一种电镀的方法技术

本发明专利技术提供了一种电镀的方法，以及二氧化碳在电镀中的应用，将超临界或亚临界二氧化碳加入的含有胆碱类离子液体的电镀液中，电镀后的镀层厚度均匀，电镀金属晶粒选择性生长，镀层性能更好；同时离子液体的粘度大幅下降，金属沉积速度增加，电镀效率明显提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电镀金属的方法，尤其涉及一种以超临界或亚临界CO2/离子液体体系作为介质的金属膜电镀方法。
技术介绍
金属薄膜材料是支持现代高新技术不断发展的重要材料之一，在燃料电池、生物传感器等高科技高附加值产品方面得到广阔的应用，对国民经济各行业的发展起到了重要作用。尤其是伴随着现代工业和技术的发展，许多产品的零部件在使用过程中遇到非特殊的条件，如严酷的腐蚀环境、磨损摩擦环境、特殊的细孔要求(计算机线路板)等，这对零部件表面的电沉积膜层功能性提出了更高的要求，如高的耐腐蚀性、高的硬度、高的耐磨性、微细加工的均匀性以及其它特殊的物理化学特性等。电镀工艺是利用电解作用在制品上沉积出附着性能和基材不同的金属或合金覆层，形成金属镀层的表面处理技术，可以得到微米级厚度的镀膜。电镀需要在作为介质的电镀液中进行，传统电镀液体系一般为盐的水溶液体系。传统水溶液体系电镀技术总的来说，存在一些问题，例如:(1)电解过程中，伴随着副反应水的电解反应发生，消耗电力，造成电流效率低下，浪费能源；(2)水解产生的 氢气阻碍金属沉积，使得金属膜表面产生针孔等缺陷，需要加大膜的厚度来降低缺陷率，使得薄膜化程度受到限制，造成资源浪费；(3)金属盐水溶液具有较高的粘度和界面张力，无法进入具有高纵横比的细孔中，因而无法满足在有特殊的细孔结构的零部件等处施镀的特殊需求；(4)传统的金属盐电解液含有各种有机添加剂，对环境及人体有毒有害，而且随着废水排放造成严重的环境污染。因此，寻求一种绿色环保的高性能金属功能膜层电沉积制备新工艺成为电镀工业的当务之急。为了解决上述问题，利用CO2作为溶剂以替代毒性高的有机溶剂的技术受到关注。CO2具有低毒性，环境友好及价廉易得的优点，超临界或近临界CO2具有与氢气的良好互容性(可将氢气溶解)，传质速度快等特性，有利于反应的快速进行；并且如果电镀能够在CO2中进行反应，则可以少用或不用水，大幅度降低废水处理费用；此外，于超临界CO2中电镀得到的电镀层具有较低的阳极电流密度和较高的极化阻抗值，即具有更好的耐腐蚀性。在这样的技术背景下，目前已经公开了金属盐水溶液、C02、表面活性剂构成的乳浊液体系而进行电镀的技术，如专利CN1918326A公开的金属盐水溶液与CO2共存条件下的电镀方法，CO2为亚临界或超临界状态，并添加有非离子型表面活性剂；专利W002/016673A1也公开了一种超临界CO2与电解质溶液进行电镀的方法，同时加入已知的阴离子表面活性齐U、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂或两性离子表面活性剂。与现有电镀技术相比，上述专利公开的方法可以形成高品质的镀覆膜镀覆表膜无针孔，形成的结晶粒径小，但是CO2与水从本质上是不能混溶的，只有通过添加表面活性剂在搅拌的作用下使二者乳化或浑浊来进行电化学反应。表面活性剂的使用增大了生产成本，而且镀覆操作后，表面活性剂与金属水溶液难于分离，易造成资源浪费和环境污染。采用非水溶剂构建新的电镀体系是解决上述问题的有效方法。室温离子液体作为新型绿色非水溶剂，其所具有得较宽电化学窗口，无蒸汽压，无析氢现象、导电性高、不需要添加支持电解盐就可以进行电化学反应等特点使其成为电沉积研究中的崭新溶剂。但是由于离子液体的高粘度、制备成本高等问题，制约了其在工业发展中的实际应用。2003年，Abbot等首次合成了一种新型非水绿色溶剂一低共熔溶剂型离子液体。与传统室温离子液体类似，该离子液体同样具有得较宽电化学窗口，导电性高、不需要添加支持电解盐等优点，而且还具有不挥发、无毒性、可生物降解、价格低廉、制备简单绿色环保并可以溶解多种金属盐及金属氧化物等优点，被广泛用于多种金属单质和合金的电化学制备。但是与传统室温离子液体类似的高粘度所导致的问题仍然没有解决。
技术实现思路
