CN115404525A - 一种Si-Bi合金电镀工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Si‑Bi合金电镀工艺，该工艺利用主要包括甲基磺酸、甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋的电解液连接Si‑Bi合金和待镀层基体。采用本发明电镀工艺镀敷的Sn‑Bi合金光亮、致密、结合力好、焊接性能优良，同时能有效地防止锡须的形成，且槽液稳定，环保，工艺操作简单。

Description

一种Si-Bi合金电镀工艺
技术领域
本发明属于金属镀敷领域，尤其是涉及一种Si-Bi合金电镀工艺。
背景技术
锡镀层具有良好的耐蚀性、可焊性和装饰性，既可作装饰性镀层，也可作可焊性镀层，在一定范围内可作代银镀层，且对人体的毒性极小，因此在电工、电子、食品罐头以及轻工业等部门应用广泛。然而随着电子技术的迅速发展，对焊接要求越来越高，因此对镀层的焊接性能提出了更高要求。由于纯锡熔点较高 (232℃)，焊接时对基体的热损伤也较严重，且抗氧化性也不如其合金好，所以现在广泛应用锡基合金作为焊接性镀层，如含锡60％、铅40％的Sn-Pb合金，其熔点为183℃，现正广泛应用，但是由于镀层中含铅，所以无论在电操作过程还是产品在使用后，都会对环境造成污染。随着人们环保意识的增强，越来越要求取代有毒的Sn-Pb合金镀层，Ag-Sn合金和Au-Sn合金也可以作为焊接性层但由于成本较高，应用不广。
Sn-Bi合金由于其可焊性较好，且熔点更低(低于160℃)，因此引起了人们的重视。虽然价格略高于Sn-Pb合金，但由于Sn-Bi合金的可焊性较好，一方面可以保持合金较好的焊接性能，另一方面在Sn镀层中引入铋后可以取代铅的作用，例如：防止锡须、锡疫和发霉。因此研究Sn-Bi合金镀层具有重要意义。
发明内容
本发明在此的目的在于提供一种Sn-Bi合金电镀工艺，该工艺至少能够使待镀层基体上形成的镀层致密、结合力好、焊接性能优良，同时能有效防止锡须。
为实现本发明的目的，在此提供的Si-Bi合金电镀工艺，利用主要包括甲基磺酸、甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋的电解液连接Si-Bi合金和待镀层基体。
本发明利用Sn-Bi合金进行电镀，在待镀层基体上形成的镀层致密、结合力好、焊接性能优良的镀层，能有效防止锡须；且采用甲基磺酸盐主要起络合作用，通过与金属离子形成络合键，降低了Bi的电极电位，确保了合金镀层的沉积和结晶；同时镀液中过量的甲基磺酸能保证二价锡的稳定性。
在一些实施方式中，所述甲基磺酸、甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋的浓度分别为：甲基磺酸浓度150mL/L～180mL/L；甲基磺酸亚锡浓度50mL/L～60mL/L；甲基磺酸铋浓度3mL/L～20mL/L。
本发明采用上述浓度范围实现了镀层结晶细腻，镀液导电性能优异，镀液稳定。甲基磺酸含量过低时，络合效果差，镀层粗糙；过高时，副反应剧烈，阴极电流效率差。甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋含量过低时，电流密度范围会变窄，镀层易烧焦；含量过高时，会使镀液分散能力降低，镀层粗糙。
在一些实施方式中，所述甲基磺酸铋含金属铋32g/L。
在一些实施方式中，所述电解液还包括光亮剂A和光亮剂B，所述光亮剂A 的浓度为40mL/L，所述光亮剂B浓度10mL/L。
在一些实施方式中，本发明提供的电镀工艺通过以下步骤完成镀层：
步骤S1：对待镀层基体进行除油和活化处理；
步骤S2：配置主要包括甲基磺酸、甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋的电解液；
步骤S3：将Si-Bi合金作为阳极和经所述步骤S1处理后的待镀层基体作为阴极放置于所述步骤S2配置的电解液中并通电进行电镀；
步骤S4：采用去离子水将所述步骤S3电镀后的待镀层基体清洗干净，然后热风吹干，得到电镀基体。
