CN103334134A

CN103334134A - 一种超声波电镀铝合金的方法

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Publication number: CN103334134A
Application number: CN2013101395263A
Authority: CN
Inventors: 李吉昌; 何锦波; 李平辉
Original assignee: Zhongshan Polytechnic
Current assignee: Zhongshan Longzhi Metal Surface Treatment Co ltd
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: CN103334134B

Abstract

本发明公开了一种超声波电镀铝合金的方法，其顺次包括镀前处理、一次沉锌、超声波电镀镍、超声波电镀酸铜、超声波电镀锡、镀后处理的步骤。采用本发明的方法，在铝合金上电镀锡层后，所得锡层具有以下优点：表面致密均匀、结晶细致，呈银白色、镜面光亮；抗氧化性、耐蚀性和可焊性强。

Description

一种超声波电镀铝合金的方法

技术领域

本发明涉及电镀技术领域，具体涉及一种超声波电镀铝合金的方法。

背景技术

f大于20kHz的声波为超声波，超声波频率高、波长短，传播的方向性好、穿透能力强。当超声波作用于液体介质时，超声波疏密相间地向前传播使液体发生振动，引起介质分子以其平衡位置为中心发生振动。在超声波压缩相内，介质分子问的平均距离减小，而在超声波稀疏相内，介质分子问的平均距离增大。倘若声强足够大，使液体受到的相应负压亦足够强，分子间平均距离增大到超过极限距离，导致出现空穴，溶解在溶液中的气体被吸人空穴中形成数以万计的微小气泡，这些小气泡在超声波纵向传播的负压区产生及生长，在正压区迅速崩溃，在崩溃点处产生一个寿命极短的局部热点，这就是超声空化。超声空化创造了一个异常的高温、高压等极端条件，这为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种新的物理化学环境。

超声波在电镀技术方面的应用已经有相关的报道，如超声电镀锡合金工艺研究、超声电镀锡合金研究、超声快速电镀锡技术。超声波在电镀中有下述几方面的作用：

（1)促进电沉积过程电镀过程中的搅拌过程，如旋转搅拌、循环流动等机械搅拌以及人工搅拌等都只能在一定程度上减小阴极附近扩散层的有效厚度。当超声波作用于镀液中以后，超声空化现象和振动作用相当于对镀液施加了一个异常强烈的搅拌作用，这种作用使阴极扩散层的有效厚度迅速减小，电极表面的金属离子浓度增加，沉积速度加快。也正是由于降低了浓差极化，在超声波电镀时允许使用较高的工作电流密度，从而使工作电流密度范围变宽，电镀的操作条件得以改善。此外，超声波的微射流还强化了镀液的扩散传质过程，大幅度提高了受扩散控制的镀液体系电沉积速度。

（2)改善镀层质量

在电镀过程中，超声空化作用可使氢气进入空化泡或作为空化核，有利于氢气的析出。同时，超声空化产生的声冲击波不断地清洁电极表面，有利于驱除聚集在电极表面上的气泡，从而减少了镀层的孔隙，降低了镀层因析氢而产生的氢脆，减小了镀层的内应力，增加了镀层的致密性，提高了镀层质量。

（3)促进微纳米颗粒的分散和沉积

在微纳米复合镀层的制备过程中，超声波对溶液中微纳米颗粒的搅拌分散作用远超过了机械搅拌所能达到的剧烈程度，这对微粒的分散效果尤其明显。超声波产生的声波可使悬浮在溶液中的微粒在宏观上均匀分布，而空化效应所产生的高压激波及强烈的随机振荡可粉碎团聚状的粒子群，使微粒进一步得到分散而均匀化，改善了微粒在镀液中的分散性。

此外，在复合镀层的电沉积中常加入一些表面活性剂使微粒带电，超声空化效应和超声传播过程中产生的微射流可以清洗干净原本吸附在微粒表面的气体和杂质，改善了微粒与镀液的润湿条件，使其更容易吸附带电的表面活性剂离子，从而使微粒在阴极上的沉积量增多，促进了微粒与金属离子的共沉积，有利于形成均匀、致密而平整的复合镀层。

