一种三价铬电镀液的制作方法

1.本技术涉及电镀技术领域，具体地，涉及一种三价铬电镀液。


背景技术：

2.铬镀层具有良好的硬度和抗腐蚀性能。六价铬的毒性较大，三价铬的环保性远高于六价铬，六价铬镀液正逐渐被三价铬镀液替代。但三价铬镀液也存在镀层沉积速率慢、晶粒不够精细导致硬度不高的问题。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，发明人经过大量的试验和研究，发现影响三价铬镀铬镀层沉积速率慢的主要原因之一是络合剂，同时采用一些特殊的分散剂，可以在维持较高的沉积速率下获得较为精细的晶粒，为此，本技术提供一种三价铬电镀液。
4.本技术采用如下的技术方案：一种三价铬电镀液，包括以下的各原料成分，15-60g/l主盐、25-50g/l主络合剂、0.5-10g/l辅助络合剂、130-200g/l导电盐、0.05-0.2g/l还原剂、0.01-0.1g/l分散剂和30-120g/l缓冲剂；所述辅助络合剂选自n-羟乙基乙二胺三乙酸、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸和氨基葡萄糖酸中的一种或几种。
5.优选的，所述主盐选自硫酸铬及其水合物、硫酸铬钾及其水合物和碱式硫酸铬中的一种或几种。
6.优选的，所述主络合剂选自酒石酸、柠檬酸、己二酸及其盐、丁二酸及其盐、羟基乙酸、草酸及其盐、苹果酸、甲酸和乙酸中的一种或几种。
7.优选的，所述辅助络合剂由n-羟乙基乙二胺三乙酸、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸和氨基葡萄糖酸中的两种或以上组成。
8.优选的，所述主络合剂的重量为所述辅助络合剂重量的10-50倍。
9.优选的，所述导电盐选自硫酸钾、硫酸钠、氯化钾、氯化钠、硫酸铵和硫酸铝钾中的一种或几种。
10.优选的，所述还原剂选自硫酸氢钠、氨基葡萄糖、维生素c、抗坏血酸及其盐、水合肼、类胡萝卜素和异抗坏血酸及其盐中的一种或几种。
11.优选的，所述分散剂选自聚乙二醇和多臂聚乙二醇中的一种或几种。
12.更优选的，所述聚乙二醇和多臂聚乙二醇的平均相对分子量不超过5000。
13.优选的，所述缓冲剂选自硼酸、柠檬酸钠、邻苯二甲酸及其盐、硫酸铝和氨基乙酸中的一种或几种。
14.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术的三价铬电镀液采用常规的主络合剂，结合辅助络合剂n-羟乙基乙二胺三乙酸、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸和氨基葡萄糖酸，对三价铬起到较好的络合作用，
降低水的络合作用和游离三价铬离子的浓度，一方面可以较为稳定的络合三价铬离子，另一方面又避免络合作用太强，络合太强会导致三价铬转化为金属铬的速率较慢，影响铬的沉积速率；2、本技术的三价铬电镀液采用聚乙二醇和多臂聚乙二醇作为分散剂，不但可以起到较好的分散作用，而且发明人还发现，多臂聚乙二醇的分散效果更好，可以使得镀铬层的结晶更为致密、硬度更高。
具体实施方式
15.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细描述。
16.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
17.本技术提出一种三价铬电镀液，包括以下的各原料成分，15-60g/l主盐、25-50g/l主络合剂、0.5-10g/l辅助络合剂、130-200g/l导电盐、0.05-0.2g/l还原剂、0.01-0.1g/l分散剂和30-120g/l缓冲剂；辅助络合剂选自n-羟乙基乙二胺三乙酸、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸和氨基葡萄糖酸中的一种或几种。
18.进一步的，三价铬电镀液，包括以下的各原料成分，18-50g/l主盐、30-50g/l主络合剂、1-7g/l辅助络合剂、140-180g/l导电盐、0.1-0.2g/l还原剂、0.03-0.1g/l分散剂和50-100g/l缓冲剂。
