無氰亞硫酸金鈉化學(xué)電鍍工藝的研究

無氰亞硫酸金鈉化學(xué)電鍍工藝的研究

0化學(xué)鍍層的穩(wěn)定性由于金融層具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、易焊接和耐候性，因此金融層廣泛應(yīng)用于電路板、半導(dǎo)制器等電子設(shè)備和裝飾加工領(lǐng)域。特別是對于那些由孤立導(dǎo)體和絕緣基材組成的鍍件,無法采用電鍍法而只能采用無須電源的化學(xué)鍍金法獲得鍍金層,因此化學(xué)鍍金越來越受到重視。迄今為止采用的化學(xué)鍍金體系有含氰化學(xué)鍍金體系和無氰化學(xué)鍍金體系。含氰化學(xué)鍍金體系是以氰化物為絡(luò)合劑,其鍍層質(zhì)量和鍍液的穩(wěn)定性都可得到保證。然而由于氰化物有劇毒性,給操作安全、廢液處理和環(huán)保等帶來諸多問題,因此,其應(yīng)用受到了一定的限制。無氰化學(xué)鍍金體系大致有鹵化物鍍金體系、亞硫酸鹽鍍金體系、硫代硫酸鹽鍍金體系。無氰鍍金液存在著穩(wěn)定性和鍍層品質(zhì)等方面問題,致使制造成本上升,限制了其在生產(chǎn)中的應(yīng)用。經(jīng)過長時間的試驗與篩選,本文提出了一種亞硫酸金鈉無氰鍍金體系,通過加入一種穩(wěn)定劑,較好地解決了鍍液穩(wěn)定性問題。采用單因素法進(jìn)行試驗,討論了鍍液組分及操作條件對鍍層質(zhì)量的影響,在此基礎(chǔ)上提出了該無氰亞硫酸金鈉體系化學(xué)鍍金的最佳工藝配方。1測試方法1.1試驗儀器及設(shè)備試驗所用藥品:金、硝酸、鹽酸、氨水、乙二胺、亞硫酸鈉、磷酸氫二鉀均為分析純。所用試驗儀器:臺式循環(huán)水真空泵(陜西鵬展科技有限公司);pH計(深圳市潤興電子儀器有限公司);恒溫水浴鍋(江蘇金壇精達(dá)儀器制造廠);CMI900型X-RAY測厚儀(美國OXFORDINSTRUMENTS公司)1.2化學(xué)鍍鎳/鎳水除油(50℃,5min)→水洗→微蝕(室溫,1min)→水洗→酸洗(室溫,1min)→水洗→預(yù)浸(室溫,30s)→活化(室溫,3min)→水洗→化學(xué)鍍鎳(85℃,20min)→水洗→化學(xué)鍍金→水洗烘干。1.3為涂層質(zhì)量測試11涂層外觀試驗采用目測法檢測。檢查內(nèi)容包括鍍層的顏色、光亮度、均勻性。21涂層結(jié)合力試驗用膠帶法拉試檢測,將3M膠帶均勻的貼在被測試鍍層表面,然后迅速撕下膠帶,觀察膠帶上有無金層掉落。31金屬絲的厚度測量采用X-RAY厚度測量儀進(jìn)行測量。4鍍層比沉積時間的測定單位時間內(nèi)沉積在基材上鍍層的厚度即為鍍速。本試驗采用X-RAY測厚儀測的鍍層的厚度比沉積時間求得,其計算公式為:v=d/t其中,v為鍍速,μm/h;d為鍍層厚度,μm;t為沉積時間,h。2結(jié)果與討論2.1精密設(shè)備和基本配方1氯化金-雷酸金縮合物系統(tǒng)的制備稱定量的純金于燒杯內(nèi),用王水溶解后,加熱濃縮直至得到桔紅色的濃稠物(三氯化金)。加5倍體積的去離子水稀釋三氯化金,徐徐加入氨水,并攪拌溶液至沉淀(雷酸金)完全生成。在雷酸金沉淀的燒杯內(nèi),加入適當(dāng)?shù)乃?倍于金量的無水亞硫酸鈉,在電爐上加熱到雷酸金完全溶解。冷卻,密閉保存,此即為亞硫酸金鈉。2ph值的調(diào)節(jié)取一定量的亞硫酸金鈉,加入適當(dāng)?shù)牧姿釟涠?、乙二胺、無水亞硫酸鈉,并加水至所需體積配成所需濃度的鍍液,用20%檸檬酸調(diào)節(jié)pH值,以備待用。