CN110295381A - 铝合金电镀锡液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝合金加工技术领域，具体涉及铝合金电镀锡液及制备方法。该镀锡溶液包含至少一种用于提供锡离子的化合物10～40g/L、硫酸100～120g/L、两性离子表面活性剂1～2ml/L、羟乙基磺酸5～20g/L及络合剂10～20g/L。本发明电镀锡液稳定性高，在25℃、阴极电流密度为1A/dm²条件下连续电镀30天镀液仍然保持清亮，不浑浊，且锡镀层杂质含量少，制得的镀层表面均匀，光滑，结合力强，可焊性更高，解决了铝及铝合金表面镀锡技术的关键性难题。

Description

铝合金电镀锡液及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金加工技术领域，具体涉及铝合金电镀锡液及其制备方法。

背景技术

铝合金具有密度小、比强度和比刚度较高、塑性好的特点，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性等一系列优良特性，因此受到了人们的普遍关注。随着铝合金行业的快速发展，对铝及铝合金表面特性要求越来越高，通过在铝及铝合金表面化学镀镍，电镀硬铬及电镀锡等能显著提高铝及铝合金表面的硬度、耐磨性和耐蚀性，扩大其应用范围。

通过在铝及铝合金上镀锡能够提高其焊接性能，但是铝表面不能直接镀锡，现有通常在镀锡前通过直接镀氰化铜、二次浸锌、直接化学镀镍等预处理方式对铝及铝合金进行表面处理，以达到在铝及铝合金表面获得结晶细致、光亮度好、结合力强的锡镀层的目的。但是上述预处理方式，使得在电镀过程中，有更多诸如铜离子、锌离子、镍离子等无机杂质的溶出，并随着电镀过程的进行，这些杂质在阴极表面沉积，使得制备的锡镀层含有较多的杂质，影响了锡镀层的质量。这已成为铝及铝合金镀锡技术普遍存在的关键性难题，如何降低无机杂质在阴极表面的沉积，从而提高锡镀层的质量是目前亟需解决的问题。

其次，电镀锡液的稳定性影响着镀层的可焊性，镀液浑浊的原因主要包括：Sn²⁺氧化，Sn⁴⁺含量增加析出沉淀；杂质的影响，有机杂质在电解过程中发生氧化、聚合等反应，引起镀液浑浊，无机杂质混入镀液中，促使Sn²⁺氧化。上述情况通过添加稳定剂可得到改善，而稳定剂的优劣是影响电镀液稳定性的主要因素，目前，电镀锡液的稳定性仍然有提升的空间。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种适用于铝合金的电镀锡液及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供了铝合金电镀锡液，所述溶液包含至少一种用于提供锡离子的化合物10～40g/L、硫酸100～120g/L、两性离子表面活性剂1～2g/L、羟乙基磺酸5～20g/L及络合剂10～20g/L。

进一步地，所述用于提供亚锡离子的化合物为硫酸亚锡、氯化亚锡、烷基磺酸锡中的至少一种。

进一步地，所述用于提供亚锡离子的化合物为硫酸亚锡。

进一步地，所述两性离子表面活性剂为烷基甜菜碱。

进一步地，所述烷基甜菜碱为十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱、十八烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二羟乙基甜菜碱中的一种。

进一步地，所述络合剂为草酸及其钠盐、柠檬酸及其钠盐、苹果酸及其钠盐、酒石酸及其钠盐中的至少一种。

本发明人发现，在含有络合剂以及两性离子表面活性剂的电镀锡液体系中加入羟乙基磺酸，能够显著减少杂质在阴极表面沉积，降低锡镀层杂质含量，提高锡镀层质量。对于其中详细的反应机理尚未研究清楚，但肯定的是，该技术效果是由两性离子表面活性剂、羟乙基磺酸的存在而得以实现的。并且，更令人惊讶的是，这种效果在好像仅仅体现在两性离子表面活性剂与羟乙基磺酸的组合，对于阳离子、阴离子或者非离子表面活性剂，上述效果体现不明显。

进一步地，所述溶液还包括稳定剂1～3g/L。

进一步地，所述稳定剂由对氨基苯酚与茶皂素按1:(0.01～0.8)的重量比组成。

本发明另一个关键技术点在于，提供了氨基苯酚与茶皂素按特定比例组合形成的稳定剂体系，在申请日之前，茶皂素更多地被应用于作为电镀前的除油处理剂，但不涉及其在稳定剂方面的应用。对氨基苯酚是常规的电镀液稳定剂，但是作为电镀液稳定剂而言，其稳定效果并不显著，且得到的电镀层质量较差。而意外地发现，加入茶皂素与氨基苯酚构成的稳定剂体系，在25℃、阴极电流密度为1A/dm²条件下连续电镀30天镀液仍然清亮，不浑浊，且镀层质量较单独使用对氨基苯酚有所改善。

