一种在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂及使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂及其使用方法，该试剂含有三氟乙酸和五水硫酸铜，其使用方法包括以下步骤：将测试试剂滴加2～3滴在金镀层待检测区域，60～120s后用无尘布擦拭金镀层，观察金镀层的变色情况；若金镀层发生变色，则说明该工件为不良品；若金镀层不变色，则说明镀层品质合格。本发明的测试试剂反应迅速、生成的腐蚀产物与镀层具有明显色差，结果准确性高易判断；操作极其简单，无需专门仪器，能够实现在线检测；属无损检测，经检测合格的工件可进入线上继续加工、组装和流通，节省资源；成本低廉，却能及时准确提示生产厂家终止镀层缺陷不良品的后续加工并采取补救措施，避免了更大的损失。
【专利说明】一种在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化工领域，具体涉及对电气、电子产品金镀层品质的在线快速无损检测，特别涉及一种在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂及使用方法。
【背景技术】
[0002]铜具有优异的强度、机械加工性能、导热性、导电性、可焊接性等，长期以来，在工业、军事及民用等各个领域得到了广泛应用。例如，铜在电子、通讯和电工行业更是不可或缺的重要金属材料之一。但铜暴露于自然环境中极易发生氧化，生成绝缘性质的腐蚀产物，因此必须对其施加保护。
[0003]金化学性能稳定，能有效地抵抗大气气氛中有害物质(如H2S、S02、C12、N02、C02)的侵蚀，在恶劣环境中(如盐雾、油雾、霉菌、潮湿、含硫的大气和高温条件下)也能长期保存，不会腐蚀变色，同时金电阻率低、易焊接，与基体材料如铜及其合金、银及其合金、镍等都有良好的附着性。因此，金被广泛用作电气、电子产品及装置的功能性镀层材料。
[0004]由于铜基体容易与金镀层发生迁移，从而易发生腐蚀影响导通。因此，业界会在铜层和金层之间加镀一层镍阻止二者的迁移。另一方面，纯金较软，耐蚀性强但硬度低，耐磨性差。为了提高镀层的硬度，业界发展了镀硬金技术。硬金是指金与铁、钴、镍中一种以上组成的合金。目前常用的是镀金钴二元合金。镀硬金的过程中，不可避免的有镍的带入或生成，长期积累之后，镍的含量会逐渐升高甚至远大于钴，因此，实际生产的硬金镀层往往是金钴镍三元合金。
[0005]金镀层必须无缺陷，连续无微孔，表面不生成氧化或腐蚀膜，才能保护基底金属。但是实际生产中，基体金属上的缺陷，包括基体的准备过程，基体金属的粗糙度，以及电镀和电镀后处理过程中的不当处理均会引发金镀层的缺陷，表现为畸形结晶和镀层微孔。这些结晶缺陷处的金属晶体处于亚稳态，容易成为外界腐蚀镀层的起点；通过微孔裸露的钴、镍结构单元点是硬金镀层耐蚀性的薄弱环节，极易被空气中的腐蚀物质氧化，脆性增加，插拔时更容易脱落，且微孔里较易残留施镀药水等杂质，从而引发严重的电化学腐蚀，容易引起工件的穿孔失效甚至破裂失效，导致整个产品的瘫痪、报废。
[0006]实际上，由于目前的工艺水平所限，金镀层的缺陷根本是无法避免的。为了提高产品品质，降低不良品引发的巨大损失，电子产品生产商纷纷采用镀层保护剂对镀后工件进行防护。但市场上现有的镀层保护剂品类众多，包括油性封孔剂、硫醇类的水性封孔剂和具有渗透清洗功能的水相封孔剂，如何用最低的成本，最快速准确地测试镀层保护剂的性能、检验被保护镀层的品质是业界迫切需要解决的问题。因此，快速检测金镀层缺陷，准确评价镀层保护剂的性能，严格控制金镀层品质，及时终止不良品的生产、组装及流通，具有重要意义。
[0007]目前对金镀层缺陷的检测方法主要分为三大类:①贴滤纸法、涂膏法和浸溃法；②电解显像法；③人工加速腐蚀法。
[0008]①贴滤纸法、涂膏法和浸溃法[0009]该方法多应用于检验钢铁、铜及铜合金、铝及铝合金上的阴极性镀层的孔隙率，缺点是无法检测较小的孔隙，不适用于精密度要求高的电子品；属于破坏性试验，通过测试的镀层无法返回线上继续使用，造成资源浪费。贴滤纸法、涂膏法和浸溃法的作用原理相似:采用特定的检验试液与工件接触，试液渗入工件镀层的孔隙中与中间镀层或基体金属产生化学反应，5?IOmin后即可观察到镀层上生成了有明显色差的斑点。对镀金层的检测贴滤纸法应用较多，主要是采用CdS滤纸贴在工件表面检测。但所使用的CdS剧毒，对实验操作人员存在安全隐患。
