[发明专利]电沉积青铜的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电沉积青铜的方法，使用该方法，在至少包含锡和铜离子，一种烷基磺酸和湿润剂的酸性电解液中电镀欲镀覆的基材，以及该电解液的制备。

背景技术：

基于各种类型的电解液沉积锡和锡合金的方法是现有技术已知的且在实践中广为应用。从氰化物电解液沉积锡和/或锡合金的方法非常普及。然而，这些电解液毒性都很高，从环境角度讲其使用是令人置疑的，因此这些年来，人们在寻求开始开发无氰化物电解液，例如使用焦磷酸盐或草酸盐电解液，在pH5-9的范围区内操作。但是，这类方法具有经济上和技术上的缺陷，其中在此可提及的缺陷为具有相对缓慢的沉积速率。

由于上述原因，目前的研究方向多为寻找从酸性电解液沉积锡和/或锡合金的可行方法，因为，一方面，二价锡在酸性电解液中可以非常容易地被还原为金属锡，使得在具有同等质量镀覆层的同时有更好的沉积速率，且另一方面，由此可以防止碱性电解液对基材，例如陶瓷结构组件的不利影响。

因此，从EP 1 111 097 A2和US 6,176,996 B1中可获知用于以较高沉积速率沉积高质量等级的锡或锡合金的酸性电解液及方法。这些电解液为含有至少两种有机磺酸二价金属盐的电解液且从该电解液可沉积出可焊接且耐蚀性的镀覆层，该镀覆层可被用作例如制造电路板所用电子装置中的含铅可焊接镀覆层等的替代物。

然而，在铜含量高的锡-铜合金，如铜含量至少为10％的所谓“真”青铜的沉积中，此方法具有局限性。例如，因为锡与铜之间电位差高，导致二价锡以较高速率氧化，由此，其在酸性电解液中可以很容易地氧化为四价锡。不过，这种形式的锡在酸中不能再被电沉积而因此退出该工艺，这就导致两种金属不均匀的沉积及沉积速率的降低。此外，氧化为四价锡会导致淤泥生成物的增加，从而妨碍稳定的操作及酸性电解液的长有效期。再者，因为有此种污染，无法保证获得结合坚固及无孔洞的镀覆层。

因为这些技术工艺上的缺陷，目前电解沉积青铜镀覆层没有大的应用领域。有时，青铜镀覆层在珠宝工业中用作昂贵的银或会引起过敏的镍的替代物。同样地，青铜电沉积方法在某些技术领域起重要作用，例如在电子学领域中用于镀覆电子组件或在机械工程领域和/或加工工艺领域中用于镀覆轴承覆盖和摩擦层。不过，在此情况下，作为镍替代物而主要沉积的是由于工艺条件而铜含量值非常低的白青铜或所谓的“假青铜”。

发明内容：

因此，本发明依据的任务是提供一种青铜沉积方法，该方法不同于现有技术已知的方法，该方法能够从一种酸性电解液中、以相当高的沉积速率进行至少锡和铜并存的均匀沉积。进而，使用此种方法，可以沉积出具有高铜含量以及各种装饰和机械性质的结合坚固且无孔洞的青铜镀覆层。

此外，可以获得一种具有高含量的二价铜离子的酸性电解液，其相对于氧化导致的淤泥生成物很稳定，并且长期使用既经济又无害于环境。

具体实施方式：

根据本发明，通过以本文前面所述类型的方法解决该任务，其特征在于在该电解液中加入芳香族非离子型湿润剂。

根据本发明，可以得到一种青铜电沉积的方法，其中一铜-锡合金阳极与一阴极连接到将要利用电解液镀覆的基材，且经由直流电流通过其而进行镀覆。此外，使用本发明，可以得到特别适用于此方法的电解液及由此方法获得的镀覆层。

通过本发明方法，提供一种新的电解液组合物并藉此获得相当好的沉积效果，以克服现有技术中已知的缺陷。而且，实施该方法更为简单且经济。这也主要是基于该有益的电解液组合物。例如，在室温，或17-25℃时使用该方法，且在pH值＜1的高酸性环境中电镀欲镀覆的基材。该电解液在此温度范围内特别稳定。此外，无需任何用于加热电解液的成本，并且电镀后的基材也不必使用大幅时间和金钱予以非常多地冷却。再者，由于一些原因，包括pH值及添加了至少一种芳香族非离子型湿润剂，可以在1A/dm²的电流密度时达到0.25微米/分钟的沉积速率。经由增加金属含量，此速率在架式操作中可提高到7A/dm²，且在连续操作装置的情况下甚至可以提高到120A/dm²。如此，根据装置的类型，可用电流密度可达到0.1-120A/dm²。

令人惊讶地是，通过向电解液中添加至少一种非离子湿润剂，可以大大地改善在较为复杂的基材之上、将要电镀的表面的湿润度。其有益效果是，不仅可以通过使用本发明方法得到相当高的沉积速率，而且本方法制得的镀覆层均匀且质量级别很高，具有很好的黏着力且通常没有孔。