[发明专利]一种无氰镀Cu-Sn合金用焦磷酸盐的电镀液及电镀方法

说明书

技术领域

本发明涉及电镀铜锡技术领域，尤其涉及一种无氰镀Cu-Sn合金用焦磷酸盐的的电镀液及电镀方法。

背景技术

电镀铜锡合金是发展最早的合金镀种之一。由于镍资源短缺等原因，镍的价格持续增长，代镍镀层越来越引起人们的注意。铜锡合金作为代镍用于防护、装饰性镀层，既可以满足使用要求，也可以减少镍的使用，因此具有非常高的市场价值。80年代后期，研究发现金属镍接触人的皮肤会引发镍敏感症状，因而在许多国家，例如，欧共体国家旱在90年代就已立法限制首饰品中含镍量，要求金属镍的析出量每平方厘米不超过0.5微克。因此研究代镍电镀工艺有很大的必要性。代镍镀层应具备以下性能：首先镀层的整平性、光亮度要好，具有优良的装饰效果。其次，镀层应能阻止底层金属向而层的扩散，以防止贵金属镀层的变色。再者，电镀成本不能太高。日前常用的代镍工艺主要有电镀铜合金、镀钯或钯镍合金、镀钴。镀钴和镀钯均因其价格昂贵使得它们的工业化推广受到限制。电镀Cu-Sn合金，可获得平整和光亮的镀层，铜锡合金的防扩散性能良好，较为重要的是，电镀成本较为理想。不仅如此，电镀废液处理技术要求不高。基于此，电镀Cu-Sn合金在装饰防护性电镀中获得了广泛的应用，是应用最广泛的代镍镀层之一。

由于氰化物有剧毒，在环保意识的逐步增强的大时代背景下，氰化电镀Cu-Sn合金开始被各国政府通过立法进行限制。无氰电镀的开发凸显出巨大的市场前景。现有的氰化电镀Cu-Sn合金普遍存在镀液的性能不佳，镀层质量不高的技术缺陷，这些严重制约了无氰电镀铜锡在工业上的进一步推广。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提供一种无氰镀Cu-Sn合金合金用焦磷酸盐的电镀液，该电镀液的镀液性能较好，使用该镀液得到的镀层质量较高。

一种无氰镀Cu-Sn合金合金用焦磷酸盐的电镀液，由含量为0.4～6g/L的以铜计焦磷酸铜、含量为8～36g/L的以锡计焦磷酸亚锡、含量为72～189g/L的以焦磷酸根计碱金属焦磷酸盐、含量为0.36～0.72g/L的光亮剂和含量为40～60g/L的磺基水杨酸组成；所述光亮剂为由等摩尔量的哌嗪和环氧氯丙烷反应得到的反应产物。

其中，由含量为4g/L的以铜计焦磷酸铜、含量为18g/L的以锡计焦磷酸亚锡、含量为134g/L的以焦磷酸根计碱金属焦磷酸盐、含量为0.50g/L的光亮剂和含量为52g/L的磺基水杨酸组成。

以上电镀液的技术方案中，选用焦磷酸铜为铜主盐。选用焦磷酸锡为锡主盐。。选用焦磷酸盐为配位剂。焦磷酸盐优选为碱金属的焦磷酸盐，例如焦磷酸钠或钾。碱金属的焦磷酸盐为可溶性盐。焦磷酸根可与铜离子和亚锡离子形成络合物，该络合物在阴极沉积时的放电电位较简单的二价铜离子更负，即极化程度更大。因而，络合离子放电更为平稳，使得镀层的更为细致平整。焦磷酸铜和焦磷酸锡所含的焦磷酸根作为配位剂阴离子，不会导致镀液中引入其他的阴离子杂质。

光亮剂为由等摩尔量的哌嗪和环氧氯丙烷在50～70℃下通过缩合反应3～5h得到的反应产物。该反应以水为反应溶剂。首先将哌嗪溶解于水中，待温度调节为40℃时，将环氧氯丙烷在搅拌条件下加入至上述溶液，然后恒温于50～70℃反应若干时间后，自然冷却至室温出料。值得说明的是，恒温反应时间由加料时间来决定。环氧氯丙烷的加料方式可以为分批的间歇式，也可以为连续滴加式。但不管何种加料方式，对加料的速率应当根据反应热的释放带来反应体系的温度的上升程度来控制。具体而言，以1mol的环氧氯丙烷为例，在分批的间歇式的加料过程中，每批环氧氯丙烷投料的时间间隔为10～15min；在连续滴加式的过程中，滴加的总体时间以30～60min为宜。

选用磺基水杨酸作为镀液稳定剂。它能阻止镀液中因二价铜被亚锡离子还原产生的铜单质从镀液中沉淀出来。

除了上述添加剂外，本发明在还可选用合适用量的其它在本领域所常用的添加剂，这些都不会损害镀层的特性。

本发明另一方面提供一种无氰镀Cu-Sn合金用焦磷酸盐的电镀方法，该方法所适用的电镀液的性能较好，根据该方法制备的镀层质量较高。

一种使用上述的电镀液电镀的方法，包括以下步骤：

(1)配制电镀液：在水中溶解各原料组分形成电镀液，所述每升电镀液含有0.4～6g以铜计焦磷酸铜、8～36g以锡计焦磷酸亚锡、72～189g以焦磷酸根计碱金属焦磷酸盐、0.36～0.72g光亮剂和40～60g磺基水杨酸组成；所述光亮剂为由等摩尔量的哌嗪和环氧氯丙烷反应得到的反应产物；

(2)以预处理过的阴极和阳极置入所述电镀液中通入电流进行电镀。