一种稀土改良电刷镀镀银液及其制备工艺和使用方法与流程

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种稀土改良电刷镀镀银液及其制备工艺和使用方法。

背景技术：

DL/T486-2010标准规定，隔离开关和接地开关触头表面必须镀银，且镀层厚度不小于20微米，以获得较低的接触电阻，从而保证良好的导电性能，同时要求镀银层具有耐蚀、耐磨及抗变色等性能。电刷镀工艺利用裹有包套浸渍特种镀液的镀笔(阳极)贴合于工件(阴极)被镀部位并做相对运动形成镀层，其最大特点是沉积速度约为普通电镀的10倍以上。有些生产厂家常常在现场采用刷镀银的方法对不合格的隔离开关触头镀银层进行修复，从而使厚度符合标准要求，而目前尚无相关国家标准或行业标准对触头镀银层工艺进行明确规定。更为重要的是，虽然功能性镀银随着电镀技术在电子元器件、半导体及仪器仪表中的推广应用而快速发展，但氰化物镀银因其固有优势目前依然是国内外镀银的主要途径。这就使得低毒性的无氰镀银相关技术一直成为研究热点。因此，对无氰电刷镀镀银工艺进行深入研究具有一定的现实意义。

无氰镀银很早就得到了人们的广泛关注，例如：硫代硫酸盐镀银、亚氨基二磺酸铵镀银、烟酸镀银、黄血盐镀银等镀银工艺已经被人们所发明。但是，与氰化镀银比起来仍然存在着诸多缺点：(1)镀液稳定性问题：镀液中的银离子在阳光照射下会变成单质，进而影响镀液中银离子的浓度，有些配位剂也会影响镀液性质，如丁二酞亚胺易水解，等；(2)镀层结合力较差，镀层易起泡，发生裂纹：由于镀银制件一般是铜和铜合金，由于铜的标准电位比银负得多，当铜及其合金镀件置入镀液时，在未通电前即可能发生置换反应，在镀件表面形成置换银层，它与镀件基体的结合力较差，而且同时还有部分的铜杂质污染镀液，通常采用预镀银、浸银或汞齐化等方法来解决此问题。

可以明显看出，电刷镀镀银工艺流程还需进一步通过镀液研究提高镀层性能，通过规范基体材料的镀前、镀后处理工艺提高镀件均一性，刷镀时间需要进一步简短以简化应用操作。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种稀土改良电刷镀镀银液及其制备工艺，采用低毒的银盐、配位剂、保护剂等混合而成，为中性无氰镀银液，原料易得，制备工艺简单。本发明的另一个目的是提供上述稀土改良电刷镀镀银液在铜和/或铜合金表面上进行电镀的方法，该方法简单易行，镀层稳定。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种稀土改良电刷镀镀银液，包括如下组分及其质量浓度：银盐10-30g/L，改良剂稀土硝酸铈0.1-2g/L，配位剂磺基水杨酸50-200g/L、咪唑50-200g/L，保护剂六次甲基四胺0.01-1g/L，添加剂N,N-二甲基甲酰胺0.01-1g/L、聚乙二醇1-30g/L、氨水10-50g/L，稳定剂乙酸铵10-40g/L、焦磷酸钾5-30g/L，并通过稀硝酸或稀氢氧化钠溶液调节pH值为6.8-7.2。

根据以上方案，所述银盐为硝酸银或甲基磺酸银。

一种稀土改良电刷镀镀银液的制备工艺，包括如下步骤：

(1)配制改良剂、配位剂、保护剂、稳定剂的混合溶液，并充分搅拌使分散均匀；

(2)搅拌下，将添加剂N,N-二甲基甲酰胺加入到步骤(1)的混合液中；

(3)搅拌下，将银盐加入到步骤(2)的混合液中；

(4)搅拌下，将添加剂聚乙二醇加入到步骤(3)的混合液中；

(5)搅拌下，将添加剂氨水加入至步骤(4)的混合液中；

(6)抽滤，稀硝酸或稀氢氧化钠溶液调节pH值，陈化得产品。

一种稀土改良电刷镀镀银液的使用方法，用于铜和/或铜合金表面镀银，包括如下步骤：

(1)将待镀银的铜和/或铜合金材料用除油液除油，再经过活化液浸泡后，用所述稀土改良电刷镀镀银液进行电刷镀；

(2)将电刷镀后的镀件在中和浸渍液中进行中和浸渍处理；

(3)用蒸馏水将镀件冲洗干净。

根据以上方案，所述除油液包括如下组分及其质量浓度：NaOH 8-12g/L，Na₂CO₃50-60g/L，Na₃PO₄50-60g/L，Na₂SiO₃5-10g/L。

根据以上方案，所述活化液包括如下组分及其质量浓度：H₂SO₄20-60g/L，HNO₃40-80g/L，所述浸泡时的温度为30-50℃。

根据以上方案，所述电刷镀条件为：工作温度为25℃，电流密度为5-20A/m²，镀液pH值为6.8-7.2，电刷镀时间为0.5-1.5min，阳极电极为高纯石墨电极。

根据以上方案，所述中和浸渍液包括如下组分及其质量浓度：Na₂CO₃20-30g/L，Na₃PO₄30-40g/L。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用稀土硝酸铈作为镀银液改良剂，保护剂、添加剂和稳定剂的复配使得电刷镀镀层外观均匀致密、光亮，无起皮、鼓泡、斑点等缺陷，在相同电刷镀条件下刷镀效果明显优于未添加改良剂的镀银液；