本发明其中一个实施例提供了一种铝合金电镀锡液，所述溶液包含硫酸亚锡10～40g/L、硫酸100～120g/L、十二烷基二甲基甜菜碱1～2g/L、羟乙基磺酸5～20g/L、酒石酸10～20g/L及稳定剂1～3g/L。

本发明其中一个实施例提供了铝合金电镀锡液的方法，包括以下步骤：

将硫酸、羟乙基磺酸溶解于纯水中，不断搅拌下加入硫酸亚锡，充分搅拌使之溶解，在不断搅拌下加入酒石酸、十二烷基二甲基甜菜碱和稳定剂，使之混合均匀，制得铝合金电镀锡液。

本发明的有益效果在于：

1)本发明采用氨基苯酚与茶皂素稳定体系，显著提高了镀锡液的稳定性，连续电镀30天镀液仍然清亮，不浑浊，且镀层质量较单独使用对氨基苯酚有所改善。

2)本发明创造性地在含有络合剂的镀锡液中加入两性离子表面活性剂、羟乙基磺酸，三者作用，能够显著减少杂质在阴极表面沉积，从而降低锡镀层杂质含量，提高镀层的均匀度与平整度，锡镀层更细致、平整、光亮，解决了铝合金镀锡技术的关键性难题，取得了显著的进步。

具体实施方式

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。

实施例1～3、铝合金电镀锡液

组分	实施例1	实施例2	实施例3
				硫酸亚锡	30g/L	15g/L	40g/L
硫酸	110g/L	100g/L	120g/L
				十二烷基二甲基甜菜碱	1ml/L	1ml/L	2ml/L
羟乙基磺酸	10g/L	5g/L	20g/L
				酒石酸	18g/L	10g/L	20g/L
对氨基苯酚	1.5g/L	1.8g/L	1.5g/L
				茶皂素	0.5g/L	0.2g/L	0.5g/L

实施例4、铝合金电镀锡液

与实施例1区别在于，本实施例中锡盐为氯化亚锡，其余参数及操作如实施例1所示。

实施例5、铝合金电镀锡液

与实施例1区别在于，本实施例中锡盐为烷基磺酸锡，其余参数及操作如实施例1所示。

实施例6、铝合金电镀锡液制备工艺

将硫酸、羟乙基磺酸溶解于纯水中，不断搅拌下加入硫酸亚锡，充分搅拌使之溶解，在不断搅拌下加入酒石酸、十二烷基二甲基甜菜碱和稳定剂，使之混合均匀，制得铝合金电镀锡液。

实施例7、使用铝合金电镀锡液进行镀锡工艺

将待镀工件进行化学除油、碱蚀、水洗、酸蚀、水洗、预浸锌、化学镀镍、水洗步骤，将上述的实施例1～5任一电镀锡液放入电镀槽中，将上述预处理后的待镀工件作为阴极，采用纯锡球或纯锡棒作为阳极，接通直流电流，电镀温度为25℃，电流密度1A/dm²，电镀时间为10min。

(一)镀层质量考察

1、镀层外观质量和可焊性考察：将实施例7得到的各工件置于SEM电子显微镜下观察，综合判断镀层外观的颜色、均匀性、粗糙度和连续性，结果发现，采用实施例1～5镀锡液得到的镀件锡镀层颜色均匀，镀层均一，平滑，且具有较好的表面光泽度，未发现气泡、孔隙、裂纹或无镀层现象，表明综合外观性能以及可焊性较好。

2、附着力测试方法及结果

①在试样上用刀尖刻划互相平行或交错并深达基底的划痕(形成1mm×1mm方格)，再用3M胶带纸粘贴后撕去，镀层不起泡脱落为合格；

②采用锉刀锉削铝合金镀件的边缘，若锉削时镀件边缘不起泡或者只在边缘1mm²的范围内起皮，为合格；

③采用热震试验，将镀件在260℃条件下保温1h，取出后在冷水中急冷，反复10次未见镀层起皮脱落为合格。检测结果如下表2所示。

表2附着力测试结果

(二)电镀液稳定性考察

以纯锡球或纯锡棒作为阳极，待镀工件作为阴极，在实施例1的基础上设置不同稳定剂组合，于25℃、阴极电流密度为1A/dm²条件下连续电镀(电镀10min后取出工件按试验一方法测试其镀层质量，测试完后放入继续电镀)30天，观察电镀液浑浊情况，结果如下表3所示：

