃发动机(汽油与柴油)中。轴承(例如径向轴承)需要良好表面特性，原因在于其必须抵靠着配合表面滑动但不引起任一表面磨损并且不会“卡死”(即，熔接到配合表面)。这种特性典型地要求金属或合金是软的并且具有相对低的熔点，或含有低熔点成分。金属或合金还需要能够承载配合表面所施加的负荷，其性质往往呈环状，不会使轴承断裂或疲劳。足够的硬度也是一种重要特性，因此理想的是，适合金属或合金必须具有所有前述特性的适当平衡。
由于近期的内燃发动机(特别是柴油发动机)具有高输出的倾向，因此涂布轴承的金属上覆层由于疲劳以及其它物理应力而发生剥离。另外，润滑油中所形成的腐蚀性有机酸对上覆层产生腐蚀。构成轴承上覆层的金属或金属合金典型地通过电解电镀、烧结、溅镀、滚动粘结以及浇铸工艺来沉积；然而，若用这种工艺沉积多孔层，则上覆层的可靠性降低，而抗疲劳性和均匀腐蚀速率可能会增加。
因此，需要铋电镀浴稳定并且在高百分比的电流效率下、按高电镀速率电镀均匀的铋金属沉积物，并且可以用于制造需要良好抗疲劳性、抗磨损性和抗腐蚀性的轴承。
发明内容
本发明涉及包含一或多个铋离子源；一或多种酸；以及一或多种聚氧乙烯芳基醚的铋电镀浴；所述铋电镀浴不含合金化金属。
本发明还针对一种电镀铋金属的方法，所述方法包含：提供基板；提供包含一或多个铋离子源、一或多种酸以及一或多种聚氧乙烯芳基醚的铋电镀浴，所述铋电镀浴不含合金化金属；使所述基板与所述铋电镀浴接触；对所述铋电镀浴和基板施加电流；以及将铋电镀于所述基板上。
本发明的铋电镀浴在浴液寿命期间是稳定的并且具有高百分比的电流效率。铋电镀浴由于其与多种常规铋电镀浴相比具有最少的浴液添加剂而在电镀过程中容易控制。由于待补充的组分的量减少并且在操作期间分析的参数个数也减少，因此浴液添加剂减少使得铋电镀浴更经济。铋沉积物具有无光泽的外观并且具有大致均匀的颗粒结构。铋电镀浴可以用于将铋电镀于需要电镀铋的基板上。铋电镀浴可以用于制造发动机(例如汽油发动机和柴油发动机)的轴承。铋电镀浴典型地用于将铋金属电镀于轴承上覆层上。
附图说明
图1是在霍尔槽(Hull cell)上按2A电镀3分钟的无光泽铋金属沉积物的照片并且展示1-12ASD电流密度范围内的铋沉积物外观。
图2是本发明铋电镀浴的电镀速度(微米/分钟)相对于电流密度(ASD)的图。
图3是本发明铋电镀浴的％CE相对于浴龄(Ah/L)的图。
图4是本发明铋电镀浴的％CE相对于电流密度的图。
图5是比较实例6的铋电镀浴的电镀速度(微米/分钟)相对于电流密度(ASD)的图。
图6是比较实例6的铋电镀浴的％CE相对于浴龄(Ah/L)的图。
具体实施方式
除非上下文另外明确说明，否则以下缩写具有以下含义：℃＝摄氏度；g＝克；mL＝毫升；L＝升；A＝安培；dm＝分米；ASD＝安培/平方分米；μm＝微米；cm＝厘米；％CE＝电流效率百分比；Ah/L＝安培小时/升或浴龄；h＝小时；DI＝去离子；DC＝直流电；XRF＝X射线荧光；Ph＝苯基；以及铋离子＝铋(III)＝Bi3+。
除非另外指明，否则所有百分比和比率都按重量计。所有范围是包括性的并且可按任何顺序组合，但逻辑上这种数值范围限于总计为100％。
如本说明书通篇所使用，术语“电镀(plating)”和“电镀(electroplating)”可互换使用。不定冠词“一(a)”和“一(an)”希望包括单数与复数。术语“电流效率”意指有效涉及所预期电化学反应的所施电流或电荷的分率。
本发明涉及稳定的水基铋金属电镀浴，其沉积均匀的无光泽铋金属。铋金属沉积物还具有大致均匀的粒度。所述浴液的电镀速度快并且电流效率百分比高。高百分比电流效率在电镀期间诱导较快的电镀速度和较少的非所要副反应。低电流效率典型地引起副反应，导致浴液添加剂通过氧化或还原而分解，因此浴液可能需要补充更多的组分以维持电镀。在低百分比的电流效率下，可溶性阳极还将更多的金属离子释放到浴液中，这会使浴液失去稳定并且使得控制更困难。高百分比电流效率允许使用可溶性阳极，与不溶性阳极相比，可溶性阳极允许电镀过程的控制更容易。不溶性阳极会引起浴液添加剂分解，典型地在阳极表面分解，并且在铋的情况下，电镀可以将铋(III)离子氧化成非所要的铋(V)离子。为了降低电镀的维持和操作成本，将浴液中的添加剂减到最少。浴液不含合金化金属，因此浴液沉积物大体上是100％铋金属。