超声波辅助电镀技术是超声化学和电化学学科交叉的前沿研究领域之一。但目前还没有关于超声波辅助用于铝合金电镀锡工艺的报道。传统的铝合金镀锡电镀沉积速度缓慢，镀层粗糙、疏松，结合力不高等缺点。如果能够将超声波技术应用于电镀铝合金中，研发出适合于铝合金的超声波电镀工艺，将会大大推动行业的进步。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种超声波电镀铝合金的方法，把超声波辅助用于铝合金镀锡工艺中，使工作电流密度范围变宽，电镀的操作条件得以改善，减少了镀层的孔隙，降低了镀层因析氢而产生的氢脆，减小了镀层的内应力，增加了镀层的致密性，提高了镀层质量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超声波电镀铝合金的方法，其顺次包括以下步骤：镀前处理、一次沉锌、超声波电镀镍、超声波电镀酸铜、超声波电镀锡、镀后处理。

镀前处理是现有技术，包括超声除油、第一次水洗、活化、第二次水洗的步骤。

优选地，超声波电镀镍步骤中，镀液包含硫酸镍310g/L、氯化镍60g/L、硼酸50g/L；镀液的ＰＨ值在4.5－5之间，温度为20－30℃，阴极电流密度为2.3Ａ/dm³，电镀时间为5-20min；超声波的功率为400-1000w、频率为28-100kHz。

优选地，超声波电镀酸铜步骤中，镀液包含硫酸350g/L、铜开缸剂300－400ml/L、铜促进剂50－120ml/Ｌ；镀液的ＰＨ值在4－5之间，温度为20－30℃，阴极电流密度为1－2Ａ/dm³，电镀时间为5-20min；超声波的功率为400-1000w、频率为28-100kHz。

优选地，超声波电镀锡步骤中，镀液包含硫酸亚锡100g/L、硫酸140－170ml/L、锡光亮剂4－10ml/L、锡稳定剂10－20ml/L;镀液的ＰＨ在3－4.5之间，温度为20－30℃，阴极电流密度为1－2Ａ/dm³，电镀时间为5-20min；超声波的功率为400-1000w、频率为28-100kHz。

所述镀后处理为现有技术，包括镀后水洗、干燥、检验包装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明为了在铝合金材料上镀上锡，先电镀镍、电镀酸铜后再电镀锡。本发明电镀镍打底后，增加电镀酸铜然后再电镀锡，主要是为了提高铝合金的高频电流与高频信号的传输性能，进一步提高铝合金的导电性能，同时增加铝合金的抗蚀能力，并且在每个电镀步骤中使用了超声波辅助技术，改善和优化了在铝合金上电镀锡的操作条件，拓宽了电流密度范围和温度范围，镀得的锡层具有以下优点：

1、表面致密均匀、结晶细致，呈银白色、镜面光亮；

2、抗氧化性、耐蚀性和可焊性强。

另外，在超声波的作用下，镀液性能得到改善，深镀能力达100%，阴极电流效率和沉积速度较现有技术有很大提高。

附图说明

图1为本发明的阴极电流密度和电流效率的关系图；

图2为本发明的阴极电流密度和沉积速度的关系图。

具体实施

下面结合附图和具体实施例子对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种超声波电镀铝合金的方法，包括以下步骤：

（1）镀前处理：具体包括超声除油、第一次水洗、活化、第二次水洗。

（2）一次沉锌：采用市售四元合金沉锌液，沉锌时间为70Ｓ，温度为20 ℃。

（3）超声波电镀镍，具体的配方和操作条件如下：

镀液包含硫酸镍310g/L

氯化镍60g/L

硼酸50g/L

镀液的ＰＨ4.5－5

温度为20－30℃

阴极电流密度为2.3Ａ/dm³

阳极为纯镍板

电镀时间为6min

超声波的功率为400w

超声波频率为40kHz。

（4）超声波电镀酸铜，具体的配方和操作条件为：

镀液包含硫酸350g/L

铜开缸剂300－400ml/L

铜促进剂50－120ml/Ｌ

ＰＨ值在4－5之间

温度为20－30℃

阴极电流密度为1－2Ａ/dm³

阳极为球状磷铜

电镀时间为8min

超声波的功率为500w

超声波频率为33kHz。

（5）超声波电镀锡，具体的配方和操作条件为：

硫酸亚锡100g/L

硫酸140－170ml/L

锡光亮剂4－10ml/L

锡稳定剂10－20ml/L

镀液的ＰＨ在3－4.5之间

温度为20－30℃

阴极电流密度为1－2Ａ/dm³

阳极为纯锡板

电镀时间为8min

超声波的功率为800w

超声波频率为28kHz。

（6）镀后处理：具体包括镀后水洗、干燥、检验包装的步骤。

请参照图1，图1是阴极电流密度(J)与阴极电流效率η的关系曲线。无超声作用时电流密度在4.0A/dm²以上不能得到光亮的锡镀层,故未测试。由图可见:电流效率均超过30%,且随着J(阴极)的增加,2条曲线的η均降低;在相同的J(阴极)下,采用超声作用的η显著大于无超声作用。

