[发明专利]环保镍电镀组合物和方法

说明书

环保镍电镀组合物能够电镀镍沉积物，其光亮且均匀并且抑制沉积在所述光亮且均匀的镍沉积物上的金层的腐蚀。环保镍电镀组合物可以用于在宽电流密度范围内在各种衬底上电镀光亮且均匀的镍沉积物。

技术领域

本发明涉及环保镍电镀组合物和方法。更具体地说，本发明涉及环保镍电镀组合物和用于在宽电流密度范围在基板上电镀镍的方法，其中镍沉积物是光亮且均匀的，并且其性能可以抑制随后镀覆的金和金合金层中的孔形成，从而防止当镍沉积物用作底层时经电镀物品的腐蚀。

背景技术

光亮镍电镀浴用于汽车、电器、器具、硬件和各种其它行业。最通常已知和使用的镍电镀浴之一是瓦茨浴(Watts bath)。典型的瓦茨浴包括硫酸镍、氯化镍和硼酸。瓦茨浴通常在2-5.2的pH范围，30-70℃的电镀温度范围和1-6安培/平方分米的电流密度范围下操作。硫酸镍以相当大的量包括在浴中以提供所需的镍离子浓度。氯化镍可以改善阳极腐蚀并且提高电导率。使用硼酸作为弱缓冲液来维持浴的pH。为了获得光亮并且有光泽的沉积物，通常将有机和无机增亮剂添加到浴中。

大多数金属电镀液的常见问题是浴液组分的回收和使用后废弃产品的处理。尽管一些浴液组分容易回收，但是回收过程可能是昂贵的，但其它组分和分解产物可能难以回收并且排放到废水中，因此可能污染环境。在瓦茨浴的情况中，硫酸镍和氯化镍容易回收；然而，硼酸的回收具有挑战性并且经常以污染环境的废水告终。

世界各地的许多政府正在通过更严格的环境法律法规，涉及如何处理化学废物以及化学工业的类型可用于开发和制造过程。举例来说，在欧盟，称为REACh的化学品注册、评估、授权和限制法规禁止了许多化学品，或正在禁止大量工业用途的硼酸等化学品。因此，制造和销售通常包括硼酸的电镀浴的金属电镀行业试图开发不含硼酸的浴。在镍电镀浴中，许多制造商试图通过用乙酸镍代替硼酸来解决开发具有基本相同的电镀性能的不含硼酸的镍电镀浴的问题。不幸的是，乙酸镍浴液通常会产生粗糙和不够密集的镍沉积物，这些镍沉积物根据施加的电流密度而在外观上变化。此外，视镍浴中包括的量而定，基于乙酸镍的浴可能会产生难闻的气味，从而危及工作环境。

另一种化合物通常包括在镍电镀浴中以改善电镀性能，目前许多国家的政府都不赞成这种化合物，它是香豆素。香豆素已被纳入镍电镀浴中，以提供瓦茨浴中的高流平性、延展性、半光亮和无硫镍沉积物。平整指的是镍沉积物填充并且平滑表面缺陷(如划痕和抛光纹)的能力。典型的含香豆素的镀电镀浴的实例含有约150-200mg/L香豆素和约30mg/L甲醛。浴液中高浓度的香豆素具有非常好的流平性；然而，这种性能是短暂的。如此高的香豆素浓度导致高比率的有害分解产物。分解产物是不希望的，因为它们可能会导致沉积物中不均匀、无光泽的灰色区域，这些灰色区域不容易通过随后的光亮镍沉积物发亮。它们可以降低镍浴液的流平性，以及降低镍沉积物的其它有利物理特性。为了解决这个问题，行业的工作人员提出要降低香豆素浓度并且添加甲醛和水合氯醛；然而，以中等浓度使用这些添加剂不仅会增加镍沉积物的拉伸应力，而且会损害浴液的流平性能。此外，甲醛(如硼酸和香豆素)是许多政府法规(如REACh)认为对环境有害的另一种化合物。

提供高度平整的镍沉积物而不牺牲沉积物延展性和内应力是非常重要的。镀镍沉积物的内应力可以是压缩应力或拉伸应力。压缩应力是沉积物膨胀以解除应力之处。相比之下，拉伸应力是沉积物收缩之处。高度压缩的沉积物会导致起泡、翘曲或导致沉积物与衬底分离，而高拉伸应力的沉积物除了开裂和疲劳强度降低之外，还会引起翘曲。

如上文简述，镍电镀液用于各种行业中。镍电镀浴通常用于电连接器和引线框上的电镀镍层。这类制品具有不规则的形状，并且由具有相对粗糙表面的金属(如铜和铜合金)构成。因此，在镍电镀期间，整个制品的电流密度不均匀，常常导致整个制品上镍沉积物的厚度和亮度不可接受地不均匀。