虽然铋电镀浴可以按0.5ASD和更高的电流密度电镀，但达成95％到100％电流效率百分比的优选电流密度范围是0.5ASD到10ASD。无光泽沉积物可以在0.5ASD到高达25ASD的电流密度下获得。优选地，铋电镀浴在0.5ASD到10ASD的电流密度下沉积铋金属以获得最大电流效率和无光泽铋沉积物。电流密度更优选的是0.5ASD到8ASD。电镀温度典型地是室温到60℃，更典型地是30℃到50℃。
电镀浴的电流效率百分比或％CE可以通过以下程序及等式测定：
％CE＝[Mexp/Mth]x 100
变量Mexp是沉积物的实验质量，即，基板在电镀之前与之后的质量之间的差值，并且Mth是利用法拉第定律(Faraday's Law)测定的沉积物理论质量：
Mth＝(ItM)/zF，
其中I是所施电流，t是沉积时间，z是电镀元素的价数，M是电镀元素的摩尔质量并且F是法拉弟常数。
因此通过以下等式测定实验质量：
Mexp＝(mf-mi)，
其中mf是电镀之后的基板质量并且mi是电镀之前的基板质量。
可以测定任何单一沉积物的％CE。％CE是相对于浴龄或Ah/L表示，以展示浴液性能在电镀期间保持相对稳定。虽然测定％CE时的浴龄可以延长直至浴液寿命的终点，但浴龄参数经测定是在0Ah/L与100Ah/L之间。一般来说，这两种参数共同度量电镀浴的总体稳定性。在相对较长浴龄期间的％CE越高，电镀浴的稳定性越大。换而言之，若电镀浴在较长浴龄期间维持连续较高的恒定％CE和沉积物特性，则可以断定这种浴液非常稳定。％CE与Ah/L之间的关系为浴液在更换新补充物之前可以操作多长时间提供度量。本发明的铋电镀浴的浴液组成在浴液操作和维持条件下非常稳定。平均％CE的范围是90％到100％，优选95％到100％。
水性酸铋电镀浴包括一或多种铋离子源，其向电镀浴提供存在于溶液中的Bi3+离子。优选地，铋离子源具有水溶性。铋离子源包括(但不限于)烷烃磺酸的铋盐，例如甲烷磺酸铋、乙烷磺酸铋、丙烷磺酸铋、2-丙烷磺酸铋，以及对苯酚磺酸铋；烷醇磺酸的铋盐，例如羟基甲烷磺酸铋、2-羟基乙烷-1-磺酸铋以及2-羟基丁烷-1-磺酸铋；及铋盐，例如硝酸铋、硫酸铋及氯化铋。电镀浴中包含铋盐，以向高速电镀提供2g/L到60g/L、优选10g/L到40g/L、更优选25g/L到35g/L的量的铋离子并且向滚筒电镀提供5g/L到15g/L的量的铋离子。这种铋盐可市购或者可以根据化学文献中的揭露内容制得。其通常可购自多种来源，例如威斯康星州密尔沃基市的奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical Company,Milwaukee,Wisconsin)。
水基酸铋浴还包括一或多种酸，其提供浴用的电解质基质及pH小于1到2、优选小于1的酸。酸可以是有机或无机酸并且可以使用这种酸的混合物。无机酸包括(但不限于)硫酸、硝酸、盐酸及氨基磺酸。无机酸优选硫酸。无机酸包含于浴液中的含量为10g/L到200g/L，优选20g/L到100g/L，更优选30g/L到70g/L。
可以构成电解质基质的有机酸包括(但不限于)烷烃磺酸、烷醇磺酸及芳族磺酸。烷烃磺酸包括(但不限于)甲烷磺酸、乙烷磺酸、丙烷磺酸、1-丙烷磺酸、2-丙烷磺酸、1-丁烷磺酸、2-丁烷磺酸、戊烷磺酸、己烷磺酸、癸烷磺酸以及十二烷磺酸。烷醇磺酸包括(但不限于)1-羟基丙烷-2-磺酸、3-羟基丙烷-1-磺酸、4-羟基丁烷-1-磺酸、2-羟基己烷-1-磺酸、2-羟基癸烷-1-磺酸、2-羟基-十二烷-1-磺酸、2-羟基乙烷-1-磺酸、2-羟基丙烷-1-磺酸、2-羟基丁烷-1-磺酸及2-羟基戊烷-1-磺酸。芳族磺酸包括(但不限于)苯磺酸、烷基苯磺酸、苯酚磺酸、甲酚磺酸、磺基水杨酸、硝基苯磺酸、磺基苯甲酸以及二苯胺-4-磺酸。有机酸优选烷烃磺酸。有机酸优选水溶性。有机酸包含于浴中的含量为10g/L到400g/L，优选20g/L到180g/L。如上文所述的这种酸可以市购或者可以根据化学文献中的揭露内容制得。其通常可购自多种来源，例如威斯康星州密尔沃基市的奥德里奇化学公司。
铋电镀浴包括一或多种聚氧乙烯芳基醚。聚氧乙烯芳基醚优选地具有以下通式：