19.本技术中，进一步的，主盐选自硫酸铬及其水合物、硫酸铬钾及其水合物和碱式硫酸铬中的一种或几种。硫酸铬的水合物除了六水合物外，还有多种含不同结晶水的化合物。硫酸铬钾水合物可以是十二水合硫酸铬钾。
20.本技术中，进一步的，主络合剂选自酒石酸、柠檬酸、己二酸及其盐、丁二酸及其盐、羟基乙酸、草酸及其盐、苹果酸、甲酸和乙酸中的一种或几种。更进一步的，主络合剂选自酒石酸、柠檬酸、和苹果酸中的一种或几种组合。
21.本技术中，进一步的，辅助络合剂由n-羟乙基乙二胺三乙酸、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸和氨基葡萄糖酸中的两种或以上组成。发明人发现，辅助络合剂由n-羟乙基乙二胺三乙酸、乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸和氨基葡萄糖酸中的两种或以上组成相比单一一种的辅助络合剂，铬沉积的速率更快。本技术中，当辅助络合剂由两种组成时，两种辅助络合剂的重量比可以是5:1-1:5；当辅助络合剂由三种组成时，三种辅助络合剂的重量比可以是1-10:1-10:1-10。
22.本技术中，进一步的，主络合剂的重量为辅助络合剂重量的10-50倍。发明人发现，主络合剂与辅助络合剂在一定的重量比范围内，铬沉积效果较好。
23.本技术中，进一步的，导电盐选自硫酸钾、硫酸钠、氯化钾、氯化钠、硫酸铵和硫酸铝钾中的一种或几种。更进一步的，导电盐选自硫酸钾、硫酸钠、硫酸铵和硫酸铝钾中的一种或几种。
24.本技术中，还原剂的作用是减少或防止三价铬被氧化为六价铬。进一步的，还原剂选自硫酸氢钠、氨基葡萄糖、维生素c、抗坏血酸及其盐、水合肼、类胡萝卜素和异抗坏血酸
及其盐中的一种或几种。
25.本技术中，进一步的，分散剂选自聚乙二醇和多臂聚乙二醇中的一种或几种。更进一步的，分散剂为多臂聚乙二醇。
26.多臂聚乙二醇是指一个分子结构中含有多条聚乙二醇链段。根据核的不同，可分为三臂、四臂、六臂、八臂、十臂等。比如，一种六臂聚乙二醇的结构如下式(1)所示，进一步的，聚乙二醇的平均相对分子量不超过1200；更进一步的，多臂聚乙二醇的平均相对分子量不超过3000。聚乙二醇和多臂聚乙二醇的平均相对分子量相对较低，聚乙二醇和多臂聚乙二醇的活性越高，分散效果更好。
28.本技术中，进一步的，缓冲剂选自硼酸、柠檬酸钠、邻苯二甲酸及其盐、硫酸铝和氨基乙酸中的一种或几种。
29.本技术的三价铬电镀液可以按如下方法制备：准备各原料成分的重量，将主盐、主络合剂和辅助络合剂加入到水中，搅拌溶解后升温至65
±
5℃保温2
±
0.5小时，加入分散剂、还原剂、导电盐和缓冲剂，搅拌溶解，即可。
30.本技术的三价铬电镀液使用时，电镀液的温度控制在40
±
5℃，电流密度控制在15-40a/dm2，电镀时间为1小时-2小时，可以获得50-120μm左右的镀层厚度。电镀过程中电镀液的ph控制在2-4，可以用硫酸溶液或氢氧化钠溶液调节。本技术中，电流密度在初始阶段可以逐步增加，即从0开始到指定的电流密度的时间为30s-120s，这样有助于提高铬镀层与基材的结合力。
31.下面将结合实施例、对比例及实验数据对本技术的三价铬电镀液进行详细说明。
32.实施例1按原料成分浓度，38g/l六水合硫酸铬、35g/l苹果酸、3g/l n-羟乙基乙二胺三乙酸、150g/l硫酸钠、0.15g/l抗坏血酸、0.05g/l聚乙二醇-400(400代表分子量)和70g/l硼酸，将六水合硫酸铬、苹果酸和n-羟乙基乙二胺三乙酸加入到水中，搅拌溶解后升温至65
±
2℃保温2小时，加入聚乙二醇-400、抗坏血酸、硫酸钠和硼酸，搅拌溶解，调节ph为2.5-3，即可。
33.实施例2实施例1中，n-羟乙基乙二胺三乙酸替换为等重量的乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸，其余步骤保持不变。
34.实施例3实施例1中，n-羟乙基乙二胺三乙酸替换为等重量的氨基葡萄糖酸，其余步骤保持不变。
35.实施例4实施例1中，n-羟乙基乙二胺三乙酸替换为等重量的由n-羟乙基乙二胺三乙酸和
氨基葡萄糖酸按重量比1:2组成的组合，其余步骤保持不变。
36.实施例5实施例1中，n-羟乙基乙二胺三乙酸替换为等重量的由乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸和氨基葡萄糖酸按重量比1:1组成的组合，其余步骤保持不变。
