[發(fā)明專利]一種焦磷酸鹽無氰鍍Cu-Sn合金的電鍍液及電鍍方法

在審

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• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN105316726A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發(fā)明（設計）人: 石明
• 申請（專利權）人: 無錫永發(fā)電鍍有限公司
• 主分類號: C25D3/58
• 分類號: C25D3/58;C25D3/60;C25D5/18
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 楊晞

技術領域

本發(fā)明涉及電鍍銅錫技術領域，尤其涉及一種焦磷酸鹽無氰鍍Cu-Sn合金的電鍍液及電鍍方法。

背景技術

電鍍銅錫合金是發(fā)展最早的合金鍍種之一。由于鎳資源短缺等原因，鎳的價格持續(xù)增長，代鎳鍍層越來越引起人們的注意。銅錫合金作為代鎳用于防護、裝飾性鍍層，既可以滿足使用要求，也可以減少鎳的使用，因此具有非常高的市場價值。80年代后期，研究發(fā)現(xiàn)金屬鎳接觸人的皮膚會引發(fā)鎳敏感癥狀，因而在許多國家，例如，歐共體國家旱在90年代就已立法限制首飾品中含鎳量，要求金屬鎳的析出量每平方厘米不超過0.5微克。因此研究代鎳電鍍工藝有很大的必要性。代鎳鍍層應具備以下性能：首先鍍層的整平性、光亮度要好，具有優(yōu)良的裝飾效果。其次，鍍層應能阻止底層金屬向而層的擴散，以防止貴金屬鍍層的變色。再者，電鍍成本不能太高。日前常用的代鎳工藝主要有電鍍銅合金、鍍鈀或鈀鎳合金、鍍鈷。鍍鈷和鍍鈀均因其價格昂貴使得它們的工業(yè)化推廣受到限制。電鍍Cu-Sn合金，可獲得平整和光亮的鍍層，銅錫合金的防擴散性能良好，較為重要的是，電鍍成本較為理想。不僅如此，電鍍廢液處理技術要求不高。基于此，電鍍Cu-Sn合金在裝飾防護性電鍍中獲得了廣泛的應用，是應用最廣泛的代鎳鍍層之一。

由于氰化物有劇毒，在環(huán)保意識的逐步增強的大時代背景下，氰化電鍍Cu-Sn合金開始被各國政府通過立法進行限制。無氰電鍍的開發(fā)凸顯出巨大的市場前景。現(xiàn)有的氰化電鍍Cu-Sn合金普遍存在鍍液的性能不佳，鍍層質(zhì)量不高的技術缺陷，這些嚴重制約了無氰電鍍銅錫在工業(yè)上的進一步推廣。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明一方面提供一種焦磷酸鹽無氰鍍Cu-Sn合金的電鍍液，該電鍍液的鍍液性能較好，使用該鍍液得到的鍍層質(zhì)量較高。

一種無氰鍍Cu-Sn合金合金用焦磷酸鹽的電鍍液，由含量為0.4～6g/L的以銅計焦磷酸銅、含量為8～36g/L的以錫計焦磷酸亞錫、含量為72～189g/L的以焦磷酸根計堿金屬焦磷酸鹽、含量為0.36～0.72g/L的光亮劑、含量為40～60g/L的磺基水楊酸和含量為0.24～0.35g/L的N-芐基吡啶化合物組成；所述光亮劑為由等摩爾量的哌嗪和環(huán)氧氯丙烷反應得到的反應產(chǎn)物。

其中，由含量為4g/L的以銅計焦磷酸銅、含量為18g/L的以錫計焦磷酸亞錫、含量為134g/L的以焦磷酸根計堿金屬焦磷酸鹽、含量為0.50g/L的光亮劑、含量為52g/L的甲基磺酸和含量為0.31g/L的N-芐基吡啶化合物組成。

以上電鍍液的技術方案中，選用焦磷酸銅為銅主鹽。選用焦磷酸錫為錫主鹽。選用焦磷酸鹽為配位劑。焦磷酸鹽優(yōu)選為堿金屬的焦磷酸鹽，例如焦磷酸鈉或鉀。堿金屬的焦磷酸鹽為可溶性鹽。焦磷酸根可與銅離子和亞錫離子形成絡合物，該絡合物在陰極沉積時的放電電位較簡單的二價銅離子更負，即極化程度更大。因而，絡合離子放電更為平穩(wěn)，使得鍍層的更為細致平整。焦磷酸銅和焦磷酸錫所含的焦磷酸根作為配位劑陰離子，不會導致鍍液中引入其他的陰離子雜質(zhì)。

光亮劑為由等摩爾量的哌嗪和環(huán)氧氯丙烷在50～70℃下通過縮合反應3～5h得到的反應產(chǎn)物。該反應以水為反應溶劑。首先將哌嗪溶解于水中，待溫度調(diào)節(jié)為40℃時，將環(huán)氧氯丙烷在攪拌條件下加入至上述溶液，然后恒溫于50～70℃反應若干時間后，自然冷卻至室溫出料。值得說明的是，恒溫反應時間由加料時間來決定。環(huán)氧氯丙烷的加料方式可以為分批的間歇式，也可以為連續(xù)滴加式。但不管何種加料方式，對加料的速率應當根據(jù)反應熱的釋放帶來反應體系的溫度的上升程度來控制。具體而言，以1mol的環(huán)氧氯丙烷為例，在分批的間歇式的加料過程中，每批環(huán)氧氯丙烷投料的時間間隔為10～15min；在連續(xù)滴加式的過程中，滴加的總體時間以30～60min為宜。

N-芐基吡啶化合物為輔助光亮劑，能提高鍍層的光澤度。N-芐基吡啶化合物指含有芐基和吡啶基團的化合物，例如可以為氯化N-芐基吡啶。氯化N-芐基吡啶的制備可參考文獻“氯化N-芐基吡啶的制備及相轉(zhuǎn)移催化性能研究，郭錫坤，精細化工第2000年09期”。本發(fā)明中N-芐基吡啶化合物為N-芐基煙酸鹽酸，系由等摩爾量的煙酸和芐氯在50～70℃反應3～5h得到的反應產(chǎn)物。制備過程除了原料和要加入堿外，其他均可類比于上述的光亮劑的制備，后文將會詳細介紹。

選用甲基磺酸作為鍍液穩(wěn)定劑。它能阻止鍍液中因二價銅被亞錫離子還原產(chǎn)生的銅單質(zhì)從鍍液中沉淀出來。

除了上述添加劑外，本發(fā)明在還可選用合適用量的其它在本領域所常用的添加劑，這些都不會損害鍍層的特性。