其中R1、R2和R3是相同或不同的并且是选自氢、直链或分支链(C1-C20)烷基和苯基，并且n是整数1到10。优选地，R1、R2及R3是相同或不同的并且是选自氢、直链或分支链(C1-C10)烷基和苯基。更优选地，R1、R2以及R3是相同或不同的并且是选自直链或分支链(C1-C5)烷基和苯基。最优选地，R1是苯基并且R2及R3是相同的并且是选自甲基、乙基和丙基，其中优选甲基。这种化合物的含量是0.5g/L到12g/L，化合物的含量更优选1g/L到7g/L。这种化合物可市购或者可以根据化学文献中的揭露内容制得。上述市售式(I)化合物的一个实例是获自艾迪科公司(Adeka Corporation)的ADEKA TOL PC-8。
水性酸铋浴中任选地可以包含一或多种消泡剂。可以使用常规消泡剂并且按常规量包含在内。消泡剂典型地按10mg/L到100mg/L的量包含在内。优选的市售消泡剂的一个实例是获自Inwoo公司(Gobiz Korea)的FOAMMS-293消泡剂，其包含5-癸炔4,7-二醇、2,4,7,9-四甲基(小于2.5wt％)和乙二醇(小于2.5wt％)混合物。
浴液中任选地可以包含一或多种胺氧化物表面活性剂；然而，优选的是电镀浴配方中排除这些胺氧化物表面活性剂。这种胺氧化物表面活性剂包括(但不限于)具有下式的胺氧化物叔胺化合物：
其中R4、R5及R6是相同或不同的并且是直链或分支链、被取代或未被取代的(C1-C20)烷基，其中取代基包括氧、羟基、酸、醛或磺酸基团。另外，一或多个碳原子可以被氮原子取代。
其它任选胺氧化物的实例是具有以下通式的酰胺丙基二甲胺氧化物：
其中R是直链或分支链(C8-C16)烷基；或
具有下式的叔胺氧化物：
其中m是整数8到14。
市售胺氧化物的一个实例是获自TOMAH Products公司的AO-455，其具有以下通用结构：
其中R如上文所定义并且x和y是整数，使得y-x不是0。
胺氧化物可以按0.05g/L到15g/L、优选0.1g/L到5g/L的量包含于浴液中。
铋电镀浴任选地包含一或多种抗菌剂。可以使用典型地包含于电镀浴中的常规抗菌剂。这种抗菌剂在所属领域中众所周知。其按常规量使用。
本发明的水性酸铋电镀浴优选地由以下各物组成：一或多种铋离子源、一或多种提供浴用电解质和酸基质的酸、一或多种聚氧乙烯芳基醚、一或多种选自消泡剂、胺氧化物表面活性剂和抗菌剂的任选添加剂，以及水。水性酸铋电镀浴更优选地由以下各物组成：一或多种铋离子源、一或多种提供浴用电解质和酸基质的酸、一或多种具有下式的聚氧乙烯芳基醚：
其中R1、R2、R3和变量n如上文所定义；任选的一或多种消泡剂，以及水。水性酸铋电镀浴最优选地由以下各物组成：一或多种铋离子源、一或多种提供浴用电解质和酸基质的酸、一或多种具有下式的聚氧乙烯芳基醚：
其中R1是苯基并且R2和R3是相同的并且是选自甲基、乙基和丙基，其中优选甲基，变量n如上文所定义；任选的一或多种消泡剂，以及水。水性酸铋电镀浴不含合金化金属以及可以典型地用于使金属沉积物变亮的金属。浴液优选地不含络合剂和螯合剂以及可以典型地包含于金属电镀浴中的其它添加剂。本发明的水性酸铋金属电镀浴具有最少的浴液添加剂以在电镀期间降低非所要添加剂相互作用和化学分解的可能性，非所要的添加剂相互作用和化学分解会导致浴液过早分解，由此需要浴液置换；电镀效率低以及电镀工艺的成本发生不想要的增加。
本发明的水性酸铋电镀浴可以用于在需要铋金属的各种基板上电镀铋金属沉积物。这种基板包括(但不限于)金属，例如铜、镍、各种铜合金，例如黄铜、青铜及铜铍合金。铋电镀浴还用于在轴承(例如存在于汽油及柴油发动机中的径向轴承)上电镀铋金属层。由于铋具有如上文所述的特性，因此轴承的一或多个层中典型包含铋。更典型地，涂布轴承金属合金基质的上覆层中包含铋作为金属。这种上覆层的厚度典型地在10μm到50μm范围内。虽然径向轴承结构可以在金属和金属合金层的具体数目和类型上不同，但一般来说，轴承沉积于典型为钢的基底或衬底结构上。轴承基质材料可以通过所属领域中已知的用于金属及金属合金的各种常规沉积方法沉积于钢基底上。一种方法是将一或多种金属邻近于钢基底溅镀(例如阴极溅镀)以形成轴承合金基质。包含基质的金属合金类型变化很大。金属合金的实例是铜基合金，例如含铅青铜、铝合金(例如铝-铜-硅-锡合金)、各种含银合金以及铅-锡合金。轴承基质典型地是铝合金或铜合金。接着使用本发明的铋电镀浴，邻近于轴承基质电镀铋金属层。电镀是在0.5ASD到25ASD、优选0.5ASD到10ASD、更优选0.5ASD到8ASD的电流密度下进行。电镀温度可以在室温到高达60℃的范围内，优选30℃到50℃。电镀进行至邻近于基质沉积所需厚度的铋金属。铋电镀厚度典型地为至少0.1μm，更典型地为1μm到30μm。接着可以通过电镀或其它常规方法将金属或金属合金沉积于所电镀的铋层上。这种金属包括(但不限于)铅、锡、镉、铟、锑或这些金属合金中的一或多种。包含铋金属层的上覆层中的金属和金属合金是在使得金属与金属合金之间发生扩散以形成轴承的最终上覆层的温度下退火。退火温度可以是至少100℃，典型地是100℃到200℃。可以使用常规方法在上覆层上任选地沉积锡或锡合金牺牲层。