37.实施例6实施例1中，聚乙二醇-400替换为等重量的六臂聚乙二醇(分子量2000，购买自广州市碳水科技有限公司)，其余步骤保持不变。
38.实施例7按原料成分浓度，40g/l六水合硫酸铬、42g/l酒石酸、2g/l乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸、150g/l硫酸钠、0.16g/l异抗坏血酸、0.07g/l六臂聚乙二醇(分子量2000，购买自广州市碳水科技有限公司)和65g/l硼酸，将六水合硫酸铬、酒石酸和乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸加入到水中，搅拌溶解后升温至65
±
2℃保温2小时，加入六臂聚乙二醇、异抗坏血酸、硫酸钠和硼酸，搅拌溶解，调节ph为2.5-3，即可。
39.实施例8实施例7中，乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸替换为等重量的由n-羟乙基乙二胺三乙酸和氨基葡萄糖酸按重量比3:2组成的组合，其余步骤保持不变。
40.实施例9实施例7中，乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸替换为等重量的由乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸和氨基葡萄糖酸按重量比2:3组成的组合，其余步骤保持不变。
41.实施例10实施例7中，乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸替换为等重量的由n-羟乙基乙二胺三乙酸和氨基葡萄糖酸按重量比1:1组成的组合，其余步骤保持不变。
42.实施例11实施例7中，六臂聚乙二醇由0.07g/l调整为0.09g/l，其余步骤保持不变。
43.对比例1实施例1中不加入n-羟乙基乙二胺三乙酸，其余步骤保持不变。
44.对比例2实施例1中，n-羟乙基乙二胺三乙酸替换为等重量的edta，其余步骤保持不变。
45.对比例3实施例1中，n-羟乙基乙二胺三乙酸替换为0.5g/l的edta，其余步骤保持不变。
46.对比例4实施例1中，n-羟乙基乙二胺三乙酸替换为等重量的天门冬氨酸，其余步骤保持不变。
47.对比例5实施例7中，乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸替换为等重量的edta，其余步骤保持不变。
48.对比例6实施例7中，乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸替换为等重量的天门冬氨酸，其余步
骤保持不变。
49.应用将镀有亮镍的工件清洗后分别采用实施例1-11和对比例1-6的三价铬电镀液进行电镀。电镀液的温度控制在40
±
2℃，电流密度控制在20a/dm2，电镀时间为60分钟。电镀过程中电镀液的ph控制在2.5-3.5。电镀初始阶段，电流密度逐步增加，从0增加到20a/dm2的时间为80s。
50.镀层厚度测试：采用xrf镀层测厚仪测试。
51.镀层硬度测试：采用显微维氏硬度计测试。
52.结果如表1所示。
53.表1 厚度(μm)硬度(hv)实施例167850实施例269830实施例363880实施例478820实施例580840实施例670980实施例773960实施例885930实施例983950实施例1089910实施例11721000对比例155820对比例237860对比例342830对比例458850对比例549900对比例665910对比表1的结果。对比实施例1-6和对比例1-4，采用本技术的辅助络合剂可以明显提高铬镀层的沉积速率，而且维持较高的硬度。当辅助络合剂由两种组合时，铬镀层的沉积速率更高。当分散剂为多臂聚乙二醇时，获得的铬镀层的硬度明显更高，说明铬镀层精细致密。
54.对比实施例7-11以及对比例5和6，具有同样的技术效果。
55.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。