在一些实施方式中，所述步骤S1采用阴极电解除油，电解除油温度60℃～ 80℃，除油时间控制4min～6min，除油结束后两道水清洗零件。对待镀层基体(阴极)电解除油与其他除油方式相比，是精除油的手段，可以迅速、彻底的除去表面的油脂，且除油工艺简单，易维护。
在一些实施方式中，所述步骤S1采用30％～40％分析纯硫酸进行浸渍处理，时间为5s～10s进行活化处理。硫酸活化主要的作用为去除基体金属表面的氧化层，使基体金属的晶体裸露出来，进而保证镀层的结合力。使用硫酸作为活化液的优点是，相对与盐酸，其对生产线的腐蚀作用较小。
在一些实施方式中，所述步骤S2配置电解液的具体步骤为：首先注入30％去离子水，然后依次加入甲基磺酸、甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋搅拌均匀后加入纯水至所需体积。
在一些实施方式中，所述步骤S3电镀条件为：电流密度2A/dm2，镀液温度 8℃～15℃，电镀时间15min，镀层厚度10μm～20μm。
在一些实施方式中，电镀过程用循环过滤机过滤电解液。循环过滤提高了镀液的分散性，降低了浓差极化作用，同时也可以除去镀液中的颗粒物，保证了镀层性能及电镀有效进行。
采用本发明提供的技术方案，能够达到的技术效果至少为：采用本发明电镀工艺镀敷的Sn-Bi合金光亮、致密、结合力好、焊接性能优良，同时能有效地防止锡须的形成，且槽液稳定，环保，工艺操作简单。
具体实施方式
现在更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
本发明提供的Si-Bi合金电镀工艺利用主要包括甲基磺酸、甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋的电解液连接Si-Bi合金和待镀层基体，实现Si-Bi合金的电镀。通过以下示例对该Si-Bi合金电镀工艺进行详细说明。
示例一
一种Si-Bi合金电镀工艺，包括以下步骤：
步骤S1：对待镀层基体进行除油和活化处理；
步骤S2：配置电解液，电解液主要包括甲基磺酸、甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋，在此还包括光亮剂A和光亮剂B；电解液中各组分的浓度可以分别为：甲基磺酸浓度160mL/L，甲基磺酸哑锡浓度50mL/L，甲基磺酸铋浓度3mL/L(其中含金属铋浓度32g/L)，光亮剂A浓度40mL/L，光亮剂B浓度10mL/L；
步骤S3：将Si-Bi合金作为阳极和经步骤S1处理后的待镀层基体作为阴极放置于步骤S2配置的电解液中并通电进行电镀；电镀的条件根据待镀层基体确定，如可以是：电流密度2A/dm2，电镀时间15min；Si-Bi合金镀层厚度根据需求确定，如可以是：Si-Bi合金镀层厚度为10μm～20μm；
步骤S4：采用去离子水将步骤S3电镀后的待镀层基体清洗干净，然后热风吹干，得到电镀基体。
经上述Si-Bi合金电镀工艺形成于电镀基体上的镀层中铋含量为1.67％。示
示例二
一种Si-Bi合金电镀工艺，包括以下步骤：
步骤S1：对待镀层基体进行除油和活化处理；
步骤S2：配置电解液，电解液主要包括甲基磺酸、甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋，在此还包括光亮剂A和光亮剂B；电解液中各组分的浓度可以分别为：甲基磺酸浓度150mL/L；甲基磺酸亚锡浓度50mL/L；甲基磺酸铋浓度12mL/L (其中含金属铋浓度32g/L)，光亮剂A浓度40mL/L，光亮剂B浓度10mL/L；
步骤S3：将Si-Bi合金作为阳极和经步骤S1处理后的待镀层基体作为阴极放置于步骤S2配置的电解液中并通电进行电镀；电镀的条件根据待镀层基体确定，如可以是：电流密度2A/dm2，电镀时间15min；Si-Bi合金镀层厚度根据需求确定，如可以是：Si-Bi合金镀层厚度为10μm～20μm；
步骤S4：采用去离子水将步骤S3电镀后的待镀层基体清洗干净，然后热风吹干，得到电镀基体。
经上述Si-Bi合金电镀工艺形成于电镀基体上的镀层中铋含量为8.77％。
