CN113755910A - 一种以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电镀技术，涉及一种以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液。包括包括镉的氧化物或镉盐、络合剂或配位剂、导电盐、缓冲剂及添加剂，溶剂为水；本发明使用的烷基糖苷是具备糖苷基与烷基的非离子表面活性剂，既可以作为主光亮剂细化镀层晶粒、提高镀层光泽度，也可以作为整平剂提高镀层的均匀性。使用烷基糖苷作为电镀镉溶液的添加剂可以显著提高无氰电镀镉镀层的表面质量。本发明添加剂仅使用烷基糖苷一种即可制备出满足要求的镀层，不需要添加冗杂的走位剂、主光亮剂、载体光亮剂、辅助光亮剂等物质；为了使镀层获得更光亮的外观，可以添加镍盐制备镍镉合金；烷基糖苷是一种易生物降解材料，对环境危害性小。

Description

一种以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液
技术领域
本发明属于电镀技术，涉及一种以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液。
背景技术
随着国家科技的不断进步，对高性能表面处理工艺的需求也越来越高。常规的无氰镀镉工艺存在结晶粗糙、镀层无光泽的特点，这是为了降低镀镉工艺对基体氢脆性能的影响，故意增加镀层孔隙率的结果。对于纯金属镀层，其氢脆性和耐蚀性有一定对立关系，当使用增加镀层孔隙率的方法降低工艺对基体的氢脆风险时，必然会严重影响镀层的耐蚀性能。低氢脆纯锌电镀工艺至今未能面世足以说明兼顾工艺氢脆性和耐蚀性的难度之大。随着无氰电镀镉钛合金工艺的推广与应用，针对高强度钢的防护已经可以兼顾低氢脆性以及高耐蚀性。由北京航空材料研究院主导开发的无氰电镀镉钛合金工艺可以应用于4340超高强度钢上，且中性盐雾实验超3000h以上。在此情况下，继续研发与优化低氢脆电镀纯镉工艺已无太大必要，而应当将研究重点转移至优化镀层外观、提高镀层耐蚀性等方面。
无氰电镀镉溶液主要包括镉离子、络合剂/配位剂、导电盐、缓冲剂以及添加剂，其中添加剂可以显著改变镀层性能。无氰镀镉糖类添加剂主要有葡萄糖酸[1]、糖精[2]、蔗糖[3]等，也有使用含糖侧基的有机物，如含有葡萄糖侧基的炔丙酰胺聚合物和/或含有乳糖侧基的炔丙酰胺聚合物等有机物[4]。其中葡萄糖酸或者部分含糖侧基的有机物基本上是作为金属掩蔽剂或者辅助配位剂进行使用，仅有纯糖、糖苷或者包含糖苷的部分有机物可以细化镀层晶粒。综上，包含糖苷基的烷基糖苷有潜力作为电镀镉的添加剂。
烷基糖苷是一种新型的非离子型表面活性剂，其亲油端为烷基，亲水端为糖苷基。其中，烷基为只包含C、H两种元素的基团，其形态可为直链、也可包含支链、苯环等；糖苷基为只包含C、H、O元素的基团，是通过将碳水化合物的半缩醛羟基与醇或酚的羟基反应，失水而形成的缩醛式衍生物基团。因此，从理论上看，其既可以起到细化晶粒的作用，也可以起到整平的作用。
烷基糖苷作为添加剂已成功应用于镀锌[5]、镀铜[6]、镀银[7]、镀锡[8]等工艺。但是这些工艺中，除了镀锌工艺，大都不需要使用糖类物质作为工艺光亮剂(葡萄糖酸等物质为配位剂或金属掩蔽剂，而非光亮剂)。而镀锌工艺中，糖类物质可作为光亮剂使用也仅在工艺体系为氯化物或硫酸盐等弱酸性条件下。换言之，大部分工艺仅仅将烷基糖苷作为表面活性剂或者铺助配位剂进行使用，烷基糖苷中包含的糖苷基并未发挥其最大的作用。因此烷基糖苷在镀镉工艺中的作用与其他镀种皆不相同，烷基糖苷可在任意镀镉工艺中既可以作为镀层光亮剂，细化晶粒，增加镀层光泽度，又可以作为镀液的整平剂，是一种全能高效的电镀添加剂。
其中参考文献：
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发明内容
