CN111188069A - 一种镀锡铋合金溶液及其制备方法 - Google Patents

一种镀锡铋合金溶液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镀锡铋合金溶液及其制备方法，所述溶液的配方为硫酸亚锡、硫酸、硝酸铋、氯化钠、OP‑10、苯酚磺酸、对苯二酚及明胶，溶剂为去离子水；所述硫酸的含量为130g/L～150g/L；所述硫酸亚锡的含量为40g/L～60g/L；所述氯化钠的含量为0.3g/L～0.8g/L；所述OP‑10的含量为3g/L～5g/L；所述苯酚磺酸的含量为15g/L～20g/L；所述对苯二酚的含量为0.5g/L～0.8g/L；所述明胶的含量为0.5g/L～1g/L；所述硝酸铋的含量为0.8g/L～1.5g/L；本发明能够有效提升镀锡铋合金溶液的抗氧化性和质量稳定性，保证镀层中铋的质量含量始终满足0.2％～2％。

Description

一种镀锡铋合金溶液及其制备方法
技术领域
本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种镀锡铋合金溶液及其制备方法。
背景技术
锡在-10℃以下容易变成强度很差的“灰锡”，在-48℃时转变速度最大，镀锡容易出现晶须，使锡与少量的铋共沉积得到的锡铋合金镀层，可有效防止“灰锡”及晶须的产生，镀锡铋合金能解决这一问题。
在酸性镀锡溶液中，亚锡酸盐为主盐，亚锡酸盐为二价锡，二价锡化合物的主盐以水和二价锡的形式存在，锡容易被空气中的氧气氧化为四价锡，二价锡也容易被阳极所电解氧化，容易出现混浊，这是因锡盐水解成Sn(OH)2、Sn(OH)4的胶体物质，胶体物质形成沉淀，不溶于酸碱。
混浊的溶液会直接影响产品光亮性、可焊性质量。另外，按照工艺要求，镀层中的铋含量应始终满足0.2％～2％，这要保证溶液中铋含量的足够和稳定。工厂具有镀锡铋的生产能力，配置的镀锡铋合金溶液易氧化分解，不稳定、使用周期短，铋含量检测也曾出现不合格问题，这给生产周期和物资消耗带来严重影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种镀锡铋合金溶液及其制备方法，能够有效提升镀锡铋合金溶液的抗氧化性和质量稳定性，保证镀层中铋的质量含量始终满足0.2％～2％。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种镀锡铋合金溶液，所述溶液的配方为硫酸亚锡、硫酸、硝酸铋、氯化钠、OP-10、苯酚磺酸、对苯二酚及明胶，溶剂为去离子水；
所述硫酸的含量为130g/L～150g/L；
所述硫酸亚锡的含量为40g/L～60g/L；
所述氯化钠的含量为0.3g/L～0.8g/L；
所述OP-10的含量为3g/L～5g/L；
所述苯酚磺酸的含量为15g/L～20g/L；
所述对苯二酚的含量为0.5g/L～0.8g/L；
所述明胶的含量为0.5g/L～1g/L；
所述硝酸铋的含量为0.8g/L～1.5g/L。
一种镀锡铋合金溶液的制备方法，令待制备的镀锡铋合金溶液的体积为V升；
第一步，分别制备明胶溶液、OP-10溶液和硫酸溶液；
将明胶浸泡于(1/5)V升的去离子水中，直到明胶充分膨胀，然后将明胶和去离子水整体加热至80℃，使明胶完全溶解在去离子水中，形成明胶溶液，最后将明胶溶液冷却至18℃～ 25℃；
将OP-10溶解于(1/5)V升的40℃～50℃的去离子水中，形成OP-10溶液，将OP-10溶液冷却至18℃～25℃；
将硫酸溶于(1/2)V升的去离子水中，形成硫酸溶液，将硫酸溶液冷却至18℃～25℃；
第二步，将硫酸溶液平均分成三份，分别为第一溶液、第二溶液及第三溶液；
在第一溶液中加入硫酸亚锡，边加边搅拌，直至硫酸亚锡完全分散溶解后，形成无色透明的混合溶液A；
在第二溶液中加入氯化钠和硝酸铋，当氯化钠和硝酸铋完全溶解后，形成混合溶液B；
