电镀添加剂及其作用

2020-07-14 11:36:05

电镀添加剂在电镀中的地位

   电镀添加剂是添加到电镀溶液中的化学试剂。可以说是加入到基础镀液中的添加物,是基础液以外的新增成分,也就是“添加”到镀液中的成分,以提高镀液和镀层的各种性能,这种添加到电镀液中的添加剂的一个显著特点是用量少,作用大。特别是现在一些高效的电做添加剂,每升的用量往往只有0.1g左右,却有明显的光亮作用,但一且过量,就会引起使层出现硬镀,脆性等方面的变化,外观也会出现问题。

  标准的电镀通常是由需要镀出的金属的盐(主盐)和络合剂、导电盐、酸碱度(pH值)调整剂等辅助剂组成的,电镀技术发展到今天,以上成分现在只能说是电镀液的基础成份或叫基础液,一个完整的电配方还必须往基础液中加入各种添加剂,以达到预期的目标,很多电镀液如果没有这些成分的加入,根本就不可能镀出合格和有价值的镀层,这些各种添加到镀槽中的化学物质,被统称为电镀添加剂。如果细分起来,则依据其作用而可以将这些添加物分别叫做光亮剂、走位剂、柔软剂、抗杂剂、稳定剂、抗针孔剂等。                             

   事实已经证明,如果将电镀配方当作电镀的核心技术的话,那实际上说的是电镀添加剂技术。因为很多电镀液的基本组成已经是公知的技术,但是电镀添加剂的配方则是技术机密。现在,电镀添加剂的研发和制造以及销售已经是一个持续发展和增长的行业,成为有机合成、精细化学和电化学等多学科支持的一个新兴的行业。其中一个很重要的分支就是电镀添加剂中间体的研制和生产部门。

 

电添加剂的分类

   电镀添加剂的分类,从其原料性质和化学结构的角度,可以分为无机添加剂和有机加剂这两大类,并且现在主要采用的是有机添加剂。因此,在不特别指出时,电镀添加剂主要指的是有机添加剂,有机添加剂还可以分为天然有机物添加剂、常规有机物添加剂和有机合成添加剂

   从其作用原理分类,则又可以分为光亮剂、整平剂、走位剂,柔软剂,抗针孔剂,抗氧化剂、稳定剂等

   光亮剂还分为主光剂、轴光剂、柔软剂等。根据光亮剂的作用原理,又可以分为一次光亮剂和二次光亮剂。这是因为在光亮剂开发的过程中,人们发现了几种添加剂共同起作用的现象,并且这些共同起作用的添加剂依其作用的特点而可以分为两类,于是有了第一类光条剂和第二类光亮剂的说法。有时将这两类光亮剂分别称为初级光亮剂和次级光亮剂,即第一类光亮剂也叫初级光亮剂,第二类光亮剂也叫次级光亮剂。

   第一类光亮剂(初级光亮剂)的主要特点是在阴极反应中容易解析,从而对阴极过程有明显影响,还原产物有些还会参与电极反应,从而影响镀层性能(包括光亮性能)。

   第二类光亮剂中有一些对阴极电位有负移作用,对光亮度和分数能力有贡献,其还原产物容易在镀层中夹杂而导致镀层脆性。有些分类法将第二类也称为载体光亮剂,实际上是指的分散剂,增加水溶性不好的主光剂在镀液中的分散性,同时对阴极过程也有一定影响。

   对于有些特殊镀种,还会开发出这类工艺专用的添加剂,分别会以专用名称来对这些添加剂进行归类,比如砂面镀謀的砂面剂,黑色镀层的发黑剂等,属于功能性镀层添加剂。

   现在,几乎所有常用镀种都要用到电镀添加剂,其中大多数添加剂都有商业添加剂产品供应,从镀梓到镀铜,从镀醛到镀鉻,从镀锡到镀银,包括合金电镀,复合电镀都要用到不同的添加剂,电镀添加剂不仅涉及的镀种多,而同一个镀种有多种添加剂可供选择,可以说电镀添加剂种类繁多、产品齐全。