[0010]②电解显像法
[0011]电解显像法是在测试时对镀层的基底金属通电而进行阳极溶解，使其溶解的金属离子通过镀层上的孔隙，电泳迁移到测试纸上，(沉积的离子数随所加的电位不同而不同)然后用化学试剂显影，呈现出孔隙的斑点图象。选择适当的阳极溶解条件和特效反应的化学试剂非常重要。
[0012]该方法主要有丙烯酰胺电解显像试验、丁二酮肟纸电解显像试验、环己二酮二肟纸电解显像试验，这种方法检验结果受操作人员主观影响较小。缺点是需要专门的仪器，设置合适的阳极溶解条件，其测试纸和显影剂均需要特别制作。并且已经证实丙烯酰胺是中枢神经致毒物质和致癌物质；丁二酮肟有毒，因而只有少数印制板厂商在使用。电解显像法为破坏性试验，通过测试的镀层无法返回线上继续使用，造成资源浪费。
[0013]③人工加速腐蚀法
[0014]人工加速腐蚀法包括盐雾试验和气体暴露法，主要通过形成电化学腐蚀对镀层缺陷进行检测。
[0015]盐雾试验是目前行业检验镀层缺陷最普遍的方法。采用氯化钠溶液在一定的温度下，长时间内持续喷雾，导电的盐溶液渗入镀层内部发生电化学反应，形成“低电位金属-电解质溶液-惰性镀层金属”微电池系统，发生电子转移，作为阳极的金属出现溶解，形成腐蚀物。这种方法的缺点是需要专门的仪器盐雾试验箱；试验耗时太久，一般盐雾暴露时间至少为48h。即使对于镀层自身品质较好或者采用了性能优异的镀层保护剂，盐雾试验显示合格，但其表面腐蚀产物不容易被清洗，受氯离子污染可能性高，经盐雾试验合格后的工件不能返回线上继续组装和使用。
[0016]气体暴露法中使用的气体主要有S02、H2S, H2S/S02、H2S03/S02、HNO3蒸气等。该方法对试验试剂、试验装置和试验环境要求很高；耗时长，除HNO3蒸气一般暴露时间为60min±5min，其他气体至少暴露24h ;所用气体均具强烈的刺激性，对大气可造成严重污染，对试验操作者也存在安全隐患；且气体暴露法均为破坏性试验，通过测试的镀层无法返回线上继续使用，造成资源浪费。
[0017]传统的镀层检测技术操作繁琐；试验耗时过长，无法在线完成检测，检测结果显示存在缺陷的镀层，只能将整个批次的产品返工或者报废；即使检测合格的镀层也因不可逆的破坏或腐蚀性物质的残留污染而无法继续使用，造成极大的浪费；部分试剂甚至有毒，越来越无法满足快速、准确、无损检测出镀层缺陷、评价镀层保护剂性能的行业需求。目前，已有学者展开了镀层缺陷检测试剂的研制。
[0018]专利号为200810044226.6的中国专利公开了一种由HCl、NaCl、渗透剂和H2O混合而成的酸性检测溶液。其中，渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯(5?6)醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、烷基萘磺酸钠、二丁基萘磺酸钠和丁基萘磺酸钠中的一种或几种。检测时，将工件放入溶液中静置5?8min，盐酸在渗透剂的作用下通过未被镀金层覆盖的孔隙渗入到镀镍层，并与镀层镍发生氧化还原反应，镍被溶出，留下微细针孔，在低倍显微镜观测。该方法存在以下缺点:由于盐酸不与铜反应，当针孔内的镍溶出后底层是铜层，当光线照射时，金面反射光线，孔洞也能反射光线，从而减弱孔洞与金面的区分度，在光学显微镜下无法分辨孔隙。必须采用倾斜角度增大反射区分度。操作不方便。
[0019]专利号为201010580698.0的中国专利公开了一种检测试剂，主要由次氯酸钠溶液及酸液(盐酸、硝酸或硫酸)组成，通过在密闭容器中将两个组分混合，二者结合生成次氯酸，次氯酸不稳定立即分解生成挥发气体HCl和02，HC1和O2与镀金层表面暴露出的镍层及基体铜反应产生绿色/红色斑点。该方法虽然在密闭容器中完成，消除了对操作人员的安全隐患，但是样品暴露时间长达30?50min,耗时过久。
[0020]申请号为201210397811.0的中国专利公开了一种镀层检验溶液，由KMnO4和亚硫酸溶液混合而成，试验时将具有金镀层的样片进入检验溶液中，保温10?30min。但该方法所用到的亚硫酸溶液在空气中容易被氧化，因此需要现用现配，操作不方便。