以下实例是为了说明本发明而非旨在限制本发明范围而包括在内。
实例1
水性铋电镀浴如下表中所示制备。
表1
聚乙二醇对(a,a-二甲苯甲基)苯基单醚是获自Adeka美国公司(Hackensack,NJ)的市购产品ADEKA TOL PC-8表面活性剂。所述表面活性剂具有以下通式：
其中n是整数1到10。
2,4,7,9-四甲基5-癸炔4,7-二醇与乙二醇的混合物是获自Inwoo公司(GobizKorea)的市购产品FOAMMS-293消泡剂。电镀浴的其余部分是水。甲烷磺酸充当酸电解质。在搅拌下，在40℃下，将浴液组分添加到水中。
实例2
将铋电镀浴放置于具有可溶性铋阳极的常规黄铜霍尔槽中。电流设定为2A。DC电镀在40℃温度下进行3分钟。图1是在黄铜霍尔槽嵌板上所电镀的铋的照片。图1底部的比例尺的数字对应于沿着槽的特定位置的电流密度。标尺读数上的数字从左到右是10、8、6、4、3、2.5、2、1.5、1、0.8、0.6、0.4、0.2及0.1ASD。在1ASD到12ASD的电流密度范围内，电镀铋具有均匀的无光泽外观。
实例3
将实例1的铋电镀浴放置于具有可溶性铋阳极的另一个黄铜霍尔槽中。电流设为5A，电镀时间是一分钟并且电镀浴的温度设为40℃。在1ASD到25ASD的电流密度范围内，铋沉积物的外观是均匀无光泽的。通过在沿着霍尔槽的各种电流密度下测量铋沉积物的厚度来测定电镀速度。使用得自Helmut Fischer AG的X射线XDV-SD型荧光分析仪，通过XRF测量厚度。记录沿着霍尔槽的各种电流密度下的电镀速度，如表2所示，并且绘制成图，如图2所示。
表2
电流密度(ASD) 电镀时间(分钟) 厚度(微米)-三次测量 平均电镀速度(微米/分钟)
0.5 1 0.793；0.785；0.774 0.78
1 1 0.859；0.878；0.898 0.89
2 1 1.16；1.11；1.15 1.14
3.8 1 1.7；1.56；1.71 1.66
5 1 2.14；2.16；2.00 2.1
7.5 1 2.81；2.37；2.42 2.53
10 1 3.12；2.94；2.98 3.01
15 1 4.06；3.3；3.46 3.61
20 1 4.47；4.01；4.04 4.17
25 1 5.31；4.72；4.6 4.88
图2展示电镀速度随着电流密度增加而按近似线性速率增加。在低于10ASD的电流密度下，图呈线性。在高于10ASD的电流密度下，观察到稍微偏离线性。这意味着当施加高于10ASD的电流密度时，电流效率减低；然而，电流密度仍然高。在电流密度范围内，铋沉积物都具有均匀且无光泽的外观，表明颗粒结构均匀。
实例4
通过长达100Ah/L浴液寿命的电镀，测定实例1中的铋电镀浴的％CE。使用以下等式，如上文所述测定％CE。
％CE＝[Mexp/Mth]x 100；
法拉第定律：Mth＝(It M)/(zF)；
Mexp＝(mf-mi)
使用灵敏度为1/10000的METTLER TOLEDO型号AB205-S天平(最大负荷和最小负荷分别为220g和10mg)进行质量测量。
根据铋浴的体积(升)如下测定浴龄或Ah/L：
a)将一升铋浴液引入圆筒形玻璃槽中。
b)将两个可溶性铋阳极面对面放置于玻璃槽中并且使阳极连接到整流器；
c)将约5cm到7.5cm的黄铜嵌板固定在小型夹钳上并且连接到整流器的阴极；
d)将相当于4ASD的3A恒定DC电流施加到系统20分钟；并且自槽中移出嵌板，用DI水冲洗且干燥；
e)利用等式：Ah＝电流(A)×电镀时间(h)来计算总安培小时；以及
f)在每个步骤，通过将Ah除以电镀浴体积来测定Ah/L。
重复上述测试直至达到100Ah/L的总浴龄。将结果绘制成图3中的图。对约84个数据点作图。结果展示在100Ah/L的浴龄期间，达到接近100％的高且稳定的％CE，平均值为约95％，这表明铋电镀浴是稳定的。
实例5