示例一和示例二中Si-Bi合金镀层通过钎焊试验，发现焊接良好，钎焊试验试验试验纯锡作为焊料，25％松香异丙醇作为助焊剂。此外，经48h盐雾试验后无腐蚀现象，-55.5℃～+86.5℃进行高低温冲击后无结合力不良现象，按照标准进行潮湿试验未出现锡须和发霉现象。
本文示例一、示例二可以采用任何一种除油方式和活化处理对待镀层基体进行除油、活化处理，在此除油工步采用阴极电解除油，电解除油温度60℃～ 80℃，除油时间控制4min～6min，除油结束后两道水清洗零件；活化工步为采用30％～40％分析纯硫酸进行浸渍处理，时间为5s～10s。
本文中电解液的配置可以是这样完成的：在电解槽中，首先注入30％去离子水，然后按照浓度要求依次加入甲基磺酸，甲基磺酸亚锡，甲基磺酸铋(含金属铋32g/L)，光亮剂A，光亮剂B，搅拌均匀后加入纯水至所需体积。当然，本文电镀工艺中的电解液并不限于此处所记载的配置方式，采用其它方式也是即可的。
在电镀过程中，本文技术方案还对电镀液进行循环过滤处理，具体是用循环过滤机过滤槽液，过滤量为每小时4～5个循环，以减少电解液中的杂质，避免因杂质对镀层造成影响。
本文提供的电镀工艺通过调节镀液中甲基磺酸铋的含量镀层中铋的含量可以为1.67％～11.1％。
本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反，在不脱离本公开的精神和范围内所作的变动与润饰，均属本公开的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种Si-Bi合金电镀工艺，其特征在于，该工艺利用主要包括甲基磺酸、甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋的电解液连接Si-Bi合金和待镀层基体。
2.根据权利要求1所述的Si-Bi合金电镀工艺，其特征在于，所述甲基磺酸、甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋的浓度分别为：甲基磺酸浓度150mL/L～180mL/L；甲基磺酸亚锡浓度50mL/L～60mL/L；甲基磺酸铋浓度3mL/L～20mL/L。
3.根据权利要求2所述的Si-Bi合金电镀工艺，其特征在于，所述甲基磺酸铋含金属铋32g/L。
4.根据权利要求1或2或3所述的Si-Bi合金电镀工艺，其特征在于，所述电解液还包括光亮剂A和光亮剂B，所述光亮剂A的浓度为40mL/L，所述光亮剂B浓度10mL/L。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的Si-Bi合金电镀工艺，其特征在于，通过以下步骤完成镀层：
步骤S1：对待镀层基体进行除油和活化处理；
步骤S2：配置主要包括甲基磺酸、甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋的电解液；
步骤S3：将Si-Bi合金作为阳极和经所述步骤S1处理后的待镀层基体作为阴极放置于所述步骤S2配置的电解液中并通电进行电镀；
步骤S4：采用去离子水将所述步骤S3电镀后的待镀层基体清洗干净，然后热风吹干，得到电镀基体。
6.根据权利要求5所述的Si-Bi合金电镀工艺，其特征在于，所述步骤S1采用阴极电解除油，电解除油温度60℃～80℃，除油时间控制4min～6min，除油结束后两道水清洗零件。
7.根据权利要求5所述的Si-Bi合金电镀工艺，其特征在于，所述步骤S1采用30％～40％分析纯硫酸进行浸渍处理，时间为5s～10s进行活化处理。
8.根据权利要求5所述的Si-Bi合金电镀工艺，其特征在于，所述步骤S2配置电解液的具体步骤为：首先注入30％去离子水，然后依次加入甲基磺酸、甲基磺酸亚锡和甲基磺酸铋搅拌均匀后加入纯水至所需体积。
9.根据权利要求5所述的Si-Bi合金电镀工艺，其特征在于，所述步骤S3电镀条件为：电流密度2A/dm2，镀液温度8℃～15℃，电镀时间15min。
10.根据权利要求5所述的Si-Bi合金电镀工艺，其特征在于，电镀过程用循环过滤机过滤电解液。
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