常用电镀添加剂的类别和特点

添加剂类别

添加剂成原料、中间体

作用特点

备注

无添加剂

重金属盐、如辐、铅、镍等

通过参与阴极过程改善镀层洁晶过程使结晶细化,与金属镀层共沉积

由于重金属对人体和环境有严重不利影响,除个别例外,现在已经不再采用这类添加剂

天然有机添加剂类

明胶、蛋白、糖类、醇类等

在阴极表面形成阻挡层,影响金属离子还原过程,有分解产物在镀层中夹杂

也有经过 合成的天然有机添加剂如磺化芪麻油等

有机合成添加剂类

商业光亮剂、柔软剂、走位剂、整平剂等。

在阴极表面有特性吸附能力,有较强的极化作用,根据不同作用特点在镀液中起光亮作用、整平作用,提高镀层质量等

这类添加剂往往是一种或几种有机物合成或复配而成,现在更多的是采用各种电镀添加剂中间体复配合成

有机添加剂中间体

各种电镀添加剂中间体、例如镀镍中间体PPS、ALS等。各种镀种的添加剂中间体详见附录15

用来配剂各种电镀添加剂,可以根据不同中间体的功能来配制出各种性能的添加剂

已经成为现代电镀添加剂的主原料

 表中所有列添加剂的类别同时显示出添加剂演变和发展的历程,即从无机添加剂到天然有机添加剂,再到合成有机添加剂的进程。所采用的原料也是无机盐类别天然有机物和常规有机物再到合成有机物。对这些不同类别的电镀添加剂分述下。

1) 无机添加剂 早期的电镀工作者通过观察和实验,认知到有些金属离子特别是重金属离子在某些镀液中可以起到细化镀层或使镀层有一定光泽的作用,例如很早的时候就有用少许镉盐作为镀镍光亮剂,镍或钻也可以作为镀镉中的光亮剂,铅可以用做镀铜锡合金的光亮剂等,这些以无机盐作为光亮剂或结晶细化剂的添加剂就是无机添加剂,一个很重要的原因是这类重金属盐基本上都是有毒物质,已经成为环境污染源而被静止采用。

2) 天然和常规有机添加剂  有机添加剂是指添加剂按其化学特性属于有机物,也就是含有硫链的碳氧化合物及其衔生物,包括各种烷基、炔基的醇、醛、酚、醚等有机合成物等,还有以表面活性为主的一类添加剂,这类添加剂一般都有较大分子量。由于这些添加物是有机化学物质,因此被总称为有机添加剂。

       有机添加剂的使用带有一定偶然性,添加物都是采用当时可以方便找的天然有机物,比如树胶,明胶、骨胶,以及蔗糖、糊精、甘油等、都被用来做过电镀的的添加物。随后才发展为常规有机物。包括醇类、醛类等,由于很多有机物难溶于水,于是又有了有机碳化物等经有机反应生成的易溶性有机盐。比较典型的是磺化蓖麻油。一直用作镀镉、镀锌,镀铜的光亮剂、

  为典型的常规有添加剂是以糖精和丁炔二醇为配伍的第一代光亮镀镍添加剂,在20世纪六七十年代风靡一时,至今还有一些要求不高的产品在使用这种光亮镀镍添加剂,但是,光靠这些常规的有机物很难满足市场对电镀品质和性能提升的需要。人们在研究添加剂特别是光亮剂的过程中,开始找到一些规律,有发现一些有用的基团和有机物结构,从而开辟了合成电镀添加剂的时代。

(3)有机合成电镀添加剂及其中间体 有机合成电镀添加剂是在认识了一些对电镀过程有明显干涉作用的有机物基团或结构的基础上,发展起来的一顶新的精细化工产业。国际著名的化学集团巴斯夫就参与和推动了这一进程,在我国,推动这一产业发展的包括: 曾经较早进行电镀添加剂合成技术开发的武汉材料保护研究所,进行规模化生产的武汉长江化工厂,最早以电镀添加剂的开发、生产和销售为主业的民营企业武汉风帆电镀技术有限公司等。
  早期以商品化形式出现的有机合成电镀添加剂有碱性镀锌(锌酸盐镀锌)有机添加剂,酸性光亮镀铜用组合添加剂等,光亮镀镍添加剂则由复配的光亮剂向有机合成的光亮剂迅速发展,成为光亮剂开发中最有成果的镀种,并且衍生出电镀添加剂中间体行业。

