專利名稱：銅或銅合金非電鍍鍍錫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過從含錫的電解質(zhì)中沉積錫來對(duì)銅或銅合金進(jìn)行非電鍍鍍錫的方法，該電解質(zhì)由甲磺酸和絡(luò)合劑組成。
基于酸性和堿性電解質(zhì)的非電鍍錫沉積是現(xiàn)有技術(shù)中已知的，也是常用的。基本上是通過離子交換過程對(duì)銅和銅合金進(jìn)行鍍覆錫，例如用于涼水和熱水的管道、管道截面和配件、電池接線柱、廁所連接管以及導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。作為電解質(zhì)錫的來源，主要使用二價(jià)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(shí)現(xiàn)在銅和銅合金上形成非電鍍沉積的錫層，從而能夠通過絡(luò)合劑去掉銅。
在DE 197 49 328 A1中描述了通用的方法。那里描述的方法指的是通過化學(xué)沉積錫層而在銅或銅合金的管道、管道截面和配件上進(jìn)行鍍錫。建議以甲磺酸、甲磺酸錫、絡(luò)合劑以及潤(rùn)濕劑作為電解質(zhì)。
用迄今已知的錫沉積方法制備的錫層會(huì)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于2微米。其缺點(diǎn)在于會(huì)發(fā)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(kuò)散，這會(huì)導(dǎo)致不希望的結(jié)果。例如，飲用水管道的銅可能會(huì)溶解并通過錫擴(kuò)散從而進(jìn)入水中，而這有損于健康。而且，沉積通用的錫層不能防止例如從釬焊基體材料中釋放鉛和鋅。另外，由于擴(kuò)散造成鍍錫基體材料的表面焊接困難也是一個(gè)缺點(diǎn)。
為了避免上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種對(duì)銅和銅合金進(jìn)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(shí)，該方法能防止基體材料的釋放。
作為溶液，本發(fā)明建議向電解質(zhì)中加入至少一種外來金屬以在錫層中形成擴(kuò)散阻擋層。
根據(jù)本發(fā)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(xué)沉積形成錫層。向錫浴中加入外來金屬能實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)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(kuò)散阻擋層。這樣所取得的優(yōu)點(diǎn)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(hù)，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(kuò)散穩(wěn)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(gè)優(yōu)點(diǎn)，然而，通過擴(kuò)散穩(wěn)定的錫層能防止從基體釬焊材料中向外擴(kuò)散鉛和鋅。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)，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(duì)于在錫層內(nèi)形成擴(kuò)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(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)，使用硫脲和/或其衍生物為絡(luò)合劑。作為絡(luò)合劑的硫脲可以使荷正電的銅離子釋放。形成的銅硫脲絡(luò)合物在大于28℃的溫度下，在電解質(zhì)中是可溶的。作為絡(luò)合銅的結(jié)果，其電位與錫的電位相比下降。接著，有更為惰性的錫沉積，于是在銅上形成錫層。釋放的銅離子在電解質(zhì)中富集，從而當(dāng)銅的濃度大于7g/l時(shí)，不再可能經(jīng)濟(jì)地操作，因?yàn)樵谶@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(zhì)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(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)銅-硫脲化合物的沉積。
使用根據(jù)本發(fā)明的錫浴進(jìn)行非電鍍沉積擴(kuò)散穩(wěn)定的錫層是有利的，該錫浴優(yōu)選的是含下列成分1.錫源，優(yōu)選的是二價(jià)錫鹽，例如甲磺酸錫，在錫浴中為1到30g/l的錫；2.酸，優(yōu)選的是錫浴中5到200g/l的甲磺酸，從而可以認(rèn)為錫浴的pH值是0到3；3.絡(luò)合劑，優(yōu)選的是硫脲或其衍生物，10到200g/l；4.1到10g/l的潤(rùn)濕劑5.至少一種外來金屬，優(yōu)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(yīng)用本發(fā)明中描述的方法，建議錫浴的工作溫度為35到80℃。另外，當(dāng)使用所描述的方法時(shí)，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)已知方法。這包括，例如工件的清洗、酸洗和干燥。
關(guān)于本發(fā)明的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)是根據(jù)下面的實(shí)施例得出的，在每個(gè)實(shí)施例中都推薦了一種電解質(zhì)組合物。
實(shí)施例1硫脲 100g/l甲磺酸100g/l甲磺酸錫 5g/l錫潤(rùn)濕劑5g/l鉍30mg/l實(shí)施例2硫脲 100g/l甲磺酸100g/l甲磺酸錫 15g/l錫潤(rùn)濕劑3g/l抗氧化劑 5g/l鈦5mg/l實(shí)施例3硫脲 120g/l甲磺酸140g/l甲磺酸錫 15g/l錫潤(rùn)濕劑5g/l抗氧化劑 5g/l銦50mg/l通過化學(xué)沉積，本發(fā)明描述的方法能夠形成擴(kuò)散穩(wěn)定的錫層，從而通過加入外來金屬形成的擴(kuò)散阻擋層有利于防止從基體材料中釋放金屬。另外，通過使用硫脲作為絡(luò)合劑，通過過濾，有可能從電解質(zhì)中去掉從銅中釋放的銅離子，這樣基本上實(shí)現(xiàn)了延長(zhǎng)錫浴使用壽命。而且，照這樣，基本上加速了反應(yīng)過程。
權(quán)利要求
1.一種從甲磺酸和含錫、含絡(luò)合劑的電解質(zhì)中通過沉積錫對(duì)銅和銅合金進(jìn)行非電鍍鍍錫的方法，其特征在于電解質(zhì)具有至少一種外加的外來金屬以在錫層內(nèi)建立擴(kuò)散阻擋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于以銀、鉍、鎳、鈦、鋯和銦中的一種金屬作為外來金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法，其特征在于以硫脲和/或其衍生物作為絡(luò)合劑
4.根據(jù)前面任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于通過銅-硫脲化合物的沉積去掉溶液中的銅而更新電解質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于銅-硫脲化合物是過濾掉的。
全文摘要
從甲磺酸和含錫、含絡(luò)合劑的電解質(zhì)中通過沉積錫對(duì)銅和銅合金進(jìn)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(shí),該錫層能防止基體金屬的釋放,本發(fā)明公開了電解質(zhì)具有至少一種加入的外來金屬以在錫層內(nèi)形成擴(kuò)散阻擋層。
文檔編號(hào)C23C18/48GK1387465SQ00815462
公開日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2000年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月12日
發(fā)明者J·貝爾, J·赫耶, J·休普, I·卡克, M·克萊恩菲爾德 申請(qǐng)人:恩索恩公司