銅或銅合金非電鍍鍍錫的方法
2023-11-02 20:41:47
專利名稱：銅或銅合金非電鍍鍍錫的方法
技術領域：
本發明涉及通過從含錫的電解質中沉積錫來對銅或銅合金進行非電鍍鍍錫的方法，該電解質由甲磺酸和絡合劑組成。
基於酸性和鹼性電解質的非電鍍錫沉積是現有技術中已知的，也是常用的。基本上是通過離子交換過程對銅和銅合金進行鍍覆錫，例如用於涼水和熱水的管道、管道截面和配件、電池接線柱、廁所連接管以及導體結構。作為電解質錫的來源，主要使用二價錫鹽，例如氯化錫、硫酸錫、四氟硼酸錫或甲磺酸錫。
通過把銅置換成錫來實現在銅和銅合金上形成非電鍍沉積的錫層，從而能夠通過絡合劑去掉銅。
在DE 197 49 328 A1中描述了通用的方法。那裡描述的方法指的是通過化學沉積錫層而在銅或銅合金的管道、管道截面和配件上進行鍍錫。建議以甲磺酸、甲磺酸錫、絡合劑以及潤溼劑作為電解質。
用迄今已知的錫沉積方法製備的錫層會一直增加直到不再有表面銅通過多孔的錫層。因此能獲得的層厚最大限於2微米。其缺點在於會發生從基體材料中，特別是從合金元件的基體材料中的金屬擴散，這會導致不希望的結果。例如，飲用水管道的銅可能會溶解並通過錫擴散從而進入水中，而這有損於健康。而且，沉積通用的錫層不能防止例如從釺焊基體材料中釋放鉛和鋅。另外，由於擴散造成鍍錫基體材料的表面焊接困難也是一個缺點。
為了避免上述缺點，本發明的目的是設計一種對銅和銅合金進行非電鍍鍍錫的方法，通過這種方法，可以形成容易焊接的耐用錫層，同時，該方法能防止基體材料的釋放。
作為溶液，本發明建議向電解質中加入至少一種外來金屬以在錫層中形成擴散阻擋層。
根據本發明中描述的方法，建議使用含至少一種外來金屬的錫浴以通過化學沉積形成錫層。向錫浴中加入外來金屬能實現對擴散過程有益的抑制，這樣就建立起從很大程度上防止從基體材料中釋放金屬的擴散阻擋層。這樣所取得的優點是在表面處良好的焊接特性和錫層良好的耐用性。
因此，通過上述方法形成的錫層不僅能夠形成有效的腐蝕保護，而且通過使用外來金屬形成了基本上防止從基體層中釋放材料的擴散穩定的錫層。特別是從輸送飲用水的銅管道的角度看，這是一個優點，然而，通過擴散穩定的錫層能防止從基體釺焊材料中向外擴散鉛和鋅。
根據本發明的一個特點，建議以銀、鉍、鎳、鈦、鋯和銦中的一種金屬作為外來金屬，其中使用銦被證明是特別有效的。對於在錫層內形成擴散阻擋層，向錫浴中加入至少一種上述金屬作為外來金屬。
根據本發明的另一個特點，使用硫脲和/或其衍生物為絡合劑。作為絡合劑的硫脲可以使荷正電的銅離子釋放。形成的銅硫脲絡合物在大於28℃的溫度下，在電解質中是可溶的。作為絡合銅的結果，其電位與錫的電位相比下降。接著，有更為惰性的錫沉積，於是在銅上形成錫層。釋放的銅離子在電解質中富集，從而當銅的濃度大於7g/l時，不再可能經濟地操作，因為在這些濃度下，錫不再以令人滿意的速度沉積。因此建議，在電解質溶液中通過沉積銅-硫脲化合物而去掉銅。通過這種方式，基本上可以增加錫浴的使用壽命。通過過濾，利用本發明的另一個特點可以實現銅-硫脲化合物的沉積。
使用根據本發明的錫浴進行非電鍍沉積擴散穩定的錫層是有利的，該錫浴優選的是含下列成分1.錫源，優選的是二價錫鹽，例如甲磺酸錫，在錫浴中為1到30g/l的錫；2.酸，優選的是錫浴中5到200g/l的甲磺酸，從而可以認為錫浴的pH值是0到3；3.絡合劑，優選的是硫脲或其衍生物，10到200g/l；4.1到10g/l的潤溼劑5.至少一種外來金屬，優選的是銀、鉍、鎳、鈦、鋯和銦中的一種金屬，在錫浴中的比例是1到500mg/l為了應用本發明中描述的方法，建議錫浴的工作溫度為35到80℃。另外，當使用所描述的方法時，也可以採用現有技術中的常規已知方法。這包括，例如工件的清洗、酸洗和乾燥。
關於本發明的進一步的細節是根據下面的實施例得出的，在每個實施例中都推薦了一種電解質組合物。
實施例1硫脲 100g/l甲磺酸100g/l甲磺酸錫 5g/l錫潤溼劑5g/l鉍30mg/l實施例2硫脲 100g/l甲磺酸100g/l甲磺酸錫 15g/l錫潤溼劑3g/l抗氧化劑 5g/l鈦5mg/l實施例3硫脲 120g/l甲磺酸140g/l甲磺酸錫 15g/l錫潤溼劑5g/l抗氧化劑 5g/l銦50mg/l通過化學沉積，本發明描述的方法能夠形成擴散穩定的錫層，從而通過加入外來金屬形成的擴散阻擋層有利於防止從基體材料中釋放金屬。另外，通過使用硫脲作為絡合劑，通過過濾，有可能從電解質中去掉從銅中釋放的銅離子，這樣基本上實現了延長錫浴使用壽命。而且，照這樣，基本上加速了反應過程。
權利要求
1.一種從甲磺酸和含錫、含絡合劑的電解質中通過沉積錫對銅和銅合金進行非電鍍鍍錫的方法，其特徵在於電解質具有至少一種外加的外來金屬以在錫層內建立擴散阻擋層。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於以銀、鉍、鎳、鈦、鋯和銦中的一種金屬作為外來金屬。
3.根據權利要求1和2的方法，其特徵在於以硫脲和/或其衍生物作為絡合劑
4.根據前面任何一個權利要求的方法，其特徵在於通過銅-硫脲化合物的沉積去掉溶液中的銅而更新電解質。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於銅-硫脲化合物是過濾掉的。
全文摘要
從甲磺酸和含錫、含絡合劑的電解質中通過沉積錫對銅和銅合金進行非電鍍鍍錫的方法。通過所描述的方法,形成可以焊接的耐用錫層,同時,該錫層能防止基體金屬的釋放,本發明公開了電解質具有至少一種加入的外來金屬以在錫層內形成擴散阻擋層。
文檔編號C23C18/48GK1387465SQ00815462
公開日2002年12月25日 申請日期2000年11月9日 優先權日1999年11月12日
發明者J·貝爾, J·赫耶, J·休普, I·卡克, M·克萊恩菲爾德 申請人:恩索恩公司