本发明目的是：提出一种以烷基糖苷作为添加剂成分的无氰电镀镉工艺。该工艺使用的烷基糖苷是具备糖苷基与烷基的非离子表面活性剂，既可以作为主光亮剂细化镀层晶粒、提高镀层光泽度，也可以作为整平剂提高镀层的均匀性。使用烷基糖苷作为电镀镉溶液的添加剂可以显著提高无氰电镀镉镀层的表面质量。
本发明的技术方案是：一种以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液，包括以下各组分：其溶质包括镉的氧化物或镉盐、络合剂或配位剂、导电盐、缓冲剂及添加剂，溶剂为水；其中，溶液中镉的氧化物或镉盐的质量与溶质质量总和的百分比为8％～12％，溶液中络合剂或配位剂的质量与溶质质量总和的百分比为20％～35％，溶液中缓冲剂的质量与溶质质量总和的百分比为3％～10％，溶液中添加剂的质量与溶质质量总和的百分比为0.5％～2％，其主要成分为烷基糖苷，溶液中导电盐的质量为溶质余量。
镉的氧化物或镉盐包括氧化镉、氯化镉、硫酸镉、甲烷磺酸镉、柠檬酸镉中的一种或几种。
络合剂或配位剂包括氯化铵、氨三乙酸及其盐、乙二胺四乙酸及其盐、亚氨基二琥珀酸及其衍生物、羟基乙叉二膦酸及其盐、海因(乙内酰脲)及其衍生物、柠檬酸及其盐、有机胺中的一种或几种。
缓冲剂其种类包括但不限于：碳酸盐、硼酸盐、甲烷磺酸盐、柠檬酸盐、烟酸盐、乙酸盐、磷酸氢盐中的一种或几种。
导电盐包括钠盐、钾盐、铵盐中的一种或几种。
烷基糖苷是一种非离子型表面活性剂，其亲油端为烷基，亲水端为糖苷基；其中，烷基为只包含C、H两种元素的基团，糖苷基为只包含C、H、O元素的基团。
所述糖苷基是通过将碳水化合物的半缩醛羟基与醇或酚的羟基反应，失水而形成的缩醛式衍生物基团。
所述烷基糖苷包括APG0810、APG0812、APG1012、十二烷基苷、JFC-2G中的一种或几种。
所述添加剂溶质还包括主光亮剂，成分为镍金属盐。
本发明优点是：本发明添加剂仅使用烷基糖苷一种即可制备出满足要求的镀层，不需要添加冗杂的走位剂、主光亮剂、载体光亮剂、辅助光亮剂等物质；为了使镀层获得更光亮的外观，可以添加镍盐制备镍镉合金；烷基糖苷是一种易生物降解材料，对环境危害性小。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
一种以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液，包括以下各组分：其溶质包括镉的氧化物或镉盐、络合剂/配位剂、导电盐、缓冲剂及添加剂，溶剂为水。其中，溶液中镉的氧化物或镉盐的质量与溶质质量总和的百分比为8％～12％，其种类包括但不限于：氧化镉、氯化镉、硫酸镉、甲烷磺酸镉、柠檬酸镉等。溶液中络合剂/配位剂的质量与溶质质量总和的百分比为20％～35％，其种类包括但不限于：氯化铵、氨三乙酸及其盐、乙二胺四乙酸及其盐、亚氨基二琥珀酸及其衍生物、羟基乙叉二膦酸及其盐、海因(乙内酰脲)及其衍生物、柠檬酸及其盐、有机胺等。溶液中缓冲剂的质量与溶质质量总和的百分比为3％～10％，其种类包括但不限于：碳酸盐、硼酸盐、甲烷磺酸盐、柠檬酸盐、烟酸盐、乙酸盐、磷酸氢盐等。溶液中添加剂的质量与溶质质量总和的百分比为0.5％～2％，其主要成分为烷基糖苷。溶液中导电盐的质量为溶质余量，其种类包括但不限于：钠盐、钾盐、铵盐等。
本发明的工作原理是：烷基糖苷是一种新型的非离子型表面活性剂，其亲油端为烷基，亲水端为糖苷基。其中，烷基为只包含C、H两种元素的基团，其形态可为直链、也可包含支链、苯环等；糖苷基为只包含C、H、O元素的基团，是通过将碳水化合物的半缩醛羟基与醇或酚的羟基反应，失水而形成的缩醛式衍生物基团。因此，该溶液使用的烷基糖苷是具备糖苷基与烷基的非离子表面活性剂，既可以作为主光亮剂细化镀层晶粒、提高镀层光泽度，也可以作为整平剂提高镀层的均匀性。
一种以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液的配制方法为：
1)制备金属镉溶液：称取计算量的金属镉氧化物或镉盐，使用稀酸和/或去离子水完全溶解。
2)制备络合剂/配位剂溶液：称取计算量的络合剂/配位剂，使用酸/碱完全溶解，并调节至相应pH。
