镀银最早用的
光亮剂二硫化碳是Milword和Lyons在1847年发表的专利中提出的,现在还在使用,仅稍加改变而已。镀银层比镀金价格便宜得多,而且具有很高的导电性,光反射性和对有机酸和碱的
化学稳定性,故使用面比黄金广得多。早期主要用于装饰品和餐具上,近来在飞机和电子制品上的应用越来越多。
镀银应用
镀银层很容易抛光,有很强的反光本领和良好的导热、导电、焊接性能。
银镀层最早应用于装饰。在电子工业、通讯配置和仪器仪表制造业中,普遍采用镀银以降低金属零件的电阻,提高金属的焊接本领。别的,
探照灯及其他反射器中的金属反光镜也需镀银。由于银原子容易扩散和沿质料外貌滑移,在潮湿大气中易孕育产生“银须”造成短路,故银镀层不宜在印刷电路板中利用。现在利用的镀银液经常是
氰化物镀液。
电镀银的镀层用于警备腐化,增长导电率、反光性和都雅。普遍应用于电器、仪器、仪表和照明用具等制造工业。电器、仪表等工业还接纳无氰镀银。
电镀液用硫代硫酸盐、亚硫酸盐、
硫氰酸盐、亚铁氰化物等。为了防止
银镀层变色,通常要进行
镀后处理,经常是浸亮、化学和电化学
钝化,镀贵金属或有数金属或涂包围层等。
镀银简介
镀银最早始于1800年,第一个镀银的专利是1838年由英国
伯明翰的Elkington兄弟提出的,所用的镀液为碱性氰化物镀液,与他们发明的碱性氰化物镀黄金体系很类似。一个多世纪以来,镀银液的基本配方和当年的配方差别不大,仅仅是提高了银配位离子浓度以达到快速镀银的目的而已。氰系镀液过去的主要缺点是使用的
电流密度小,现在这个问题也解决了,高效镀银使电流密度可高达10A/dm,光亮镀银可达1.5~3A/dm,其镀面光滑而无需再打光,也可镀厚。近年来快速发展起来的电子元器件的高速选择性镀银,如
引线框架的选择性镀银,采用喷射镀的方法。所用的电流密度高达300~3000A/dm,镀液中
氰化银钾[KAg
(CN)2]的浓度 也高达40~75g/L,阳极采用白金或镀铂的
钛阳极,这样在1s内即可镀上约4~5μm的银层,它已能满足硅芯片和银焊垫之间用铝线来键合(
Bonding)。
用
二硫化碳做
光亮剂并不能得到全光亮的银层,且加入镀液后要等一段时间才会发生作用,估计真正的光亮剂是二硫化碳与镀液中的CN一反应生成的取代尿素、
硫脲、胍、硫化物、氰胺化物(cyanamide)及其他种硫化物中的某些化合物。
发展历史
1913年,Frary报道
二硫化碳与
乙醚、各种酸、氰和
亚硫酸的混合物可作为
硫氰酸盐镀银的
光亮剂,也发现黄原酸钾和砷、锑、锡的硫化物也是有效的光亮剂。后来发现
硫脲也是一种镀银光亮剂。当其用量达35~40g/L时,其光亮度可超过二硫化碳衍生物。
1939年,Weiner发现从
硫代硫酸钠镀液中可以获得光亮的镀银层,证明硫代硫酸钠本身就是一种优良的
光亮剂。
1943年,Weiner发现提出可用
硒化物代替硫化物作为镀银的
光亮剂。例如
亚硒酸盐同蛋白质和脂肪酸的缩合物以及很多二价硒化物同少量铝和
锑化物合用都是有效的光亮剂。
同年,德国的Siemens Halske在德国专利731,961中提出用
黄原酸盐类作镀银光亮剂。后来,Durrwachter发现甲醛和
蛋白胨可做乳酸镀银的光亮剂。
1950~1953年,印度的Rama Char等提出添加5~20g/L的.