在4ASD到12ASD的电流密度下重复上述方法。将每种电流密度下的平均％CE绘制成图，如图4所示。在100Ah/L的浴龄期间，％CE接近95％，表明铋电镀浴稳定。
实例6(比较)
水性铋电镀浴如下表中所示制备。
表3
组分 量
来自甲烷磺酸铋的铋离子(Bi3+) 40g/L
甲烷磺酸 53.92g/L
聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物 10g/L
脂肪醇乙氧基化物 1g/L
溶解于单丙二醇中的2-萘酚(12g/L) 5mL/L
pH <1
聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物是获自公司的商品POLOXAMERTM 188溶液。脂肪醇乙氧基化物是获自Schaerer Surfactants的商品ADUXOLTMLH 023表面活性剂。在室温下，在搅拌下，将浴液组分添加到水中。
实例7(比较)
将表3的铋电镀浴放置于具有可溶性铋阳极的常规黄铜霍尔槽中。电流设定于5A维持1分钟并且槽温保持在25℃。这种温度对应于表3配方的最佳电镀温度。使用HelmutFischer AG供应的X射线XDV-SD型荧光分析仪，通过XRF测量每种电流密度下的铋沉积物厚度。记录沿着霍尔槽的各种电流密度下的电镀速度，如表4所示，并且绘制成图5中的图。
表4
电流密度(ASD) 电镀时间(分钟) 厚度(微米) 平均电镀速度(微米/分钟)
2 1 0.54；0.48 0.51
5 1 0.92；0.98 0.95
10 1 1.45；1.53 1.49
15 1 1.95；1.87 1.91
20 1 2.17；2.19 2.18
25 1 2.82；2.74 2.78
图5展示电镀速度随着电流密度增加而按近似线性速率增加；然而，表3中的铋浴电镀速度大大慢于实例1、表1中的铋浴电镀速度。举例来说，表3中的浴液在5ASD下的平均电镀速度仅为0.95微米/分钟，而表1中的铋浴的平均电镀速度是2.1微米/分钟。在10ASD的电流密度下，表3中的铋浴电镀速度是1.49微米/分钟。相比之下，表1中的本发明铋浴的电镀速度是3.01微米/分钟。在25ASD的电流密度下，表3中的铋浴具有仅2.78微米/分钟的平均电镀速度，而本发明的铋浴具有4.88微米/分钟的平均电镀速度。
实例8(比较)
实例6中的铋电镀浴的％CE相对于浴龄且根据实例4中所述的程序测定，但其中铋电镀进行至长达11Ah/L的浴龄。由于表3中的浴液配方的效率较差，因此不获得较高浴龄下的％CE。浴液在较高浴龄下不稳定并且来自可溶性铋阳极的铋离子浓度使得铋离子浓度增加到以致需要定期稀释以维持电镀操作的水平。结果列于表5中。
表5
％CE 浴龄(Ah/L)
33 1.67
54.7 2.50
49.8 4.17
55.9 5.83
57.9 7.50
60.3 9.17
58.2 10.83
54.2 11.00
图6是表5数据的图。结果展示范围为31％到仅高为60％的低％CE，平均％CE为53％。相比之下，表1中的本发明铋电镀浴％CE具有79％的低％CE、100％的高％CE和95％的平均％CE。相对于比较性铋浴的％CE，本发明的铋浴的％CE显著改进，表明浴液性能改进。

Claims (12)

1.一种铋电镀浴，其包含一或多种铋离子源；一或多种酸；以及一或多种聚氧乙烯芳基醚；所述铋电镀浴不含合金化金属。
2.根据权利要求1所述的铋电镀浴，其中所述一或多种聚氧乙烯芳基醚具有下式：
其中R1、R2和R3是相同或不同的并且是选自氢、直链或分支链(C1-C20)烷基和苯基，并且n是整数1到10。
3.根据权利要求1所述的铋电镀浴，其中所述一或多种聚氧乙烯芳基醚的含量是0.5g/L到12g/L。
4.根据权利要求1所述的铋电镀浴，其中所述一或多种铋离子源是选自烷烃磺酸的铋盐、烷醇磺酸的铋盐、硫酸铋、硝酸铋和氯化铋。
5.根据权利要求1所述的铋电镀浴，其中所述一或多种酸是选自有机酸和无机酸。
6.根据权利要求1所述的铋电镀浴，其中所述铋电镀浴进一步包含一或多种胺氧化物。
7.根据权利要求1所述的铋电镀浴，其中所述铋电镀浴进一步包含一或多种消泡剂。
8.根据权利要求1所述的铋电镀浴，其中所述铋电镀浴不含络合剂和螯合剂。
9.一种电镀铋金属的方法，包含：
a)提供基板；