       电添加剂特别是有机加剂的开发虽然有很大的偶然性,但是有机物在镀液中的作用一经发现,就成为人们研究改进镀液性能的重要选择材料,从早期带有很大盲目性,到渐渐找到了在电镀过程中起作用的某些有机基团的作用机理,含有这些基团的原料有些是用于其他行业的化工原料,比如染料、医药中间体等。同时,进一步的研发表明,也可以人工合成出有一定作用的含有这类基团的有机化合物。这些化合物一般还不能直接拿来做添加剂用,而是要经过与其他同类和相辅相成的有机物复配成有某种功能的添加剂或光亮剂,因此被称为电镀添加剂的中间体。由于这种有机化合物的生产和合成需要专业的知识和设备,电镀添加剂用户或生产商靠自已的能力难以自制这类电添加剂的中间体,所以有了专业的电镀添加剂中间体的开发和制造商。电镀添加剂中间体的开发和应用是目前电镀业为活跃的一个领域。

 

电加剂的作用

    电镀添加剂的主要作用是通过影响阴极过程来实现改善镀层性能的目的,以前的添加剂是为了改善镀层的结晶性能,使结晶细化、镀层平滑。在探索过程中,发现有些物质可以使镀层变得光亮,从而使光亮剂的开发成为电镀添加剂中的主流,以至于平常说到电镀添加剂主要就是指的光亮剂,但是随着电镀技术的进步,添加剂的研发和生产都有了长足的发展,使电镀添加剂的作用有了更多的选择,表8-2是电镀添加剂按作用进行分类的举例。

   表8-2列举的只是现在常用的一些电镀添加剂的类别,而在生产和科研实践中,还有一些添加剂正在试用或开发中,特别是功能性添加剂类,有很大发展空间。而已经有多年发展的光亮剂也处在不断更新的过程中。用量少、出光快、镀层柔性好,管理简单等,都是用户对光亮剂的基本要求,而现在不少光亮剂距这个要求还有一定距离。

   是由表8-2也可以看出,除了直接改善镀层的添加剂,还有一些是改善镀液性能的添加剂,比如稳定剂,抗氧化剂,抗杂质剂等,这类添加剂是通过改善镀液来保证镀层适质量,同时不要对镀层性能产生不利影响、即主要是以化学原理起作用,而不直接参与电极反应。

                  

                                     表8-2 电镀添加剂类别

 

添加剂

用途

举例

光亮剂

获得全光亮镀层

镀镍光亮剂,酸铜光亮剂、镀锡光亮剂、镀银光亮剂等

半光亮剂

获得半光亮镀层

半光亮镀镍、酸性光亮

辅助光亮剂

与光亮剂共同使用,提高光亮剂的光亮效果

光亮镀镍、酸性光亮镀铜等的辅助光亮剂

载体光亮剂

增加光亮剂在镀液中的溶解性和分散性能

酸性镀锌光亮剂

整平剂

提高镀层微观整平性能

酸铜添加剂

走位剂

改善低区性能,使镀层分布均匀

镀镍走位剂等

柔软剂(应力调整剂)

调整镀层内应力,降低镀层脆性

镀镍柔软剂(糖精等)

抗针孔剂(润湿剂)

降低镀液表面张力,减少针孔

镀镍润湿剂(十二烷基硫酸钠等)

抗杂剂

将镀液中的杂质沉淀去除或络合隐蔽消除其不良影响

镀镍、镀锌等抗杂剂

电位调整剂

调整镀层电位,使之镀层之间的电位差符合技术要求,改变复合镀中微粒表面电位的添加剂也属于这一类

多层镍电位调整剂、复合镀微粒电位调整剂

稳定剂

稳定镀液中某种价态离子

辅助络合剂、还原剂等

抗氧化剂

防止镀液中低价态离子氧化为高价态离子

如二价锡稳定剂等

缎面剂(砂面剂)

获得缎面(砂面)镀层

缎面镀镍、缎面镀铜等

黑化剂(彩色电镀添加剂)

获得技术要求的镀层颜色

镀黑镍、镀黑铬等

 

 

功能性添加剂

为获得所要求的功能而添加的各种辅助添加剂,如获得难以共沉积的合金而添加的催化作用添加物、改善镀层微观结构的添加物等

微量合金元素、催化剂等

 



 

       文章源自:电镀添加剂生产厂家     http://www.jmsthg.com/

 

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