CN101054698A - 采用离子液体在锌表面预电沉积铜的方法 - Google Patents

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周鸣
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Abstract

本发明涉及一种采用离子液体在锌表面预电沉积铜的方法。本发明方法选择合成氯化1－甲基－3－丁基－咪唑(BMIM－Cl)中间体，再与NH4BF4制备BMIBF4离子液体，然后再加入10％(BMIM－Cl)中间体溶解在BMIBF4离子液体中，最后把无水氯化亚铜加入上述离子液体中，搅拌均匀成一相后就制备出电镀铜的离子液体电解质，这种离子液体基本上不会腐蚀锌基体的表面，同时它也不会与离子液体中铜离子发生置换反应，因此可以在锌表面电镀一层铜。本发明方法离子液体预电镀铜的电流效率可以达到100％。离子液体电镀铜不会有水溶液电镀铜中产生析氢和镀层有针孔现象。离子液体电镀铜不会对环境产生污染。

Description

采用离子液体在锌表面预电沉积铜的方法
技术领域
本发明涉及一种锌表面预电沉积铜的方法，特别是一种采用离子液体在锌表面预电沉积铜的方法。
背景技术
锌合金压铸件价格低廉、生产效率高、加工精度高，具有一定的机械强度，能压铸成形状复杂、精度较高的各种零部件，经电镀的锌压铸件以其优良的装饰性、抗蚀性及价廉等特点应用于日用五金、轻工家电、机械电子、仿工艺品上。为此，国内电镀工作者近年对锌压铸件的电镀技术进行了大量的研究。
锌铸件的表面化学性质比较活泼，抗腐蚀性能比较差，因此需要在锌铸件表面电镀一层抗腐蚀性能较强的金属，一般工业都是采用电镀镍和铬的工艺，由于锌的化学性质比较活泼，在电镀溶液容易发生溶解腐蚀现象以及与溶液中其它金属离子(镍)发生置换反应，这样会影响电镀层与锌基体之间的结合力，从而影响电镀层，因此在现有技术的工艺流程中使用预镀氰化铜工艺，由于氰化物具有很好的络合能力，当它与铜络合后，可以减少溶液中自由的金属铜离子，可以有效地避免铜锌之间的置换反应，从而可以提高铜与基体锌之间的结合力，但是，国家环保法已经明确规定要逐步淘汰氰化物电镀工艺，这样寻找新的无氰预电镀铜工艺已经迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用离子液体在锌表面预电沉积铜的方法，以解决现有锌铸件表面电镀镍和铬工艺中采用氰化预电镀铜的工艺存在的环保问题。
本发明的构思是：
由于离子液体的物理化学性质，如电导率高，在高温下仍有很低的蒸汽压，电化学稳定性好(即有宽阔的电化学窗口)，对有机物和无机物的溶解能力强，热稳定性和阻燃性好，酸碱性可调节等特点，其中四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑(BMIBF4)具有在空气中稳定存在优良特性。本发明方法选择合成氯化1-甲基-3-丁基-咪唑(BMIM-Cl)中间体，再与NH4BF4制备BMIBF4离子液体，然后再加入10％(BMIM-Cl)中间体溶解在BMIBF4离子液体中，最后把无水氯化亚铜加入上述离子液体中，搅拌均匀成一相后就制备出电镀铜的离子液体电解质，这种离子液体基本上不会腐蚀锌基体的表面，同时它也不会与离子液体中铜离子发生置换反应，因此可以在锌表面电镀一层铜。
根据上述构思，本发明采用下述技术方案：
一种采用离子液体在锌表面预电沉积铜的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
a)把氯代正丁烷与1-甲基-咪唑按摩尔比为1∶1的比例溶于甲苯和水的混合溶剂中，其中甲苯和水的体积比为1∶1，回流72小时后，得到氯化1-甲基-3-丁基咪唑离子液体中间体；再将该离子液体中间体用旋转蒸发仪在80～82℃下真空除杂质5～6小时；
b)将上述步骤a合成出来的离子液体中间体与氟硼酸铵按摩尔比1.1∶1的比例混合成混合液，在加入丙酮作为反应介质，其中丙酮与混合液的体积比为1∶1，回流反应72小时后，过滤分离氯化铵，把滤液在80～82℃条件下真空旋转蒸发18～24小时，以除去丙酮、其它副反应有机杂质和水分，得到BMIBF4离子液体；
c)搅拌下，把无水氯化亚铜加入到的经步骤b得到的BMIBF4离子液体中，直至饱和为止；
d)将经过预处理的锌铸件作为阴极，以纯铜作为阳极，以步骤c得到的离子液体为电解液，温度控制为45～55℃，电压控制在1.5V以内，电流密度为0.5～1.0A/dm2，电镀30～60分钟；
e)最后把镀件清洗、晾干。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
(1)离子液体预电镀铜的电流效率可以达到100％。
(2)离子液体电镀铜不会有水溶液电镀铜中产生析氢和镀层有针孔现象。
(3)离子液体电镀铜不会对环境产生污染。
具体实施方式
把氯代正丁烷与1-甲基-咪唑按摩尔比为1∶1的比例溶于甲苯和水的混合溶剂中，其中甲苯和水的体积比为1∶1，加热回流72小时后，得到氯化1-甲基-3-丁基咪唑离子液体中间体；再将该离子液体中间体用旋转蒸发仪在80～82℃下真空除杂质5～6小时；将该离子液体中间体与氟硼酸铵按摩尔比1.1∶1的比例混合成混合液，再加入丙酮作为反应介质，其中丙酮与混合液的体积比为1∶1，回流反应72小时后，过滤分离氯化铵，把滤液在80～82℃条件下真空旋转蒸发18～24小时，以除去丙酮、其它副反应有机杂质和水分，得到BMIBF4离子液体；搅拌下，把无水氯化亚铜加入到该BMIBF4离子液体中，直至饱和为止；将经过预处理的锌铸件作为阴极，以纯铜作为阳极，以步骤c得到的离子液体为电解液，温度控制为45～55℃，电压控制在1.5V以内，电流密度为0.5～1.0A/dm2，电镀30～60分钟；最后把镀件清洗、晾干。具体工艺参数请参见表1。
                          表1  离子液体电镀铜的工艺
阴极     直流电压(V)   电流密度(A/dm2)   电镀温度℃   搅拌(rpm)     锌片表面电镀铜的效果
    结合力     镀层质量
锌片     1.0   0.5   25   200     较好     平整细致
锌片     1.2   1.0   50   200     好     平整细致
锌片     1.5   2.0   80   200     较好     较平整细致