氨磺酸铵或lg/L的
硫代硫酸钠可以显著改善
碘化物镀银的光亮度。在1953~1957年间,美、法、瑞士专利中都提出用
二硫化碳和酮类的缩合产物作为氰系镀银的
光亮剂。
1956年,美国专利中提出用
乙二醇和
丙三醇锑作氰系镀银
光亮剂。
1957年,德国专利959,775中用硫代氨基甲酸盐缩合物作为氰系镀银
光亮剂。
1957年,美国专利中提出用
乙酰丙酮和
二硫化碳的反应产物和
磺化蓖麻油做氰系镀银
光亮剂。同年,还提出用
酒石酸锑钾,葡萄糖酸锑钾、硒化合物和
表面活性剂作氰系镀银的光亮剂。
1959年,Popov和Kravtsova用
动物胶来改善
硫氰酸盐镀银层的光亮度。
1963年,Kaikaris和Kundra用
动物胶作
溴化物镀银的
光亮剂获得了成功。
1964年,Schl6tter用
动物胶和其他添加剂作硫氰酸盐镀银的
光亮剂。
1966年,原西德Schering公司采用硒或
碲化物作为氰系镀银的
光亮剂。
同年,Sel-Rex公司则用锑和铋化物作为氰系镀银光亮剂。
1966年,Racinskiene和Kaikaris用
动物胶作为
氨磺酸镀银的
光亮剂。同年,Foulke和Johnson获得了用
聚乙烯吡咯烷酮和
酒石酸锑钾做
硫氰酸盐光亮镀银的光亮剂。
1967年,英国专利中用
三氯化锑同
三乙醇胺的反应产物作为氰化镀银的
光亮剂。
1968年,英国专利也用
聚乙烯吡咯烷酮或
酒石酸锑钾合并做
硫氰酸盐镀银
光亮剂,不过镀层只为半光亮。
1972年,前苏联用二氰胺同甲醛的反应产物做
EDTA镀银的
光亮剂,可得镜面光亮的镀银层,光亮剂的用量为l~10g/L,镀层光亮度与光亮剂用量有关。
1973年,日本专利中用0.1~10g/L的C0、Mn、Ni、Cu、 Cd、As、Tl、Sb、Ca、Sr或Ba的可溶性盐做磷酸盐镀银的
光亮剂。
1975年,原西德专利中提出用相对分子质量大于1000的
聚乙烯亚胺做硫代硫酸盐镀银的
光亮剂,可以得硬而光亮的
银镀层。
1976年,英国专利认为,无氰镀银的光亮剂应含有以下五种成分:①磺酸型
阴离子表面活性剂,如
土耳其红油。②含氮
羧酸或磺酸型
两性表面活性剂。③阳离子或非
离子型表面活性剂。④可溶性
醛类(如
糠醛)。⑤含C-SH或C=S
互变异构体的化合物,如甲基氧茂
硫醇等。
1976年,美国专利中提出有两类添加剂可以作为硫代硫酸盐无氰镀银的光亮剂。第一类是高分子的聚胺化合物,这包括相对分子质量为500 20000的聚乙烯亚胺以及由氨和烯
亚胺如
乙二胺、
四乙烯五胺、N,N,-双(4一氢氧基丁酰)
二丙烯三胺等与
环氧氯丙烷反应而形成的可溶性多氮化合物。另一类可获得光亮而
延性银层的添加剂是某些含硫或含硒的化合物,其
结构式与名称见表12-13。
1976年,美国Technic公司,提出用相对分子质量为100~60000的聚亚胺化合物作为
丁二酰亚胺无氰镀银的
光亮剂,其用量,为0.001~1.0g/L,所用的聚
亚胺有
聚乙烯亚胺,聚丙烯亚胺和聚
羟基乙烯亚胺。
1977年,Colovbev系统研究了25种含硫有机化合物的
半波电位和在氰系镀液中获得的镀层光亮度的关系,发现能获得镜面光亮的添加剂其半波电位落在0.6~0.9V之间,大于或小于此范围时,镀层的光亮度下降,要获得长效的光亮剂应选择光亮剂的水解产物的半波电位也在0.6~0.9V之间的有机硫化物,后来有人推荐用硫代氨基甲酸盐做光亮剂,其用量只要0.1mL/L。