b)提供铋电镀浴，其包含一或多种铋离子源；一或多种酸；以及一或多种聚氧乙烯芳基醚；所述铋电镀浴不含合金化金属；
c)使所述基板与所述铋电镀浴接触；
d)向所述铋电镀浴和基板施加电流；以及
e)将铋电镀于所述基板上。
10.根据权利要求9所述的方法，其中电镀期间的电流密度是0.5ASD到25ASD。
11.根据权利要求10所述的方法，其中电镀期间的电流密度是0.5ASD到10ASD。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述基板是轴承。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110578153A (zh) * 2019-09-04 2019-12-17 长沙有色冶金设计研究院有限公司 一种电解精炼粗铋用电解液及电解方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020169360A (ja) * 2019-04-03 2020-10-15 奥野製薬工業株式会社 電気めっき用Ｂｉ−Ｓｂ合金めっき液
WO2021122932A1 (en) * 2019-12-18 2021-06-24 Atotech Deutschland Gmbh Electroplating composition and method for depositing a chromium coating on a substrate
CN113293409B (zh) * 2021-05-28 2022-06-24 中南大学 一种电解制备致密平整铋金属的方法
US20230304180A1 (en) * 2022-03-24 2023-09-28 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Method of inhibiting tarnish formation and corrosion

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63171893A (ja) * 1987-01-08 1988-07-15 Nobuyasu Doi 光沢ビスマスめつき浴
US5110423A (en) * 1990-05-25 1992-05-05 Technic Inc. Bath for electroplating bright tin or tin-lead alloys and method thereof
JPH08199386A (ja) * 1995-01-27 1996-08-06 Okuno Chem Ind Co Ltd はんだ付下地用ビスマス／スズ２層めっき皮膜
US6309759B1 (en) * 1999-07-08 2001-10-30 Takashi Tomikawa Sliding bearing and its production method
WO2005015037A1 (de) * 2003-08-12 2005-02-17 Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh & Co. Kg Schichtverbundwerkstoff für gleitlager, herstellung und verwendung
JP2006117980A (ja) * 2004-10-20 2006-05-11 Ishihara Chem Co Ltd 鉛フリーの酸性スズ−ビスマス系合金電気メッキ浴
DE102007028211A1 (de) * 2007-06-20 2008-12-24 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Herstellung eines mit Silber strukturiert beschichteten Gleitelements und danach erhältliches Gleitelement
JP2013023693A (ja) * 2011-07-14 2013-02-04 Ishihara Chem Co Ltd イミダゾール環結合型オキシアルキレン化合物及び当該化合物を含有するメッキ浴
