CN109622948B - 一种酸性置换镀铜液包覆铝粉的方法 - Google Patents

一种酸性置换镀铜液包覆铝粉的方法 Download PDF

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Abstract

一种酸性置换镀铜液包覆铝粉的方法，属于表面处理技术领域。将铝粉放入镀铜液中，铝表面氧化膜溶解，铝金属表面直接与Cu2+置换反应，使得铝充分地被Cu2+置换，然后利用自身的反应放热升高镀液温度及铜的自催化作用，继续在新生成的铜金属表面自催化施镀金属铜，在溶液中Cu2+消耗殆尽时，部分铝金属与水反应生成H2，溶液中有气泡产生，此时及时补充镀液，使得可继续维持铜的自催化镀铜反应，但补充的镀液不宜过多，以镀液中气泡消失为宜，否则镀液中过多的Cu2+会生成细小的氧化亚铜微粒弥散在镀液中，这样反复添加镀液，直到停止添加镀液，待镀液中的Cu2+消耗殆尽溶液蓝色全部消失后，便可以获得较厚镀层的铜包覆粉。

Description

一种酸性置换镀铜液包覆铝粉的方法
技术领域
本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种可循环使用的酸性置换铜液包覆铝粉的化学镀铜液及化学镀方法。
背景技术
铜包铝粉是在铝粉表面镀铜形成包覆型材料,既能使铝粉具备铜的优良导电特性，而且又具备比铜粉质量轻的特点，价格又比单一贵金属粉末低廉。这种粉末材料可以广泛用于导电材料、银包覆铝粉过渡材料、电磁屏蔽材料以及吸波材料等许多领域，本发明工艺操作简单、成本低、清洁、节能、实用性强，具有很好的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的问题是简化了以往铜包覆铝粉的繁琐工艺问题，提供一种工艺简单操作便利，降低能源消耗和制造成本以及废液处理排放问题，且能获得较厚镀层的铜包覆铝粉的化学镀液及化学镀方法。
本发明进行化学镀的方法，包括以下步骤：将化学镀铜液倒入盛有铝粉的容器中并浸没粉料，在40℃～80℃水浴中加热搅拌，当溶液中有气体产生时之后的0～2min之内，移出水浴，注入镀液搅拌，记反应器中包含铝粉的镀液为B，注入的镀液为A，则A的加入速率为：每毫升B对应注入A的速率为0.1～0.5ml/s，直至气泡消失为止，待溶液中再次产生气体时，重复上述过程直到将镀液全部加入，待溶液中有气体产生后溶液中蓝色完全消失，迅速将镀液及粉料倒入布氏漏斗进行真空抽滤，滤出的粉体用H2SO4水溶液(优选3wt％～5wt％的浓度)洗涤、烘干过筛即可。
所述的化学镀铜液的组成：CuSO4·5H2O 40～100g/L；C6H8O7 80～150g/L；FeSO4·7H2O 50～100g/L；NH4F 0.5～2.0g/L；H3PO4 20～40ml/L；浓H2SO430～50ml/L，用CuSO4或KOH调节pH值为1.5～4.5；其中浓H2SO4的质量百分比浓度为98％。
过滤后的溶液按原镀液配比的CuSO4·5H2O的量再次添入CuSO4·5H2O，并滴加H2O21.5ml/l～3.5ml/l，镀液循环使用3～5次。
总的化学镀铜液与铝粉的用量关系，根据需要镀层铜的量计算，一般镀液总体积量与添加铝粉重量的关系为80～90g/l。
本发明技术方案为：(1)在加热的酸性置换镀液中，铜离子可以与铝发生置换反应，生成的铜金属沉积在铝表面，因此铝置换铜的反应方程式为:
2Al+3Cu2+→2Al3++3Cu↓
(2)同时铝金属又与水发生反应放出H2，暴露出新鲜的高活性铝金属表面，从而使得置换反应继续下去，直到镀液中的Cu2+消耗殆尽，其反应方程式为:
2Al+6H2O→2Al3++6OH-+3H2↑(酸性条件)
该方法适合制造各种用途的铜包铝粉。该方法为用铝粉放入镀铜液中，在酸性条件下加热是铝粉表面的氧化膜溶解，得到高活性的铝金属表面，直接与Cu2+进行置换反应，使得铝金属充分地被Cu2+置换，然后利用自身的反应放热升高镀液温度及铜的自催化作用，继续在新生成的铜金属表面自催化施镀金属铜，在溶液中Cu2+消耗殆尽时，会有部分铝金属与水反应生成H2，溶液中有气泡产生，此时需及时补充镀液，使得可继续维持铜的自催化镀铜反应，但补充的镀液不宜过多，以镀液中气泡消失为宜，否则镀液中过多的Cu2+会生成细小的氧化亚铜微粒弥散在镀液中，这样反复添加镀液，直到停止添加镀液，待镀液中的Cu2+消耗殆尽溶液蓝色全部消失后，便可以获得较厚镀层的铜包覆粉。此方法舍弃了通常铝粉化学镀中铝粉表面处理的镀锌、敏化、活化的繁琐工序，具有工艺简单易于操作，降低成本和能耗的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
将5g CuSO4·5H2O、8g C6H8O7和48mg NH4F用40ml蒸馏水溶解，再加入1.8ml H3PO4作为溶液A，再将4.8g FeSO4·7H2O加入2.4ml浓H2SO4(浓度为)缓慢加入20ml蒸馏水溶解作为溶液B，然后将溶液A与溶液B混合搅拌均匀到镀液，用KOH将镀液调节pH值为3.0，称取6g-200目的铝粉倒入容量250ml的烧杯中，然后倒入镀液加入量恰好没过粉末，放入80℃水浴中加热并搅拌，观察到溶液中有气体产生时，将烧杯移出水浴继续搅拌，在溶液中出现大量气体时加入镀液(滴加速度为4ml/s)，直至气泡消失(此时加入了20ml镀液)，待溶液出现气体时，再次加入镀液，重复上述过程直到将镀液全部加入，待溶液中有气体产生到溶液中蓝色完全消失，迅速将镀液及粉料倒入布氏漏斗进行真空抽滤，滤干粉体用5％的H2SO4水溶液洗涤、烘干过筛即可得到铜包覆铝粉。
实施例2
将40ml CuSO4·5H2O饱和溶液加入10g C8H7O6和48mg NH4F溶解，再加入1.8mlH3PO4作为溶液A，再将4.8g FeSO4·7H2O加入2.4ml浓H2SO4(浓度98％)缓慢加入20ml蒸馏水溶解作为溶液B，然后将溶液A与溶液B混合搅拌均匀到镀液，用H2SO4将镀液调节pH值为2.0，称取6g-200目的铝粉倒入容量400ml的烧杯中，然后倒入镀液加入量恰好没过粉末，放入60℃水浴中加热并搅拌，观察到溶液中有气体产生时，将烧杯移出水浴继续搅拌，在溶液中出现大量气体时加入镀液(滴加速度为4ml/s)，直至气泡消失(此时加入了20ml镀液)，待溶液出现气体时，再次加入镀液，重复上述过程直到将镀液全部加入，待溶液中有气体产生到溶液中蓝色完全消失，迅速将镀液及粉料倒入布氏漏斗进行真空抽滤，滤干后的粉体用5％的H2SO4水溶液洗涤、烘干过筛即可得到铜包覆铝粉。
实施例3
将5g CuSO4·5H2O、8g C8H7O6用40ml蒸馏水溶解，再加入1.8ml H3PO4作为溶液A，再将4.8g FeSO4·7H2O加入2.4ml H2SO4(98％)缓慢加入20ml蒸馏水溶解作为溶液B，然后将溶液A与溶液B混合搅拌均匀到镀液，用H2SO4将镀液调节pH值为2.0，称取6g-200目的AlMg4Zn3合金粉倒入容量250ml的烧杯中，然后倒入镀液加入量恰好没过粉末，放入60℃水浴中加热并搅拌，观察到溶液中有气体产生时，将烧杯移出水浴继续搅拌，在溶液中出现大量气体时加入镀液(滴加速度为4ml/s)，直至气泡消失(此时加入了20ml镀液)，待溶液出现气体时，再次加入镀液，重复上述过程直到将镀液全部加入，待溶液中有气体产生到溶液中蓝色完全消失，迅速将镀液及粉料倒入布氏漏斗进行真空抽滤，滤干后的粉体用5％的H2SO4水溶液洗涤、烘干过筛即可得到铜包覆铝粉。
实施例4
将实施2中过滤出的溶液加入5g CuSO4·5H2O溶解，再滴加0.15ml的H2O2混合均匀，用H2SO4将镀液调节pH值为2.0，称取6g-200目的铝粉倒入容量250ml的烧杯中，然后倒入镀液加入量恰好没过粉末，放入80℃水浴中加热并搅拌，观察到溶液中有气体产生时，将烧杯移出水浴继续搅拌，在溶液中出现大量气体时加入镀液(滴加速度为4ml/s)，直至气泡消失(此时加入了20ml镀液)，待溶液出现气体时，再次加入镀液，重复上述过程直到将镀液全部加入，待溶液中有气体产生到溶液中蓝色完全消失，迅速将镀液及粉料倒入布氏漏斗进行真空抽滤，滤干后的粉体用5％的H2SO4水溶液洗涤、烘干过筛即可得到铜包覆铝粉。