表3考察结果

稳定剂	添加浓度	镀层外观质量	镀液稳定性
				对氨基苯酚	2g/L	-	浑浊
茶皂素	2g/L	--	浑浊
				1.5g/L对氨基苯酚+0.5g/L茶皂素	2g/L	++	清亮，不浑浊

注：“++”为优秀：镀层均一，平滑，且具有较好的表面光泽度，未发现气泡、孔隙、裂纹或无镀层现象；“+”为良好：镀层较均一，平滑，未发现起泡、孔隙、裂纹或无镀层现象；“±”为一般：镀层较均一，发现少许气泡，无孔隙、裂纹或无镀层现象；“-”为较差：镀层均一性较差，且发现较多气泡；“--”为很差：镀层均一性很差，不平滑，且发现较多气泡、裂纹现象。

由上表可知，对氨基苯酚+茶皂素组合能够获得优秀的镀层外观质量，在25℃、阴极电流密度为1A/dm²条件下连续电镀30天，镀液仍然保持清亮，具备优异的稳定性。与单独使用氨基苯酚或者茶皂素相比，取得了预料不到的技术效果。

(三)杂质含量考察

在实施例1的基础上，用聚氧乙烯新基苯酚、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵替代十二烷基二甲基甜菜碱作为本发明镀锡液的表面离子活性剂得到各电镀锡液，采用上述各电镀锡液按照实施例7镀锡工艺进行电镀，得到各镀件，采用X射线光电子能谱分析法测定各锡镀层的杂质含量，测定结果如下表4所示：

表4锡镀层杂质含量

组别	锡镀层杂质含量(％)
		聚氧乙烯新基苯酚	0.0125
十二烷基硫酸钠	0.0142
		十六烷基三甲基溴化铵	0.0168
十二烷基二甲基甜菜碱	0.0063

由上表可知，相较于其他表面活性剂而言，十二烷基二甲基甜菜碱更适合本发明电镀锡液体系，试验证明，采用含十二烷基二甲基甜菜碱的电镀锡液制得的锡镀层杂质含量较少。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.铝合金电镀锡液，其特征在于，所述溶液包含至少一种用于提供锡离子的化合物10～40g/L、硫酸100～120g/L、两性离子表面活性剂1～2g/L、羟乙基磺酸5～20g/L及络合剂10～20g/L。

2.如权利要求1所述的铝合金电镀锡液，其特征在于，所述用于提供亚锡离子的化合物为硫酸亚锡、氯化亚锡、烷基磺酸锡中的至少一种。

3.如权利要求2所述的铝合金电镀锡液，其特征在于，所述用于提供亚锡离子的化合物为硫酸亚锡。

4.如权利要求1所述的铝合金电镀锡液，其特征在于，所述两性离子表面活性剂为烷基甜菜碱。

5.如权利要求4所述的铝合金电镀锡液，其特征在于，所述烷基甜菜碱为十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱、十八烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二羟乙基甜菜碱中的一种。

6.如权利要求1所述的铝合金电镀锡液，其特征在于，所述络合剂为草酸及其钠盐、柠檬酸及其钠盐、苹果酸及其钠盐、酒石酸及其钠盐中的至少一种。

7.如权利要求1所述的铝合金电镀锡液，其特征在于，所述溶液还包括稳定剂1～3g/L。

8.如权利要求7所述的铝合金电镀锡液，其特征在于，所述稳定剂由对氨基苯酚与茶皂素按1:(0.01～0.8)的重量比组成。

9.一种铝合金电镀锡液，其特征在于，所述溶液包含硫酸亚锡10～40g/L、硫酸100～120g/L、十二烷基二甲基甜菜碱1～2g/L、羟乙基磺酸5～20g/L、酒石酸10～20g/L及稳定剂1～3g/L。

10.制备如权利要求9所述的铝合金电镀锡液的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将硫酸、羟乙基磺酸溶解于纯水中，不断搅拌下加入硫酸亚锡，充分搅拌使之溶解，在不断搅拌下加入酒石酸、十二烷基二甲基甜菜碱和稳定剂，使之混合均匀，制得铝合金电镀锡液。