CN104032337A (zh) * 2013-03-07 2014-09-10 罗门哈斯电子材料有限公司 锡合金镀液

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3256160A (en) 1962-09-04 1966-06-14 United States Steel Corp Method of electroplating bismuth on steel and electrolyte therefor
FR2071199A5 (zh) 1969-12-19 1971-09-17 Ibm France
US4075066A (en) * 1977-01-27 1978-02-21 R. O. Hull & Company, Inc. Electroplating zinc, ammonia-free acid zinc plating bath therefor and additive composition therefor
JPS5428714A (en) 1977-08-09 1979-03-03 Daido Metal Co Ltd Aluminum base bearing alloy and composite bearing thereof
GB2060692B (en) 1979-09-28 1984-07-25 Taiho Kogyo Co Ltd Bearing of an internal combustion engine and process for producing the same
WO1981002025A1 (en) 1980-01-10 1981-07-23 Taiho Kogyo Co Ltd Aluminum-based alloy bearing
US4871429A (en) * 1981-09-11 1989-10-03 Learonal, Inc Limiting tin sludge formation in tin or tin/lead electroplating solutions
US4617097A (en) * 1983-12-22 1986-10-14 Learonal, Inc. Process and electrolyte for electroplating tin, lead or tin-lead alloys
US4551395A (en) 1984-09-07 1985-11-05 D.A.B. Industries, Inc. Bearing materials
US4590133A (en) 1985-02-01 1986-05-20 D.A.B. Industries Bearing material
GB8915254D0 (en) 1989-07-03 1989-08-23 T & N Technology Ltd Bearings
EP1342816A3 (en) 2002-03-05 2006-05-24 Shipley Co. L.L.C. Tin plating method
EP1400613A2 (en) 2002-09-13 2004-03-24 Shipley Co. L.L.C. Tin plating method
US6969775B2 (en) 2002-09-19 2005-11-29 The Texas A&M University System Method of producing organic compounds in presence of oxyethylene ether catalyst and in a solvent minimized environment
JP4389083B2 (ja) 2004-08-10 2009-12-24 石原薬品株式会社 鉛フリーのスズ−ビスマス系合金電気メッキ浴
KR101243433B1 (ko) * 2008-05-15 2013-03-13 다이호 고교 가부시키가이샤 슬라이딩 부재의 제조 방법, 슬라이딩 부재 및 슬라이딩 부재 모재
CN101538726A (zh) 2008-11-19 2009-09-23 无锡华友微电子有限公司 一种电镀锡铋金属的方法