Claims (1)

1.一种采用离子液体在锌表面预电沉积铜的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
a.把氯代正丁烷与1-甲基-咪唑按摩尔比为1∶1的比例溶于甲苯和水的混合溶剂中，其中甲苯和水的体积比为1∶1，回流72小时后，得到氯化1-甲基-3-丁基咪唑离子液体中间体；再将该离子液体中间体用旋转蒸发仪在80～82℃下真空除杂质5～6小时；
b.将上述步骤a合成出来的离子液体中间体与氟硼酸铵按摩尔比1.1∶1的比例混合成混合液，再加入丙酮作为反应介质，其中丙酮与混合液的体积比为1∶1，回流反应72小时后，过滤分离氯化铵，把滤液在80～82℃条件下真空旋转蒸发18～24小时，以除去丙酮、其它副反应有机杂质和水分，得到BMIBF4离子液体；
c.搅拌下，把无水氯化亚铜加入到的经步骤b得到的BMIBF4离子液体中，直至饱和为止；
d.将经过预处理的锌铸件作为阴极，以纯铜作为阳极，以步骤c得到的离子液体为电解液，温度控制为45～55℃，电压控制在1.5V以内，电流密度为0.5～1.0A/dm2，电镀30～60分钟；
e.最后把镀件清洗、晾干。
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