在第三溶液中加入苯酚磺酸和对苯二酚，当苯酚磺酸和对苯二酚完全溶解后，形成混合溶液C；
第三步，分别将明胶溶液、OP-10溶液、混合溶液A、混合溶液B及混合溶液C无顺序倒入用于制备镀锡铋合金溶液的主槽中；
第四步，在主槽中加入去离子水，并充分搅拌，直到主槽中的溶液体积为设定体积，即达到V升；此时，完成镀锡铋合金溶液的制备。
进一步的，制备完成的镀锡铋合金溶液的温度控制在12℃～18℃。
有益效果：本发明采用硫酸作为镀锡铋合金溶液的主盐，能够抑制硫酸亚锡(二价锡) 的氧化，同时控制导电性和阳极电流效率；加入苯酚磺酸和对苯二酚可以有效地改善溶液的抗氧化性，减少溶液混浊，延长2倍～3倍的使用时间；加入硝酸铋，可以保证镀锡铋合金溶液在长期使用中，铋的质量含量为0.2％～2％，进而控制镀层中铋含量；加入明胶，可以促进铋与锡的均匀沉积，镀层更加致密、均匀，产品光亮性、可焊性满足要求；所述镀锡铋合金溶液的温度控制在12℃～18℃，确保溶液内各个组分的含量稳定。
具体实施方式
下面举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
本实施例提供了一种镀锡铋合金溶液，所述溶液配方为硫酸亚锡(SnSO4)、硫酸(H2SO4)、硝酸铋[Bi(NO3)3·5H2O]、氯化钠(NaCl)、OP-10(聚氧乙烯辛基苯酚醚-10)、苯酚磺酸、对苯二酚及明胶；溶剂为去离子水；
所述硫酸采用98％的浓硫酸，硫酸的含量为130g/L；
所述硫酸亚锡、氯化钠及OP-10均采用常用的含量，硫酸亚锡的含量为40g/L；氯化钠的含量为0.8g/L；OP-10的含量为5g/L；
所述苯酚磺酸的含量为15g/L；
所述对苯二酚的含量为0.5g/L；
所述明胶的含量为1g/L；
所述硝酸铋的含量为1.5g/L；
所述镀锡铋合金溶液的制备方法如下：
令待制备的镀锡铋合金溶液的体积为1升；
第一步，分别制备明胶溶液、OP-10溶液和硫酸溶液；
将1克的明胶浸泡于1/5升的去离子水中，直到明胶充分膨胀，然后将明胶和去离子水整体加热至80℃，使明胶完全溶解在去离子水中，形成明胶溶液，最后将明胶溶液冷却至 18℃～25℃；
将5克的OP-10溶解于1/5升的40℃～50℃的去离子水中，形成OP-10溶液，将OP-10溶液冷却至18℃～25℃；
将130克的98％的浓硫酸溶于1/2升的去离子水中，形成硫酸溶液，将硫酸溶液冷却至 18℃～25℃；
第二步，将硫酸溶液平均分成三份，分别为第一溶液、第二溶液及第三溶液；
在第一溶液中加入40克的硫酸亚锡，边加边搅拌，直至硫酸亚锡完全分散溶解后，形成无色透明的混合溶液A；
在第二溶液中加入0.8克的氯化钠和1.5克的硝酸铋，当氯化钠和硝酸铋完全溶解后，形成混合溶液B；
在第三溶液中加入15克的苯酚磺酸和0.5克的对苯二酚，当苯酚磺酸和对苯二酚完全溶解后，形成混合溶液C；
第三步，分别将明胶溶液、OP-10溶液、混合溶液A、混合溶液B及混合溶液C无顺序倒入用于制备镀锡铋合金溶液的主槽中；
第四步，在主槽中加入去离子水，并充分搅拌，直到主槽中的溶液体积为设定体积，即达到1升；此时，完成镀锡铋合金溶液的制备；制备完成的镀锡铋合金溶液的温度控制在12℃～18℃。
对所述镀锡铋合金溶液进行实验验证，试验过程如下：
试验设备为：整流电源GGDFH100A-12V和540L的镀槽；整流电源的阳极为锡制阳极。
试验材料为：铜合金试片。
镀槽内的溶液即为上述制备的镀锡铋合金溶液。
试验步骤如下：
第一步，将未含有苯酚磺酸和对苯二酚的镀锡铋合金溶液(以下简称为溶液)放入镀槽中；
第二步，将整流电源的阳极和阴极分别放入镀槽内的溶液中，将铜合金试片安装在阴极上；
第三步，通过采用水浴加温的方式对镀槽进行加温，使镀槽内的溶液的温度保持在12℃～ 18℃；