3)将金属镉溶液缓慢地加入络合剂/配位剂溶液中，并搅拌均匀。
加入导电盐、缓冲剂，搅拌均匀，并调节pH至规定值。
4)加入添加剂，搅拌均匀，加水定容。
实施例1
电镀液主盐配方如下：
硫酸镉：30g/L；
氯化铵：150g/L；
乙二胺四乙酸：30g/L；
乙酸铵：20g/L；
APG 0810(烷基糖苷)：0.5g/L
硫酸镍：0.3g/L
pH：6～7；
T：15-30℃
电流密度：0.5～2.0A/dm2。
实施例2
氧化镉：35g/L；
甲烷磺酸：60g/L；
羟基乙叉二膦酸：120g/L；
碳酸钾：60g/L；
APG 0812(烷基糖苷)：0.5g/L：
pH：9～11；
T：15-30℃
电流密度：1.0～5.0A/dm2。
实施例3
氧化镉：35g/L；
甲烷磺酸：60g/L；
5，5-二甲基海因：120g/L；
碳酸钾：60g/L；
十二烷基苷(烷基糖苷)：0.5g/L：
pH：9～11；
T：15-30℃
电流密度：1.0～5.0A/dm2。
三个实施例使用了三种不同的金属镉离子来源、三种不同的络合剂或配位剂、三种结构不同的烷基糖苷，均可制备出外观光亮、结晶细致、结合力良好、耐蚀性优良的镉镀层。

Claims (9)

1.一种以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液，其特征在于，包括包括镉的氧化物或镉盐、络合剂或配位剂、导电盐、缓冲剂及添加剂，溶剂为水；其中，溶液中镉的氧化物或镉盐的质量与溶质质量总和的百分比为8％～12％，溶液中络合剂或配位剂的质量与溶质质量总和的百分比为20％～35％，溶液中缓冲剂的质量与溶质质量总和的百分比为3％～10％，溶液中添加剂的质量与溶质质量总和的百分比为0.5％～2％，其主要成分为烷基糖苷，溶液中导电盐的质量为溶质余量。
2.如权利要求1所述的以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液，其特征在于，镉的氧化物或镉盐包括氧化镉、氯化镉、硫酸镉、甲烷磺酸镉、柠檬酸镉中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液，其特征在于，络合剂或配位剂包括氯化铵、氨三乙酸及其盐、乙二胺四乙酸及其盐、亚氨基二琥珀酸及其衍生物、羟基乙叉二膦酸及其盐、海因(乙内酰脲)及其衍生物、柠檬酸及其盐、有机胺中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液，其特征在于，缓冲剂其种类包括但不限于：碳酸盐、硼酸盐、甲烷磺酸盐、柠檬酸盐、烟酸盐、乙酸盐、磷酸氢盐中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液，其特征在于，导电盐包括钠盐、钾盐、铵盐中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液，其特征在于，烷基糖苷是一种非离子型表面活性剂，其亲油端为烷基，亲水端为糖苷基；其中，烷基为只包含C、H两种元素的基团，糖苷基为只包含C、H、O元素的基团。
7.如权利要求1所述的以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液，其特征在于，所述糖苷基是通过将碳水化合物的半缩醛羟基与醇或酚的羟基反应，失水而形成的缩醛式衍生物基团。
8.如权利要求1所述的以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液，其特征在于，所述烷基糖苷包括APG0810、APG0812、APG1012、十二烷基苷、JFC-2G中的一种或几种。
9.如权利要求1所述的以烷基糖苷为添加剂成分的无氰电镀镉溶液，其特征在于，所述添加剂溶质还包括主光亮剂，成分为镍金属盐。
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