1978年,美国专利提出一种无氰酸性
硫代硫酸钠镀银专利。所用的光亮剂由两部分组成,一是
表面活性剂,它可以用磺酸型
阴离子表面活性剂,或者是含氮
羧酸或含氮磺酸型
两性表面活性剂,也可以是一种阳离子或非
离子型表面活性剂。另一类
光亮剂是易被电极还原的可溶性醛和一种含有C=S的化合物或其异构物。
醛类的用量约为1.1g/L,C=S化合物用量约为0.03g/L。典型的醛类是
糠醛、
茴香醛、
肉桂醛、
戊二醛、
苯甲醛或
二甲氨基苯甲醛基。典型的含C=S化合物是
甲基咪唑硫醇或双硫棕等。溶液在搅拌下进行电镀,镀层呈镜面光亮,针孔率低,而且变色速度比平常的银层慢得多。
1978年英国专利GB l534429中提出用
土耳其红油、
十二烷基磺酸钠、二丁基萘磺酸钠做
润湿剂,用各种硫化物或
硒化物做光亮剂的复合银一
石墨电镀液,所用的硫化物和硒化物为黄原酸钠、
二硫代氨基甲酸盐、硫代硫酸盐(钠或铵)、硫代
四氢噻唑以及
亚硒酸钠等。
1979年,A.Fletcher和w.L.Moriorty在美国专利中用负二价的硒化物作为低氰(游离氰<1.5mg/L)
焦磷酸镀银液的
光亮剂,用量为0.1~54mg/L,镀液的pH为8~10。该镀液适于打底镀银、正式镀银和高速镀银。同年我国成都715工厂和四川大学化学系研究成功以
聚乙烯亚胺为添加剂的
硫代硫酸钠光亮镀银工艺,可以得到光亮,细致而无脆性的镀层。
1980年,原西德专利用锑的
酒石酸盐、甘油、烷胺或其他多
羧酸络合物做为硫代硫酸盐一
硫氰酸盐镀银的
光亮剂。早期有人用三氧化锑、
甘油和氢氧化钠在一起煮沸以后所得的溶液做氰系镀银的光亮剂。
1980年我国广州电器科学研究所岑启成、刘慧勤、颐月琴三位工程师研究成功了以SL一80为光亮剂的
硫代硫酸铵镀银新工艺,并于1982年1 1月通过了技术鉴定,其使用
电流密度比其他无氰镀银都高,镀层光亮细致,耐变色性能优于氰系物镀银膜。
1981年日本专利中则把卤素负离子(Br一、l一)和SeCN一联合作为硫氰酸盐镀银的光亮剂。同年在加拿大专利中用
醛类和含 C=S的化合物做光亮剂,用阴离子磺酸型和两性含氮的
羧酸或磺酸型
表面活性剂做
晶粒细化剂。
1981年T.V.Novey在
氨磺酸镀银的美国专利中,提出用
吡啶单羧酸或酰胺和一种染料组合而成的光亮剂。吡啶衍生物的用量为0.5~10g/L,染料的用量为0.01~2.0g/L,所用染料可从偶氮染料酸性蒽染料和芳胺染料中任选一种。
1982年澳大利亚专利中提出类似组成的氨磺酸盐银光亮剂,吡啶衍生物与美国专利相同,染料中除偶氮、二氧蒽类外,还增加了硫吡啶染料(thiazinedye)。具体实例中用了3g/L的烟酸和0.05g/L的3一溴一4一氨基二氧蒽一1一磺酸。
1982年日本专利提出用芳香或
杂环氢硫基化合物作为氰系镀层的
光亮剂。
1982年我国台湾用萘磺酸的甲醛缩合物和酮碱化
二硫化物凝聚物作为氰系镀银的光亮剂,前者的用量为50g/L,后者为0.2g/L。
1982年日本专利57-131382中发现二硫代氨基甲酸或硫代半卡巴肼(Thiosemicarbazide)是低氰镀银液防止置换银层形成的有效添加剂。
1984年美国专利4.478.692中指出烷基磺酸银溶液是一种很好的无氰镀银和
银合金(如Ag-Pd)的溶液。
1986年美国专利4.614.568发现环状
硫脲基化合物也是一种低氰或无氰镀银液防止置换银层形成的有效添加剂,镀液中同时也含有有机