第四步，整流电源提供恒定电流密度0.8A/dm2的直流电，将溶液电离，使锡制阳极上的锡离子和溶液内的锡离子和铋离子在阴极的铜合金试片上沉淀，形成锡铋合金镀层；
第五步，经过设定时间后，向溶液内加入15g/L苯酚磺酸和0.5g/L的对苯二酚，锡制阳极上的锡离子和溶液内的锡离子和铋离子继续在阴极的铜合金试片上沉淀，形成锡铋合金镀层。
在上述试验的第一步到第四步中，由于连续生产、使用时间增长，明显发现溶液会逐步浑浊，结晶不均匀、发花、暗色，结合力降低，二价锡明显氧化，为抑制二价锡的分解，第五步中增加15g/L苯酚磺酸和0.5g/L的对苯二酚，可以有效地改善溶液的抗氧化性，减少溶液混浊，延长2倍～3倍的使用时间；
因此，得到的所述锡铋合金镀层的外观：无光泽灰色(哑光)，均匀细致；
所述锡铋合金镀层的厚度：实际镀层沉积速度满足工艺(20μm～30μm)/h；
所述锡铋合金镀层的结合力：利用划格法对铜合金试片进行检测，交叉处的锡铋合金镀层未出现起皮、脱落，结合力良好；利用1mm铜合金试片进行弯曲法进行结合力检测，未出现锡铋合金镀层的脱落，结合力合格。
所述锡铋合金镀层的铋含量：铋含量为1.8％，满足0.2％～2％要求。
所述锡铋合金镀层焊接性：电镀后立即进行，在铜合金试片上涂覆无腐蚀性的助燃剂，在230℃～240℃的铅锡焊料锅中进行浸3s～5s，取出后轻微抖动，除去多余焊料及夹杂，在虎钳上进行180°弯折，锡铋合金镀层与焊料不分离，焊料牢固。
实施例2：
本实施例提供了一种镀锡铋合金溶液，所述溶液配方为硫酸亚锡(SnSO4)、硫酸(H2SO4)、硝酸铋[Bi(NO3)3·5H2O]、氯化钠(NaCl)、OP-10(聚氧乙烯辛基苯酚醚-10)、苯酚磺酸、对苯二酚及明胶；溶剂为去离子水；
所述硫酸采用98％的浓硫酸，硫酸的含量为150g/L；
所述硫酸亚锡、氯化钠及OP-10均采用常用的含量，硫酸亚锡的含量为60g/L；氯化钠的含量为0.3g/L；OP-10的含量为3g/L；
所述苯酚磺酸的含量为20g/L；
所述对苯二酚的含量为0.8g/L；
所述明胶的含量为0.5g/L；
所述硝酸铋的含量为0.8g/L；
所述镀锡铋合金溶液的制备方法如下：
令待制备的镀锡铋合金溶液的体积为1升；
第一步，分别制备明胶溶液、OP-10溶液和硫酸溶液；
将0.5克的明胶浸泡于1/5升的去离子水中，直到明胶充分膨胀，然后将明胶和去离子水整体加热至80℃，使明胶完全溶解在去离子水中，形成明胶溶液，最后将明胶溶液冷却至 18℃～25℃；
将3克的OP-10溶解于1/5升的40℃～50℃的去离子水中，形成OP-10溶液，将OP-10溶液冷却至18℃～25℃；
将150克的98％的浓硫酸溶于1/2升的去离子水中，形成硫酸溶液，将硫酸溶液冷却至 18℃～25℃；
第二步，将硫酸溶液平均分成三份，分别为第一溶液、第二溶液及第三溶液；
在第一溶液中加入60克的硫酸亚锡，边加边搅拌，直至硫酸亚锡完全分散溶解后，形成无色透明的混合溶液A；
在第二溶液中加入0.3克的氯化钠和0.8克的硝酸铋，当氯化钠和硝酸铋完全溶解后，形成混合溶液B；
在第三溶液中加入20克的苯酚磺酸和0.8克的对苯二酚，当苯酚磺酸和对苯二酚完全溶解后，形成混合溶液C；
第三步，分别将明胶溶液、OP-10溶液、混合溶液A、混合溶液B及混合溶液C无顺序倒入用于制备镀锡铋合金溶液的主槽中；
第四步，在主槽中加入去离子水，并充分搅拌，直到主槽中的溶液体积为设定体积，即达到1升；此时，完成镀锡铋合金溶液的制备；制备完成的镀锡铋合金溶液的温度控制在12℃～18℃。
对所述镀锡铋合金溶液进行实验验证，试验过程如下：
试验设备为：整流电源GGDFH100A-12V和540L的镀槽；整流电源的阳极为锡制阳极。
试验材料为：铜合金试片。
镀槽内的溶液即为上述制备的镀锡铋合金溶液。
试验步骤如下：
第一步，将未含有苯酚磺酸和对苯二酚的镀锡铋合金溶液(以下简称为溶液)放入镀槽中；
第二步，将整流电源的阳极和阴极分别放入镀槽内的溶液中，将铜合金试片安装在阴极上；
