[发明专利]一种低温化学镀Ni-B二元合金层的化学镀液及化学镀方法

说明书

本发明涉及一种低温化学镀Ni‑B二元合金层的化学镀液及化学镀方法，属于合金化学镀领域。本发明提供了一种操作简单、镀液稳定、镀速快且对环境友好的化学镀Ni‑B合金镀液配方及工艺，镀液配方中采用复合络合剂，以硼氢化物为还原剂、以等含氧阴离子为稳定剂，三乙醇胺等胺类物质为促进剂，醇醚类物质为表面改性剂，各组分协同后的镀液在化学镀时，能在20～60℃的低温条件施镀，且化学沉积速度快，所获得的非晶态Ni‑B二元合金镀层具有较高的硬度、耐磨和耐蚀性。

技术领域

本发明的低温化学镀Ni-B二元合金镀属于表面处理领域，特别涉及化学镀技术领域，主要应用于对硬度、耐磨性和耐蚀性有较高要求的电子、机械及航空领域。

背景技术

化学镀作为主要的表面处理手段之一，相较电镀工艺而言，化学镀工艺可操作性强、过程控制简单，易于在形状复杂的基体上获得均匀致密的镀层。化学镀镍及其合金由于具有完美的物理、化学性能如高的硬度，耐磨性和耐蚀性而广泛应用于在机械、电子、航空、化工等行业。

化学镀镍及其合金常见的有Ni-P、Ni-B和纯Ni，其中Ni-P合金镀层是以次亚磷酸钠为还原剂，Ni-B合金镀层是以硼氢化物或二甲基硼烷(DMAB)为还原剂，化学镀纯Ni是以肼为还原剂。化学镀Ni-B二元合金是一种性能优良的功能性镀层，它在硬度、耐磨、耐蚀方面都优于Ni-P二元合金镀层。化学镀Ni-B二元合金镀层具有良好的导电性，它的接触电阻与纯银相当，并且Ni-B二元合金具有优良的钎焊性和熔焊能力，具有良好的键合能力，经热处理后其硬度进一步提高，可以作为硬铬的替代镀层。化学镀Ni-B合金是利用还原剂硼氢化物或氨硼烷，将镀液中镍离子还原成金属镍，并沉积到基体表面，同时还原剂分解所产生的硼原子进入镍晶格内，固溶于镍基体内。

在化学镀镍基合金的还原体系中，硼氢化物是最具有效率的还原剂，在同一反应中一次可以提供八个电子，其还原效率远远高于二甲基胺硼烷、次亚磷酸钠和肼，另外硼氢化物为还原体系的镀液远远比其它还原剂体系廉价易得。

化学镀Ni-B合金由于其优异的性能，在合金镀层领域已有一些研究成果。但以硼氢化物为还原剂的化学镀Ni-B二元合金体系中，也存在一些严重阻碍其发展的不足。比如：(1)硼氢化物在中性或酸性条件会发生水解，为了避免水解且获得较高的沉积速率，必须使镀液保持强碱性。但是由于硼氢化物具有较强的还原能力即使在碱性镀液中稍有不慎也会造成镀液的分解，所以硼氢化物为还原剂的化学镀Ni-B二元合金镀液中硼氢化物的含量普遍较低，一般不超过1.6g/L。过高的硼氢化物浓度会破坏镀液稳定性，使沉积速率下降，甚至引发镀液的沉淀和分解。所以现有技术中存在镀液体系中硼氢化物浓度小，镀层沉积速率低，镀液使用周期短，工艺操作难度大等问题。

(2)在络合体系方面，虽然现有技术中存在较多Ni²⁺络合剂，但在化学镀Ni-B的传统镀液体系中，以硼氢化物为还原体系中，由于硼氢化物不稳定性易分解，致使镀液稳定性差，不能用常规的络合剂进行络合，一般是以乙二胺为络合剂的，鲜有采用甘氨酸、柠檬酸等复合络合剂体系。乙二胺是经过实验研究选择得到的较佳络合剂，对沉积速率和镀液稳定都是有利的，但是乙二胺属于易燃物具有毒性和腐蚀性，具有强烈的刺激性，可灼伤皮肤，且能随水蒸汽挥发，产生大量白烟，对环境危害大。

(3)在稳定剂方面，常见的化学镀Ni-B二元合金的稳定剂主要是Pb²⁺,Cd²⁺,Hg²⁺、Tl⁺等重金属离子的硫酸或硝酸盐。在化学镀过程中，这些重金属离子极易被还原成金属原子而共沉积到镀层中，这些重金属元素已被国内外相关环保法规所明令禁止使用。

(4)在施镀温度方面，在现有的Ni-B化学镀液中，以硼氢化物为还原剂的体系中，镀液温度对沉积速率有很大影响。在较多的现有技术中，均报道了化学镀Ni-B镀液体系需要在80℃～95℃的温度下进行施镀，温度过高，镀液不稳定，但降低镀液温度(低于60℃)，会使得沉淀速率过低，难以形成镀层。所以，如何降低镀液温度，还能保证所需的沉积速率也是需要解决的问题之一。