Claims (3)

1.一种酸性置换铜液包覆铝粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：将化学镀铜液倒入盛有铝粉的容器中并浸没粉料，在40℃～80℃水浴中加热搅拌，当溶液中有气体产生时之后的0～2min之内，移出水浴，注入镀液搅拌，记反应器中包含铝粉的镀液为B，注入的镀液为A，则A的加入速率为：每毫升B对应注入A的速率为0.1～0.5mL /s，直至气泡消失为止，待溶液中再次产生气体时，重复上述过程直到将镀液全部加入，待溶液中有气体产生后溶液中蓝色完全消失，迅速将镀液及粉料倒入布氏漏斗进行真空抽滤，滤出的粉体用H2SO4水溶液洗涤、烘干过筛即可；
化学镀铜液的组成：CuSO4•5H2O 40～100g/L；C6H8O7 80～150g/L；FeSO4•7H2O 50～100g/L；NH4F 0.5～2.0g/L；H3PO4 20～40mL /L；浓H2SO430～50mL /L，用H2SO4或KOH调节pH值为1.5～4.5；其中浓H2SO4的浓度为98%。
2.按照权利要求1所述的一种酸性置换铜液包覆铝粉的方法，其特征在于，H2SO4水溶液的浓度3 wt%～5wt%。
3.按照权利要求1所述的一种酸性置换铜液包覆铝粉的方法，其特征在于，过滤后的溶液按原镀液配比的CuSO4•5H2O的量再次添入CuSO4•5H2O，并滴加H2O2 1.5mL / L～3.5 mL /L ，镀液循环使用3～5次。
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