专利名称：化学镀铝溶液及化学镀铝方法
技术领域：
本发明涉及一种镀铝技术，尤其是涉及一种化学镀铝溶液及化学镀铝方法。 技术背景铝由于和氧的亲和力大，其氧化还原电位比氢低，因此难以在水溶液中进 行电镀。所以一般镀铝用非水溶液，特别是有机溶剂作为电镀液，但是有机溶 剂电镀存在着火、爆炸等危险。为此研究出无燃烧危险的熔融盐镀铝溶液进行镀铝，例如氯化铝-氯化l-甲基-3-乙基咪唑(A1C13-EMIC)室温熔盐、氯化铝-氯化正丁基吡啶(A1C13-BPC)室温熔盐，以及氯化铝-季胺盐([(R"3^I^]X一， RM戈表含碳1 12的烷基、112是含碳1 12的垸基、X为卤素原子)形成的室温 熔盐。例如，专利文献1 (特开平6-101088号公报)公开了用咪唑卤化物和卣 化铝混合形成的低熔点电镀液，阴极析出A1的电镀方法。专利文献2 (特开平 1-272788号公报)公开了季胺盐和卤化铝混合熔融形成的低熔点电镀液，在阴 极电镀A1的方法。但是，电镀铝只能在金属等具有导电性的物体表面进行，并 且在形状复杂的物体表面进行均匀镀覆也比较困难。另一方面，如非专利文献1 (Richard N. Rhoda， et al., Transactions of the Institute ofMetal Finishing, 82-85， 36(1959))所示，很早以来就有化学镀镍(Ni)， 铜(Cu)，钴(Co)，银(Ag)，白金(Pt)，金(Au)及其合金等方法。 发明内容本发明的目的是提供一种化学镀铝溶液及化学镀铝方法，可使电力消耗显 著下降，不但对导电性的铜、黄铜、镍、铁等金属基体，也可以对玻璃、塑料、 陶瓷等绝缘体基体，以及这些物体的粉末、纳米碳管等进行化学镀铝，并且复 杂形状的物体、粉末状物体等也能镀覆。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一、 一种化学镀铝溶液由含铝的室温熔盐和还原剂组成，每升含铝的室温熔盐中含还原剂为0.05-2.5 mol。所述的含铝的室温熔盐是卤化錄和卤化铝混合熔融制成；两者比例为100 摩尔卤化鐵，卤化铝60 300摩尔。所述的卤化鎗是季胺盐、咪唑盐或吡啶盐。
所述的还原剂为氢化锂、二异丁基氢化铝、铝氢化锂、铝氢化钠、硼氢化 锂中的一种或二种以上的混合物。所述的化学镀铝溶液中还可以含有与权利要求3或4不发生反应的有机溶 剂，有机溶剂在化学镀铝液中含量为0~90%体积百分比。所述的有机溶剂为苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。二、 一种化学镀铝溶液的化学镀铝方法待镀件用含SnCl2溶液浸渍敏化处理后，水洗，再进入含PdCl2溶液浸渍进 行活化处理；或者在含SnCl2和PdCl2的混合溶液中浸渍，进行活化处理；再在 干燥惰性气氛中，用化学镀铝溶液进行化学镀铝。本发明具有的有益效果是采用本发明的化学镀铝溶液，可以不通电，只将待镀件与溶液中浸渍，即 可使铝在待镀件上析出，实现化学镀铝。采用本发明的化学镀铝方法，不仅可 以在金属基体，也可以在绝缘体的待镀件上得到导电性、导热性优良，轻质的 铝。并且，由于不是电镀，因此可以不必考虑电流分布的均匀性，即使形状复 杂的待镀件，或者是粉末，都可以均匀地镀覆。因此本发明具有很大的实用价 值。
具体实施方式