(2)本发明无需预镀银、浸银或汞齐化，便可得到结合较强的银镀层，而且镀银工艺规范、操作易行，电刷镀时间只有0.5-1.5分钟，在保证镀层厚度(大于20微米)的同时，有效地避免了由于长时间电刷镀带来的镀层变色问题；

(3)本发明的电刷镀镀银液的原料来源广泛，在10个月的测试期中镀液表现出了良好的稳定性；

(4)本发明的电刷镀镀银液为中性无氰镀银液，毒性低，符合日益严格的环保要求和清洁生产要求。

附图说明

图1是实施例1中电刷镀的镀层表面微观形貌示意图；

图2是实施例3中电刷镀的镀层表面微观形貌示意图；

图3是实施例1中电刷镀的镀层切面微观形貌示意图；

图4是实施例3中电刷镀的镀层切面微观形貌示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

实施例1：

本发明提供一种稀土改良电刷镀镀银液，包括如下组分及其质量浓度：硝酸银15g/L，改良剂稀土硝酸铈1g/L，配位剂磺基水杨酸150g/L、咪唑100g/L，保护剂六次甲基四胺0.5g/L，添加剂N,N-二甲基甲酰胺0.05g/L、聚乙二醇10g/L、氨水20g/L，稳定剂乙酸铵30g/L、焦磷酸钾15g/L，并通过稀氢氧化钠溶液调节pH值为7.1。

本发明提供一种稀土改良电刷镀镀银液，制备过程包括如下步骤：

(1)配制改良剂、配位剂、保护剂、稳定剂的混合溶液，并充分搅拌使分散均匀；

(2)搅拌下，将N,N-二甲基甲酰胺加入到步骤(1)的混合液中；

(3)搅拌下，将银盐加入到步骤(2)的混合液中；

(4)搅拌下，将聚乙二醇加入到步骤(3)的混合液中；

(5)搅拌下，将氨水加入至步骤(4)的混合液中；

(6)抽滤、用稀氢氧化钠溶液调节pH值、陈化得产品。

本发明还提供一种稀土改良电刷镀镀银液的使用方法，用于铜片表面镀银，包括如下步骤：

(1)将待镀银的铜片用除油液除油，再经过活化液浸泡后，用镀银液进行电刷镀，电刷镀条件为：工作温度为25℃，电流密度为5-20A/m²，镀液pH值为7.1，电刷镀时间为1min，阳极电极为高纯石墨电极；

(2)将电刷镀后的铜片在中和浸渍液中进行中和浸渍处理；

(3)用蒸馏水将铜片冲洗干净。

进一步地，所述除油液包括如下组分及其质量浓度：NaOH 9g/L，Na₂CO₃ 50g/L，Na₃PO₄ 50g/L，Na₂SiO₃ 9g/L；所述活化液包括如下组分及其质量浓度：H₂SO₄ 30g/L，HNO₃50g/L，所述浸泡时的温度为40℃；所述中和浸渍液包括如下组分及其质量浓度：Na₂CO₃28g/L，Na₃PO₄ 36g/L。

为了与本发明进行对比，还制作了一种无稀土改良剂的电刷镀镀银液，除了不含改良剂稀土硝酸铈外，其余组分及期质量浓度均与实施例1相同，制备工艺与应用方法也均同实施例1。

采用日本JSM-6510型扫描电镜，对应用本实施例产品的镀层与应用对比镀银液的镀层进行微观形貌测试，结果见附图1至附图4。对比附图1和附图2可以清楚的看出，加入了稀土改良剂的镀层外观(附图1)光亮平整，无明显缺陷，结晶细致紧密、晶粒均匀、孔隙率小，表明稀土改良剂提高了镀液体系的阴极极化，使微晶尺寸减小，从而获得致密均匀的银镀层。而且镀层的厚度均匀(附图3)，达到DL/T486-2010标准的规定(镀银层厚度不小于20微米)，优于未加稀土改良剂的对比镀银液的镀层厚度(附图4)。

实施例2：

本发明提供一种稀土改良电刷镀镀银液，包括如下组分及其质量浓度：硝酸银16g/L，改良剂稀土硝酸铈1.2g/L，配位剂磺基水杨酸140g/L、咪唑110g/L，保护剂六次甲基四胺0.6g/L，添加剂N,N-二甲基甲酰胺0.07g/L、聚乙二醇12g/L、氨水18g/L，稳定剂乙酸铵28g/L、焦磷酸钾17g/L，并通过稀硝酸和稀氢氧化钠调节溶液的pH值为6.9。

本实施例的制备工艺与应用方法均同实施例1。

经过长时间的密封静置放置(温度20-30℃)，分别测试本实施例产品在0个月、5个月、10个月储存期时，电镀后获得的镀层性能，镀层编号为1-3号。采用日本JSM-6510型扫描电镜测试镀层厚度；采用德国FISHER HM2000型纳米硬度工作站测试镀层硬度；镀层与基材结合力测试按GB/T 5270-2005利用划线法进行：采用30°锐刃的硬质钢划刀在样本表面每隔1mm相互垂直刻线，刻线划成格栅方块，划线时保证一次刻线，观察此区域内的覆盖层是否从铜基体上剥落；利用三电极体系考察银镀层的耐蚀性，通过极化曲线的测试考察镀层在氯化钠溶液中的耐蚀性。三电极体系中，研究电极为镀层试样，辅助电极取铂电极，参比电极为饱和甘汞电极，试验仪器采用荷兰Autolab电化学工作站，测试结果如下表：

测试结果表明，本实施例制得的镀银液在10个月的静置期中，所获得的电刷镀镀层性能稳定。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。