羧酸。
1991年日本专利03-061393发明了一种用硫代
羰基化合物做
光亮剂的无氰镀银液。在
1991年出版的Metal Finishing手册中, Kond0等介绍了一种由
甲基磺酸银、
碘化钾和N-(3一
羟基亚丁基)对氨基苯磺酸组成的无氰镀银液。
1996年日本专利96-41676中提出在烷基磺酸镀银液中用
非离子表面活性剂做
晶粒细化剂,可以获得致密性与
氰化物镀液相当的镀层。
2001年美国专利6251249中提出在烷基磺酸、烷基
磺酰胺或烷基
磺酰亚胺镀银液中,用有机硫化物和有机
羧酸做添加剂,可用的硫化物包括
硫代乙醇酸、2一
巯基丙酸,2一巯基烟酸、
胱氨酸、2一巯基
噻唑啉、单巯基
丙三醇、
硫代水杨酸、硫代
二乙二醇、硫代二
乙醇酸、
硫代二丙酸、硫代脯氨酸、二氢苯并噻喃-4-醇、
硫脲、有机黄原酸盐、有机
硫氰酸盐等。所用的羧酸包括
甲酸、乙酸、
丙酸、
苯甲酸、柠檬酸、
氨三乙酸、
磺基乙酸、
草酸、
EDTA、丁二酸、酒石酸、a一氨基酸和聚羧酸等。
2002年法国专利FR2825721中提出用由硫代半卡巴脲(Thio- semicarbazide)同
二硫化碳的反应产物二硫代氨基
甲酰基二硫代氨基甲酸盐(Dithiccarbamoyldithiocarbazate)和黄原酸盐的混合物作光亮镀银的光亮剂。
2003年美国专利US456620304中提出了一种无氰又无有害物质的环保型光亮镀银液,
银盐是采用
甲基磺酸银,
络合剂是用氨基酸或蛋白质,如
甘氨酸、
丙氨酸、
胱氨酸、蛋氨酸以及维生素B群,如
烟酰胺,镀液的稳定剂是用了一硝基
邻苯二甲酸、4一硝基邻苯二甲酸、间一
硝基苯磺酸等,pH
缓冲剂是用硼砂或磷酸盐。
表面活性剂是选商用的产品,如Tegotain485,镀液pH=9.5~ 10.5,温度25~30℃。阴极
电流密度为1A/dm。
电镀银
该镀层用于防止腐蚀,增加
导电率、反光性和美观。广泛应用于电器、仪器、仪表和照明用具等制造工业。例如铜或铜合金制件镀银时,须先经除油去锈;再预镀薄银或浸入由氯化汞等配成的溶液中,进行汞化处理,使在制件表面镀上一层汞膜;然后将制件作阴极,纯银板作阳极,浸入由
硝酸银和
氰化钾所配成的
氰化银钾电解液中,进行电镀。电器、仪表等工业还采用无氰镀银。
电镀液用硫代硫酸盐、亚硫酸盐、
硫氰酸盐、亚铁
氰化物等。为了防止
银镀层变色,通常要经过
镀后处理,主要是浸亮、化学和电化学
钝化,镀贵金属或稀有金属或涂覆盖层等。
用途:
我们日常使用的热水壶里面的胆就是经过化学镀银处理的。由于
银镀层是光亮反光的,对于热量所产生的红外
辐射能很好的反射回去,以达到更好的保温效果。所以镀银的热水壶就具有更好的保温的作用。
镀银线
具有很好的导电性能,以及明亮而光泽的表面,而且银层具有很高的耐腐蚀性。正因为这些优点,镀银线成为高频线和有色纺织线的首选产品。
镀银处理
银在大多空气中很快就变色(tarnishes),此变色为黑竭色的硫化物污迹(sulfide stain)不仅泵坏外观而且损失
焊接性(soderability)。为了防止或阻延此变巴的形成,镀银需做
镀后处理如再镀上层(overlays)金或铷(rhodium),镀化处理 (passivation treatments)包括铬酸盐处理(chromating)及涂装氧化镀(beryllium)、胶状物(colloidal)。