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氟硼酸体系二价锡合金镀液抗氧化剂的筛选

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-14  浏览次数:826

    何优选,郭远凯,唐春保

 (嘉应学院化学与环境学院,广东梅州514015)

摘要:为了防止镀液中Sn2+的氧化,需在基础镀液中加入抗氧化剂。采用自然氧化法做分析试验:(1)测定苯酚、间苯二酚和对苯二酚3种不同抗氧化剂对镀液稳定性的影响;(2)测定添加不同质量浓度的对苯二酚对镀液的稳定性及镀层成分的影响。分析结果表明,在Pb-Sn-Cu三元合金电镀中采用质量浓度5g/L的对苯二酚作为抗氧化剂,镀液的稳定性适中,镀层质量良好。

键词:氟硼酸体系;Pb-Sn-Cu三元合金;电镀;对苯二酚;抗氧化剂

中图分类号:TQ153.2

在铝锌合金轴瓦电镀Pb-Sn-Cu三元合金的电镀液中,Sn2+容易被电镀溶液中的O2氧化成Sn4+,Sn4+水解生成偏锡酸沉淀,使Sn2+的浓度降低:

 

 

 

合适的Pb-Sn-Cu三元合金各组成质量分数通常Cu为2%~3%,Sn为9%~10%,其余为Pb。在无抗氧化剂存在的情况下,镀液中的Sn2+很快被O2全部转化成Sn4+,造成镀液中Sn2+有效浓度下降和电镀液的混浊,从而影响镀层的成分和质量,因此,必须设法抑制Sn2+的氧化,提高镀液的稳定性,关键措施是在镀液中加入抗氧化剂。国外公开的工艺配方中作为抗氧化剂的主要有苯酚、间苯二酚和对苯二酚,国内文献介绍的有苯酚、甲酚、苯二酚、β-萘酚、酚磺酸、萘酚磺酸等。

1 试验

1.1 基础镀液

在室温25℃下,基础镀液成分见表1。

 

 

 

1.2 抗氧化剂

试验采用苯酚、间苯二酚、对苯二酚作为抗氧化剂。

1.3 自然氧化法试验

在基础镀液中加入一定质量浓度的抗氧化剂,将其露置于空气中自然氧化,每隔一段时间测一次Sn2+质量浓度。

1.4 镀层分析方法

1.4.1 镀层中Sn质量分数的测定

称样0.5000g(ms),加硝酸15mL,酒石酸10mL,饱合氯化钾25mL,过氧化氢2mL,加热溶解,将溶液移入250mL容量瓶,定容。

取已稀释溶液25mL于250mL锥形瓶中,加入饱和硫脲5mL,质量分数0.5%的邻菲罗啉2mL,0.05mol/L的EDTA溶液20mL,水50mL,煮沸冷却,用六次甲基四胺调整pH至5.5左右,加二甲酚橙指示剂数滴,以硝酸铅标准溶液滴至红色。然后加入氟化铵1g,放置10min或加热至40℃后,用0.05mol/L标准硝酸铅滴定至红色为终点,记录消耗的体积V。则:

 

 

 

式中:w(Sn)———镀层中Sn质量分数,%;

M———硝酸铅标准溶液的浓度,mol/L;

V———耗用标准0.05mol/L硝酸铅溶液的体积,mL;

ms———合金镀层的取样质量,g;

其中0.1187是Sn的相对原子质量/1000。

1.4.2 镀层中Cu质量分数分析

用BCO光度法测定镀层中Cu的质量分数[9]。

2 结果与讨论

2.1 不同抗氧化剂对镀液的稳定效果

1L基础镀液中分别加入5.0g的苯酚、间苯二酚和对苯二酚,露置于空气中自然氧化,分别于0d,10d,25d,50d,100d,200d时测定镀液中Sn2+的质量浓度,结果见表2。

 

 

 

试验结果表明:(1)在不加抗氧化剂的情况下,镀液中的Sn2+经过25d几乎全被氧化成Sn4+,而加了抗氧化剂镀液中Sn2+的氧化速度大大减缓。(2)各种抗氧化剂对镀液中Sn2+质量浓度的稳定效果不同,其中对苯二酚的抗氧化效果最好。

2.2 不同质量浓度的对苯二酚对镀液的稳定效果

1L基础镀液中分别加入0,1,3,5,8g的对苯二酚,每隔一段时间测定镀液中Sn2+的质量浓度,结果见表3。

由表3可以看出,加入对苯二酚可大大延缓Sn2+的转化,提高镀液的稳定性,且对苯二酚质量浓度超过5g/L之后,效果更为显著,因此,综合考虑对苯二酚的添加量以5g/L为宜。

 

 

 

2.3 对苯二酚的质量浓度对镀层成分的影响

在基础镀液中加入不同浓度的对苯二酚,并采用6.0A/dm2的电流密度,放入试片进行电镀,然后测定镀层中Sn和Cu的质量分数,结果见表4。

 

 

 

由表4可以看出,对苯二酚的质量浓度对镀层中Sn的质量分数影响较大,不加对苯二酚,镀层中Sn的质量分数很低;加入对苯二酚后,随着对苯二酚质量浓度的增加,镀层中锡的质量分数逐渐上升。而对苯二酚的质量浓度对镀层中铜的质量分数影响较小。对苯二酚对镀层成分影响的原因还有待研究。

3 结论

(1)对苯二酚对镀液的抗氧化效果最好,其次是间苯二酚,苯酚的效果最差。

(2)不同质量浓度的对苯二酚对镀液的抗氧化效果各不相同,对镀层中Sn质量分数也有很大影响,但镀层中的Cu质量分数与对苯二酚的质量浓度关系不大。

(3)综合各种因素,在Pb-Sn-Cu三元合金电镀中可以选择对苯二酚作为抗氧化剂,其使用质量浓度为5g/L。

参考文献

[1]贺岩峰,孙江燕,张丹.无铅纯锡电镀中的若干问题[J].电子工艺技术,2007,28(1):20-23.

[2]杜楠,赵晴,吴浩杰,等.锌镍合金镀液中锌镍离子浓度对镀层镍含量的影响[J].材料保护,2008,41(9):8-10.

[3]曾华梁,吴仲达.电镀工艺手册[M].北京:机械工业出版社,1997.

[4]方景礼.电镀添加剂理论及应用[M].北京:国防工业出版社,2006.

[5]黄子勋,吴纯素.电镀理论[M].北京:中国农业机械出版社,1982.

[6]王军丽,徐瑞东,郭忠诚,等.化学镀锡工艺条件的优化[J],电镀与环保,2002,22(5):13-16.

[7]薛伯生.轴瓦电镀Pb-Sn-Cu三元合金工艺的优化[J].电镀与环保,2000,20(1):8-10.

[8]徐红娣,李光萃.常用电镀溶液的分析[M].北京:机械工业出版社,1993.

[9]吴桂生,周全.BCO光度法测定微量铜[J].理化检验-化学分册,2000,36(2):82-83.

作者简介:

何优选1974年生,实验师,嘉应学院设备与试验室管理处科长。

郭远凯1974年生,高级实验师,嘉应学院科研处科长。

唐春保1962年生,教授,嘉应学院化学试验教学示范中心主任。

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