针对离子液体粘度高、成本高、不利于在工业中实际应用，以及CO2体系需要加入表面活性剂的条件下才能够使用的问题，本专利技术提供了一种CO2与离子液体体系中进行电镀的方法。因此，本专利技术第一个方面是提供一种电镀方法，步骤包括: 步骤I，提供胆碱类离子液体； 步骤2，向离子液体中加入可溶的电镀金属的盐和/或电镀金属的氧化物； 步骤3，向离子液体中通入二氧化碳； 步骤4，通电对基材进行电镀。本专利技术上述的方法中，所述CO2为超临界或亚临界状态，可以是直接将超临界或亚临界状态的CO2通入到离子液体中，也可以将CO2气体通入离子液体中，控制温度和压力达到超临界或亚临界状态。`本专利技术上述方法中，所述CO2优选为超临界状。本专利技术上述的方法中，所述胆碱选自胆碱、烃酰基胆碱、(有机基取代烷酰基)胆碱，磷酰基胆碱、磷脂酰胆碱、或上述物质的卤化物，可以是上述胆碱中的任意一种或多种的混合物。其中，所述烃酰基胆碱优选为C1I5烃酰基胆碱中的任意一种或多种的混合物，如丁酰基胆碱、乙酰基胆碱、琥珀酰基胆碱。其中，(有机基取代烷酰基)胆碱，优选为(C广Cltl脂肪烃或芳香烃取代烷酰基)胆碱中的任意一种或多种的混合物，如苯甲酰胆碱。其中，所述卤化物优选为氯化物或溴化物中的任意一种或多种的混合物，如氯化胆碱、溴化胆碱、苯甲酰溴化胆碱、乙酰溴化胆碱、氯化琥珀酰胆碱、溴化琥珀酰胆碱。本专利技术上述方法中，所述电镀金属可以是铜、镍、钼、锌、钴、锰、金、银、铁、铅、锡、钨、钛、钒、铝、钯、铑、钥、锆、镉、钽、锗、铋、铊、镁等金属中的任意一种或多种，但也可以包括上述任意几种金属组成的合金。其中，所述的盐可以是任意能够溶于所述离子液体中的盐，如氯化物、溴化物、碘化物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、硼酸盐、或有机羧酸盐。本专利技术上述方法中，所述基材可以是金属、合金、聚合物或半导体材料。根据本专利技术所述方法的一种优选实施方式，所述胆碱类离子液体为胆碱类物质与尿素、或多元醇组成的离子液体。其中，胆碱类物质与尿素或多元醇的摩尔比优选为1:0.f 10，进一步优选为1:0.5^5 ;更优选为1:广5，如1:2、1:3。所述多元醇如乙二醇，丁二醇、二甘醇、甘油、木糖醇、甘露醇、山梨醇中任意一种或任意几种多元醇的混合物。根据本专利技术的一种优选实施方式，步骤3中通入二氧化碳的步骤中，优选为将温度控制在20~l00°C，进一步优选为控制在3(T70°C，更优选为控制在3(T50°C。在上述温度条件下，通入二氧化碳后，优选为将压力控制在< 50MPa，进一步优选为 5 20MPa。本专利技术的第二个方面是提供一种用于电镀的介质，包括胆碱类离子液体和0)2，其中，所述CO2为超临界或亚临界状态，并优选为超临界状态。本专利技术上述的用于电镀的介质中，所述胆碱选自胆碱、烃酰基胆碱、(有机基取代烷酰基)胆碱，磷酰基胆碱、磷脂酰胆碱、或上述物质的卤化物，可以是上述胆碱中的任意一种或多种的混合物。其中，所述烃酰基优选为C1I5烃酰基胆碱中的任意一种或多种的混合物，如丁酰基胆碱、乙酰基胆碱、琥珀酰胆碱。其中，(有机基取代烷酰基)胆碱，优选为(C1Iltl脂肪烃或芳香烃取代烷酰基)胆碱中的任意一种或多种的混合物，如苯甲酰胆碱。其中，所述卤化物优选为氯化物或溴化物中的任意一种或多种的混合物，如氯化胆碱、溴化胆碱、苯甲酰溴化胆碱、乙酰溴化胆碱、氯化琥珀酰胆碱、溴化琥珀酰胆碱。根据本专利技术所述用于电镀的介质的一种优选实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电镀方法，其特征在于，步骤包括：步骤1，提供胆碱类离子液体；步骤2，向离子液体中加入可溶的电镀金属的盐和/或电镀金属的氧化物；步骤3，向离子液体中通入二氧化碳；步骤4，通电对基材进行电镀；其中，所述CO2为超临界或亚临界状态。

【技术特征摘要】
1.一种电镀方法，其特征在于，步骤包括: 步骤1，提供胆碱类离子液体； 步骤2，向离子液体中加入可溶的电镀金属的盐和/或电镀金属的氧化物； 步骤3，向离子液体中通入二氧化碳； 步骤4，通电对基材进行电镀； 其中，所述CO2为超临界或亚临界状态。2.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，所述电镀金属选自铜、镍、钼、锌、钴、猛、金、银、铁、铅、锡、鹤、钛、银、招、钮、错、钥、错、镉、钽、锗、秘、铭、镁等金属中的任意一种或多种，或上述任意几种金属组成的合金。3.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，所述胆碱类离子液体为胆碱类物质与尿素、或多元醇组成的离子液体。4.根据权利要求3所述的电镀方法，其特征在于，所述胆碱类物质与尿素或多元醇的摩尔比为1:0.1 10。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：江举辉，
申请(专利权)人：上海域高环境技术有限公司，
类型：发明
国别省市：