【发明内容】
[0021]为了解决现有的镀层缺陷检测技术操作繁琐、试验耗时过长、无法实现在线无损检测、需要专门仪器、试剂有毒等问题，本发明的首要目的在于提供一种在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂。
[0022]本发明的另一目的在于提供上述的测试试剂在检测金镀层品质中的用途。
[0023]本发明的目的通过下述技术方案实现:
[0024]一种在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂，含有三氟乙酸和五水硫酸铜。
[0025]三氟乙酸(TFA)，化学式CF3CO2H,目前主要用于新型农药、医药和染料等的生产；用于合成多种含三氟甲基和杂环的除草剂。作为极强的质子酸，TFA广泛用于芳香族化合物烷基化、酰基化、烯烃聚合等反应的催化剂；由于TFA低的亲核性和CF3基的化惰性，三氟乙酸是氟化、硝化及卤化反应的优良溶剂；TFA作为制备离子膜的原料和改性剂，可大幅提高烧碱工业电流效率，延长膜的使用寿命；TFA还用于合成三氟乙醇、三氟乙醛和三氟乙酐。
[0026]TFA在本发明中的作用是提供酸性环境和高渗透性，促进TFA及五水硫酸铜与裸露的镍、钴、铜发生化学反应。由于三氟甲基(CF3)强吸电子性，通过诱导效应使TFA成为强酸，因此在水中TFA几乎完全是离解的，酸性比乙酸强十万倍，从而保证了 TFA具有极强的反应性，能够与缺陷镀层发生强劲的化学反应；TFA具有优异的表面活性，室温下，表面张力仅为13.53dyn/cm，保证了 TFA可以快速渗入微小的镀层孔隙，快速的与镀层缺陷处发生化学反应，生成与镀层有明显色差的腐蚀产物；TFA不需要现用现配，因此本发明测试试剂稳定性强，有效期长。
[0027]优选地，本发明的测试试剂还含有硝酸银。硝酸银可进一步增强TFA及五水硫酸铜与缺陷镀层的化学作用，缩短测试需要的时长。
[0028]更优选地，本发明的测试试剂还含有表面活性剂，目的是增强试剂的润湿渗透性，提高试剂与镀层的接触程度，促进反应的快速进行。
[0029]所述表面活性剂为异构烷醇聚氧乙烯醚，优选环氧乙烷基EO值为6-9的异构烷醇聚氧乙烯醚。
[0030]进一步优选地，所述的在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂由以下重量百分比的组分组成:
[0031]
【权利要求】
1.一种在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂，其特征在于含有三氟乙酸和五水硫酸铜。
2.根据权利要求1所述的在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂，其特征在于:还含有硝酸银。
3.根据权利要求2所述的在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂，其特征在于:还含有表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂，其特征在于:所述表面活性剂为异构烷醇聚氧乙烯醚。
5.根据权利要求3所述的在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂，其特征在于:所述表面活性剂为环氧乙烷基EO值为6-9的异构烷醇聚氧乙烯醚。
6.根据权利要求1-5任一项所述的在线快速无损检测金镀层品质的测试试剂，其特征在于是由以下重量百分比的组分组成:
7.权利要求1-6任一项所述的测试试剂在检测金镀层品质中的应用。
8.根据权利要求7所述的测试试剂在检测金镀层品质中的应用，其特征在于包括以下步骤: 将权利要求1-6任一项所述的测试试剂滴加2~3滴在金镀层待检测区域，60~120s后用无尘布擦拭金镀层，观察金镀层的变色情况；若金镀层发生变色，则说明该工件为不良品；若金镀层不变色，则说明镀层品质合格。
【文档编号】G01N21/78GK103645187SQ201310749826
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】吴小明, 路勇, 刘宏, 吴银丰, 刘倩源 申请人:广州天至环保科技有限公司