本发明的化学镀铝溶液，由含铝的室温熔盐和还原剂组成。含铝的室温熔 盐由卤化鎗盐和含铝化合物混合获得，室温下(25°C)为液体。本发明所用的 含铝室温熔盐，为卤化鑰和氯化铝混合熔融物，铝也可以通过阳极溶解添加到 溶液中。所述的卤化鐵，有四乙基溴化铵、三甲基乙基氯化铵、三甲基丁基氯化铵、 三丙基丁基氯化铵、三乙基十二垸基溴化铵等季胺盐、三甲基苯铵系、四垸基 铵的二(三氟甲基磺酸酰)亚胺盐、三甲基烃基铵盐等铵系、氯化丁基吡啶、氯化 正丁基吡啶(BPC)等吡啶盐、氯化l-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)等咪唑盐、乙 基三丁基溴化磷等磷盐、四氟硼酸l-甲基-3-乙基咪唑(EMIBF4)、 l-乙基-3-甲 基咪唑二 (三氟甲基磺酰亚胺)(EMITFSI)、氟氢化1-乙基-3-甲基咪唑 (EMIF'2，3HF)等芳香族类。其中，季胺盐、咪唑盐、吡啶盐更好。 一般式为 [(R、N"ie]X- (RM戈表含碳1~12的烷基、W是含碳1 12的烷基、X代表卤元 素)的季胺盐、氯化l-甲基-3-丙基咪唑(EMIC)、氯化正丁基吡啶(BPC)在 室温时形成液相的组成范围大，导电率高，因此更好。这些物质由无机离子和 有机离子的组合，或者有机离子的组合获得。此外，氯化物盐与溴化物盐相比 而言，虽然熔点略高，但价格更低廉，因此氯化物盐更合适。卤化铝是A1X3 (X代表卤素原子)，具体为氟化铝(A1F3)、氯化铝(A1C13)、 溴化铝(Affir3)及碘化铝(A1I3)等，其中以AlCb和AlBf3更合适，又以无水 AlCb更好，溶液的熔点更低，价格也更低廉。为使铝在待镀件表面均匀析出，需考虑熔点、导电率、粘度、铝析出的A12C17 一离子浓度等，因此，对100摩尔卤化鐺，卤化铝60 300摩尔为宜，80 250摩 尔更好，最优是200摩尔。还原剂为含Li、 Na、 Al等碱金属和碱土金属的化合物。本发明所用的还原 剂为氢化锂(LiH)、 二异丁基氢化铝(DIBAH)、铝氢化锂(LiAlH4)、铝氢化 钠(NaAlHj)、硼氢化锂(LiBH4)中的一种或两种及以上的混合物。其中DIBAH 与LiH、 LiAm4具相同的还原能力且为液体。本发明的化学镀铝溶液中，可以添加与含铝室温熔盐及还原剂不反应的有 机溶剂。例如，苯系、甲苯系、二甲苯系等，其中以苯、甲苯、邻二甲苯、间 二甲苯、对二甲苯更好。还原剂可以按如下方法添加室温熔盐中直接加入后混合；与还原剂不发 生反应的苯系、甲苯系等有机溶剂中添加分散后加入室温熔盐；卤化铝和卤化 鎗以摩尔比1:1 0.8:1的范围混合溶解后加入。可以取其中一种，或两种以上方 法组合皆可。还原剂的添加量为每升化学镀液中加入0.05~2.5 mol为好，0.1 1.5 mol更好。添加量过少，则基体全体的镀覆困难，会出现露底的情况。本发明的化学镀铝方法，是将待镀件在含PdCl2的溶液中浸渍活化处理后， 在干燥惰性气氛中，用前述化学镀铝液进行化学镀。待镀件只要在含铝室温熔 盐中不分解，无论什么材质、形状都可以。不仅金属，而且玻璃、塑料、陶瓷 等，只要经过活化前处理，浸渍于镀液中，即可得到完全覆盖基体的铝。由于 化学镀铝不通电，因此无论何种状态都不会产生问题。此外，如果活化处理前 对基板进行粗化处理，有利于得到附着性好的铝镀层。活化处理如下方法进行盐酸及去离子水形成的弱酸性水溶液100ml中， 加入溶解PdCl2 0.0025-0.067 g，将经敏化处理的待镀件在该溶液中浸渍1 10分 钟。除此之外，也以用其他的活化处理方法；或者使待镀件吸附具有反应性离 子的活化处理也可以。含PdCl2的溶液，不限于溶有PdCl2的溶液，也可以是含 PdCl2和SnCl2的溶液。惰性气体可以是氦、氖、氩、氪、氙、氡、氮气等，其中以氩和氮气为好。本发明的化学镀铝方法，活化处理前，最好将待镀件在含SnCl2溶液中浸渍。