其基礎(chǔ)配方:亞硫酸金鈉(以金計)為1g/L,無水亞硫酸鈉為13g/L,按乙二胺/金=6∶1比例投入,磷酸氫二鉀為30g/L,pH為8,溫度為55℃。2.2液體層析成分和操作條件的影響研究了鍍液各組分及操作條件對鍍層質(zhì)量的影響。其中的單因素試驗是改變基礎(chǔ)配方中任一操作條件或成分的濃度,其它的操作條件或成分均不變。2.2.1外觀的影響亞硫酸金鈉是鍍液的主鹽,是金離子的供給源。亞硫酸金鈉濃度(以金計)對鍍速和鍍層外觀的影響分別見圖1和表1。隨著亞硫酸金鈉濃度的增加,鍍速也隨之增加。亞硫酸金鈉濃度<1g/L時,鍍層顏色欠佳,鍍速較慢;亞硫酸金鈉濃度>3g/L時,鍍速較快,鍍層光亮度和均勻性、結(jié)合力均開始變差。所以本工藝選擇亞硫酸金鈉濃度1～3g/L。2.2.2硫酸鈉濃度對鍍層速及鍍層外觀的影響亞硫酸鈉是金的主要絡(luò)合劑,其作用是保證亞硫酸金絡(luò)離子不發(fā)生解離而縮短溶液的壽命。亞硫酸鈉濃度對鍍速及鍍層外觀的影響分別見圖2和表2。從表2可知,亞硫酸鈉的量過高或過低都會使鍍層的光亮度變差,另外從圖2可知,隨著亞硫酸鈉濃度的增加,鍍速先增大后減小,而亞硫酸鈉在13g/L的時候有一最佳值,綜合考慮,選定亞硫酸鈉的濃度為13g/L。2.2.3乙二胺/金摩爾比對鍍層性能的影響乙二胺在鍍液中既是穩(wěn)定劑,也是輔助絡(luò)合劑,其對鍍速的影響見圖3。從圖3可以看出,鍍速隨著乙二胺/金的摩爾比的增大而有所提高,當(dāng)乙二胺/金的摩爾比在6～15之間時,鍍速增長緩慢。表3為乙二胺濃度對鍍層外觀的影響。從表3可見,隨著乙二胺/金的摩爾比的增大,鍍層顏色變深,鍍層的光亮度、均勻性和結(jié)合力均無明顯的變化,但是當(dāng)乙二胺/金的摩爾比為15時,溶液容易出現(xiàn)混濁。綜合考慮,乙二胺/金的摩爾比宜選擇在6～10之間。2.2.4磷酸氫二鉀水解法磷酸氫二鉀是pH緩沖劑。當(dāng)鍍液的pH降低至酸性時,亞硫酸鈉發(fā)生分解:SO32-+2H+→SO2+H2O。當(dāng)鍍液的pH過高時,金容易被還原析出:2Au++SO32-+OH-→2Au+SO42-+H+。通過磷酸氫二鉀的水解調(diào)節(jié)pH,使鍍液始終保持弱堿性。磷酸氫二鉀的濃度對鍍速及鍍層外觀的影響分別見圖4和表4。隨著磷酸氫二鉀濃度的增加,鍍速變化不大,鍍層顏色、光亮度、均勻性和結(jié)合力也均無明顯的變化。因此,磷酸氫二鉀對鍍層質(zhì)量的影響較小。本試驗選取磷酸氫二鉀的濃度為30g/L。2.2.5層壓的質(zhì)量控制pH值不僅對溶液的穩(wěn)定性會有影響,而且會影響鍍層的質(zhì)量。從表5可知,pH值太高(≥10)或太低(<8)都會影響鍍層光亮度。另外,從圖5可見,pH值太低,鍍速太慢,因此,宜選擇在8～9之間。2.2.6鍍層的顏色溫度對鍍速及鍍層外觀的影響見圖6和表6。溫度太低,鍍速較慢,鍍層顏色為淺黃色;溫度太高,鍍速太快,鍍層半光亮且粗糙,結(jié)合力也變差。故試驗溫度宜控制在50～60℃。2.2.7沉積時間對鍍層厚度的影響圖7和表7分別表示沉積時間對鍍速及鍍層外觀的影響。從表7和圖7中可以看出,在10min內(nèi),鍍層厚度近似直線上升,10～20min厚度趨于穩(wěn)定,但是,當(dāng)沉積時間達(dá)到20min時,鍍層的光亮度、顏色、結(jié)合力、均勻性都會變差,因此,宜選擇10～15min。3亞硫酸金鈉/金計最佳配方的確定1)研制出了一種亞硫酸金鈉化學(xué)鍍金體系,并且討論了鍍液組分及操作條件對鍍層質(zhì)量的影響。2)