请参照图2，图2是阴极电流密度（J）和沉积速度V的关系图,由图可见,随着J(阴极)的增加,V增加,在低电流下,超声作用下的V增加幅度较大,且随着J(阴极)的继续增加,V增加幅度趋于缓慢。可见,超声波的作用提高了阴极电流效率和沉积速度。

外观上，所得的锡镀层外观致密均匀,结晶细致,似镜面光亮,无锡须,比同一条件下无超声作用时锡镀层整体外观要强。

抗高温性能和结合力上，将超声作用和无超声作用下电镀20min的锡镀件置于恒温箱中,在(180±2)℃下烘烤20min,锡镀层表面均不变色,说明其抗高温性能很好;即刻放入冷水中,取出后,超声作用下所得镀层未有起泡和脱皮现象,而无超声作用所得镀层有少量鼓泡,说明超声波的作用提高了镀层的结合力。

耐蚀性上，采用酸蚀法测试:从不同功率下所得锡镀层上剪取1cm的试样,置于20mLρ=25g/L的盐酸中观察并记录。

表1耐酸性测试结果

表1为镀层耐蚀性测试结果,其中,腐蚀时间t₁为镀层表面开始出现气泡的时间,t₂为试样完全溶解的时间。由表可见:随着超声波的介入和超声功率的增加,镀层腐蚀时间和溶解时间增大,即耐蚀性增强,说明超声波有利于增加镀层的耐蚀性能。

可焊性测试及结果上，用烙铁直接进行点焊试验,采用超声作用所得镀层的焊上时间小于1.0s,无超声作用所得镀层的焊上时间小于1.2s,其可焊性非常理想。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤（3）超声波电镀镍中，电镀时间为8min，超声波的功率为500w，超声波频率为33kHz。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤（4）超声波电镀酸铜中，电镀时间为10min，超声波的功率为400w，超声波频率为40kHz。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤（5）超声波电镀锡中，电镀时间为10min，超声波的功率为1000w，超声波频率为40kHz。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明的保护范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种超声波电镀铝合金的方法，其特征在于顺次包括以下步骤：镀前处理、一次沉锌、超声波电镀镍、超声波电镀酸铜、超声波电镀锡、镀后处理。

2.如权利要求1所述的超声波电镀铝合金的方法，其特征在于：镀前处理包括超声除油、第一次水洗、活化、第二次水洗的步骤。

3.如权利要求1所述的超声波电镀铝合金的方法，其特征在于：超声波电镀镍步骤中，镀液包含硫酸镍310g/L、氯化镍60g/L、硼酸50g/L；镀液的ＰＨ值在4.5－5之间，温度为20－30℃，阴极电流密度为2.3Ａ/dm³，电镀时间为5-20min；超声波的功率为400-1000w、频率为28-100kHz。

4.如权利要求1所述的超声波电镀铝合金的方法，其特征在于：超声波电镀酸铜步骤中，镀液包含硫酸350g/L、铜开缸剂300－400ml/L、铜促进剂50－120ml/Ｌ；镀液的ＰＨ值在4－5之间，温度为20－30℃，阴极电流密度为1－2Ａ/dm³，电镀时间为5-20min；超声波的功率为400-1000w、频率为28-100kHz。

5.如权利要求1所述的超声波电镀铝合金的方法，其特征在于：超声波电镀锡步骤中，镀液包含硫酸亚锡100g/L、硫酸140－170ml/L、锡光亮剂4－10ml/L、锡稳定剂10－20ml/L;镀液的ＰＨ在3－4.5之间，温度为20－30℃，阴极电流密度为1－2Ａ/dm³，电镀时间为5-20min；超声波的功率为400-1000w、频率为28-100kHz。

6.如权利要求1所述的超声波电镀铝合金的方法，其特征在于：所述镀后处理包括镀后水洗、干燥、检验包装。