例如，将待镀件在含SnCl2溶液中浸渍敏化处理后，水洗，然后在含PdC2溶液 中浸渍活化处理，之后在干燥惰性气氛中，用化学镀铝溶液进行化学镀。由此， 镀覆的表面状态更均匀，铝的析出速度也可以增加。敏化处理方法为盐酸及去离子水形成的酸性水溶液100ml中，加入 0.48~9.6g SnCl2溶解形成敏化液，待镀件浸渍1-10分钟。也可以用除此以外的 敏化处理方法。此外，敏化处理前待镀件最好经过研磨、脱脂处理。化学镀铝溶液的温度控制在15'C 9(TC，温度越高析出铝的速度快，但超过 7(TC溶液容易引起自分解，因此，温度最好控制在15。C 45'C。此外，通过待镀 件的浸渍时间可以改变铝的析出量；例如35°C卜—2小时以内即可获得完全覆盖 基体的铝镀层。 实施例(1) 化学镀铝用溶液的制备镀液1:干燥氩气真空手套箱中，无水AlCl3 (99.9%)和EMIC以摩尔重量 比2:1称量，保持温度在5(TC附近不上升，边搅拌边逐步少量加入A1C13使其完 全熔融，再用足够量的99.99%铝线浸渍，室温下(25。C左右)l星期置换精制， 得到化学镀铝用溶液1 (A1C13-EMIC)。镀液2:将EMIC用BPC替代，其他与镀液1相同的步骤制成化学镀铝用 溶液2 (AlClrBPC)。镀液3:将EMIC用三甲基乙基氯化铵替代，其他与镀液l相同步骤制成化 学镀铝用溶液3。镀液4:将EMIC用三丙基乙基氯化铵替代，其他与镀液l相同步骤制成化 学镀铝用溶液4。镀液5:将无水AlCb (99.9%)与EMIC的摩尔重量比由2:1改为3:2，其 他与镀液1相同步骤制成化学镀铝用溶液5 (A1C13-EMIC)。镀液6:将无水A1C13 (99.9%)与EMIC的摩尔重量比由2:1改为52:48， 其他与镀液1相同步骤制成化学镀铝用溶液6 (A1C13-EMIC)。镀液7:将无水AlCl3 (99.9%)与EMIC的摩尔重量比由2:1改为1:2，其 他与镀液1相同的步骤制成化学镀铝用溶液7 (A1C13-EMIC)。(2) 化学镀铝溶液的制备实施例实施例1:取62.5ml镀液1于通用烧杯中，烧杯放入有温度控制的加热器 中，镀液温度保持在35'C左右，之后将还原剂LiH边搅拌边加入镀液1中，使 还原剂在镀液中分散，得到化学镀铝液1。还原剂的加入量为每升镀液1中1 mol(0.5g)。实施例2:用镀液2代替镀液1 液2。实施例3:用镀液3代替镀液1 液3。实施例4:用镀液4代替镀液1 液4。实施例5:用镀液5代替镀液1液5。实施例6:用镀液6代替镀液1液6。实施例7:用LiAlH4代替LiH，其它同实施例l，得到本发明的化学镀铝液7。实施例8:用DIBAH代替LiH，并且加入量为每升镀液1中0.2 mol( 1.78g), 其它同实施例l，得到本发明的化学镀铝液8。实施例9:用镀液7代替镀液1，其它同实施例l，得到本发明的化学镀铝 液9。实施例10:在实施例1制备的溶液中分别加入体积含量为10%、50%或90% 的甲苯，得到本发明的化学铝液IO。比较例1:镀液1中不加LiH，其他同实施例1，得到比较用化学镀铝液R1。 (3)镀铝试验实施例 试验例1:待镀的铜板、黄铜板、钨板、铁板，经320#砂纸(日本研纸株式会社制) 研磨，如果是这些物体的粉末，则直接用甲醇超声波清洗5分钟，之后再用丙 酮超声波清洗5分钟脱脂，进行前处理。另用二次去离子水99ml，加入浓盐酸lml，并溶解2.4 g SnCl2 (每升0.127 mol)，制备成敏化液。二次去离子水99 ml，加入浓盐酸1 ml，并溶解0.030 g PdCl2 (每升1.691 mmol)，制备成活化液。经前处理的待镀件，在敏化液中5分钟浸 渍敏化处理，水洗后活化液中5分钟浸渍活化处理，之后水洗冷风干燥。将活化处理后的各待镀件在化学镀铝液1 10、 Rl中浸渍，室温(25'C附近) 3小时放置后，将待镀件从化学镀铝液1 10、 Rl中取出。结果，化学镀铝液1~8 中浸渍的待镀件上整体覆盖了析出物。其中化学镀铝液1和8中得到的析出物，其它同实施例l，得到本发明的化学镀智 ，其它同实施例l，得到本发明的化学镀牵l ，其它同实施例l，得到本发明的化学镀,i ，其它同实施例l，得到本发明的化学镀智 ，其它同实施例l，得到本发明的化学镀每