JP5622360B2 (ja) 2009-01-16 2014-11-12 ローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ，エル．エル．シー． 電気錫めっき液および電気錫めっき方法
JP5951522B2 (ja) 2012-03-28 2016-07-13 日本碍子株式会社 セラミックスペースト及び積層体
US8980077B2 (en) * 2012-03-30 2015-03-17 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Plating bath and method
US20150122662A1 (en) 2013-11-05 2015-05-07 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Plating bath and method
JP5938426B2 (ja) * 2014-02-04 2016-06-22 株式会社豊田中央研究所 電気めっきセル、及び、金属皮膜の製造方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63171893A (ja) * 1987-01-08 1988-07-15 Nobuyasu Doi 光沢ビスマスめつき浴
US5110423A (en) * 1990-05-25 1992-05-05 Technic Inc. Bath for electroplating bright tin or tin-lead alloys and method thereof
JPH08199386A (ja) * 1995-01-27 1996-08-06 Okuno Chem Ind Co Ltd はんだ付下地用ビスマス／スズ２層めっき皮膜
US6309759B1 (en) * 1999-07-08 2001-10-30 Takashi Tomikawa Sliding bearing and its production method
WO2005015037A1 (de) * 2003-08-12 2005-02-17 Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh & Co. Kg Schichtverbundwerkstoff für gleitlager, herstellung und verwendung
CN1846076A (zh) * 2003-08-12 2006-10-11 联合莫古尔威斯巴登两合公司 用于滑动轴承的层状复合材料,其制备和应用
JP2006117980A (ja) * 2004-10-20 2006-05-11 Ishihara Chem Co Ltd 鉛フリーの酸性スズ−ビスマス系合金電気メッキ浴
DE102007028211A1 (de) * 2007-06-20 2008-12-24 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Herstellung eines mit Silber strukturiert beschichteten Gleitelements und danach erhältliches Gleitelement
JP2013023693A (ja) * 2011-07-14 2013-02-04 Ishihara Chem Co Ltd イミダゾール環結合型オキシアルキレン化合物及び当該化合物を含有するメッキ浴
CN104032337A (zh) * 2013-03-07 2014-09-10 罗门哈斯电子材料有限公司 锡合金镀液

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110578153A (zh) * 2019-09-04 2019-12-17 长沙有色冶金设计研究院有限公司 一种电解精炼粗铋用电解液及电解方法
CN110578153B (zh) * 2019-09-04 2021-02-02 长沙有色冶金设计研究院有限公司 一种电解精炼粗铋用电解液及电解方法

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