第三步，通过采用水浴加温的方式对镀槽进行加温，使镀槽内的溶液的温度保持在12℃～ 18℃；
第四步，整流电源提供恒定电流密度0.8A/dm2的直流电，将溶液电离，使锡制阳极上的锡离子和溶液内的锡离子和铋离子在阴极的铜合金试片上沉淀，形成锡铋合金镀层；
第五步，经过设定时间后，向溶液内加入15g/L苯酚磺酸和0.5g/L的对苯二酚，锡制阳极上的锡离子和溶液内的锡离子和铋离子继续在阴极的铜合金试片上沉淀，形成锡铋合金镀层。
在上述试验的第一步到第四步中，由于连续生产、使用时间增长，明显发现溶液会逐步浑浊，结晶不均匀、发花、暗色，结合力降低，二价锡明显氧化，为抑制二价锡的分解，第五步中增加20g/L苯酚磺酸和0.8g/L的对苯二酚，可以有效地改善溶液的抗氧化性，减少溶液混浊，延长2倍～3倍的使用时间；
因此，得到的所述锡铋合金镀层的外观：无光泽灰色(哑光)，均匀细致；
所述锡铋合金镀层的厚度：实际镀层沉积速度满足工艺(20μm～30μm)/h；
所述锡铋合金镀层的结合力：利用划格法对铜合金试片进行检测，交叉处的锡铋合金镀层未出现起皮、脱落，结合力良好；利用1mm铜合金试片进行弯曲法进行结合力检测，未出现锡铋合金镀层的脱落，结合力合格。
所述锡铋合金镀层的铋含量：铋含量为1.8％，满足0.2％～2％要求。
所述锡铋合金镀层焊接性：电镀后立即进行，在铜合金试片上涂覆无腐蚀性的助燃剂，在230℃～240℃的铅锡焊料锅中进行浸3s～5s，取出后轻微抖动，除去多余焊料及夹杂，在虎钳上进行180°弯折，锡铋合金镀层与焊料不分离，焊料牢固。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种镀锡铋合金溶液，其特征在于，所述溶液的配方为硫酸亚锡、硫酸、硝酸铋、氯化钠、OP-10、苯酚磺酸、对苯二酚及明胶，溶剂为去离子水；
所述硫酸的含量为130g/L～150g/L；
所述硫酸亚锡的含量为40g/L～60g/L；
所述氯化钠的含量为0.3g/L～0.8g/L；
所述OP-10的含量为3g/L～5g/L；
所述苯酚磺酸的含量为15g/L～20g/L；
所述对苯二酚的含量为0.5g/L～0.8g/L；
所述明胶的含量为0.5g/L～1g/L；
所述硝酸铋的含量为0.8g/L～1.5g/L。
2.如权利要求1所述的一种镀锡铋合金溶液的制备方法，其特征在于，
令待制备的镀锡铋合金溶液的体积为V升；
第一步，分别制备明胶溶液、OP-10溶液和硫酸溶液；
将明胶浸泡于(1/5)V升的去离子水中，直到明胶充分膨胀，然后将明胶和去离子水整体加热至80℃，使明胶完全溶解在去离子水中，形成明胶溶液，最后将明胶溶液冷却至18℃～25℃；
将OP-10溶解于(1/5)V升的40℃～50℃的去离子水中，形成OP-10溶液，将OP-10溶液冷却至18℃～25℃；
将硫酸溶于(1/2)V升的去离子水中，形成硫酸溶液，将硫酸溶液冷却至18℃～25℃；
第二步，将硫酸溶液平均分成三份，分别为第一溶液、第二溶液及第三溶液；
在第一溶液中加入硫酸亚锡，边加边搅拌，直至硫酸亚锡完全分散溶解后，形成无色透明的混合溶液A；
在第二溶液中加入氯化钠和硝酸铋，当氯化钠和硝酸铋完全溶解后，形成混合溶液B；
在第三溶液中加入苯酚磺酸和对苯二酚，当苯酚磺酸和对苯二酚完全溶解后，形成混合溶液C；
第三步，分别将明胶溶液、OP-10溶液、混合溶液A、混合溶液B及混合溶液C无顺序倒入用于制备镀锡铋合金溶液的主槽中；
第四步，在主槽中加入去离子水，并充分搅拌，直到主槽中的溶液体积为设定体积，即达到V升；此时，完成镀锡铋合金溶液的制备。
3.如权利要求2所述的一种镀锡铋合金溶液的制备方法，其特征在于，制备完成的镀锡铋合金溶液的温度控制在12℃～18℃。
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