更均匀，析出速度很快。化学镀铝液10中得到的镀层更平整、光滑。将镀后物在脱水苯中清洗及超声波清洗后，冷风千燥。用SEM (扫描电子显微镜)/EDX 进行元素分析结果，检测出铝。X射线(CuK ，2kW)、 GD-OES (辉光放电光 谱表面分析JY-5000RF)检测表明，确认了析出物为铝。此外，本试验表明，化 学镀铝可以在室温下进行。另一方面，化学镀铝液9中浸渍的待镀件有部分析 出物，化学镀铝液R1浸渍的待镀件上，没有析出物。 试验例2:化学镀铝液1，待镀件为玻璃板、ABS塑料板、氧化铝板或这些物体的粉末， 以及纳米碳管等，浸渍时间l小时，活化处理液为0.3g/LPdCl2-12g/LSnCl2-10 ml/L HC1-160 g/L NaCl的混合溶液，处理时间为30分钟，其他同试验例l。结 果，待镀件上整体覆盖了析出物，用X射线、SEM/EDX、 GD-OES等检测表明， 析出物为铝。试验例3:用化学镀铝液8替代化学镀铝液1，其它同试验例2。结果，待镀件上整体 覆盖了析出物，用X射线、SEM/EDX、 GD-OES等检测表明，析出物为铝。 试验例4:用AlBr3代替A1C13， EMIB (溴化l-甲基-3-乙基咪唑)代替EMIC作为化 学镀铝用溶液，然后同实施例l制备化学镀铝液，进行镀覆，结果得到了铝析出 物。
权利要求
1、一种化学镀铝溶液，其特征在于由含铝的室温熔盐和还原剂组成，每升含铝的室温熔盐中含还原剂为0.05～2.5mol。
2、 根据权利要求1所述的一种化学镀铝溶液，其特征在于所述的含铝的室 温熔盐是卤化鎗和卤化铝混合熔融制成；两者比例为100摩尔卤化鐵，卤化铝 60 300摩尔。
3、 根据权利要求2所述的一种化学镀铝溶液，其特征在于所述的卤化鐵是 季胺盐、咪唑盐或吡啶盐。
4、 根据权利要求1所述的一种化学镀铝溶液，其特征在于所述的还原剂为 氢化锂、二异丁基氢化铝、铝氢化锂、铝氢化钠、硼氢化锂中的一种或二种以 上的混合物。
5、 根据权利要求2所述的一种化学镀铝溶液，其特征在于所述的化学镀铝 溶液中还可以含有与权利要求3或4不发生反应的有机溶剂，有机溶剂在化学 镀铝液中含量为0 90%体积百分比。
6、 根据权利要求5所述的一种化学镀铝溶液，其特征在于所述的有机溶剂 为苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。
7、 用于权利要求1所述的一种化学镀铝溶液的化学镀铝方法，其特征在于 待镀件用含SnCl2溶液浸渍敏化处理后，水洗，再进入含PdCl2溶液浸渍进行活 化处理；或者在含SnCl2和PdCl2的混合溶液中浸渍，进行活化处理；再在干燥 惰性气氛中，用化学镀铝溶液进行化学镀铝。
全文摘要
本发明公开了一种化学镀铝溶液及化学镀铝方法。由含铝的室温熔盐和还原剂组成，每升含铝的室温熔盐中含还原剂为0.05～2.5mol。待镀件用含SnCl<sub>2</sub>溶液浸渍敏化处理后，水洗，再进入含PdCl<sub>2</sub>溶液浸渍进行活化处理；或者在含SnCl<sub>2</sub>和PdCl<sub>2</sub>的混合溶液中浸渍，进行活化处理；再在干燥惰性气氛中，用化学镀铝溶液进行化学镀铝。本发明可以不通电，只将待镀件与溶液中浸渍，即可使铝在待镀件上析出，实现化学镀铝。本发明不仅可以在金属基体，也可以在绝缘体的待镀件上得到导电性、导热性优良，轻质的铝。并且，由于不是电镀，可以不必考虑电流分布的均匀性，即使形状复杂的待镀件，或者是粉末，都可以均匀地镀覆。因此本发明具有很大的实用价值。
文档编号C23C18/31GK101210319SQ20071016461
公开日2008年7月2日 申请日期2007年12月21日 优先权日2007年12月21日
发明者凌国平, 宇井幸一, 小浦延幸 申请人:凌国平