铝和难熔金属自非芳香有机溶剂的电沉积制造技术

一种电镀液，其包括无水、非芳香有机溶剂和一种混合物，该混合物包括可溶性金属盐和有机添加剂，该混合物溶解在该无水或非芳香有机溶剂中。自该电镀液电沉积金属包括制备一种电镀液，在阴极电流下，将该金属自该电镀液电沉积到导电基底上。一种电镀系统，其具有容纳该电镀液的镀室、该电镀系统的入口以及将待电镀部件从该入口输送到电镀室的输送系统。该电镀液包括无水、非芳香有机溶剂以及一种混合物，该混合物包括可溶性金属盐和有机添加剂，该混合物溶解在该无水、非芳香有机溶剂中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铝和难熔金属自非芳香有机溶剂的电沉积相关申请的交叉引用[0001]本申请要求2003年3月5日在美国申请的美国临时专利申请No.60/451,631的权益，在此以引用的方式将其全部内容包括在内。
技术介绍
专利
：[0002]本方法通常涉及电沉积涂层。更具体地，本方法涉及铝、镁和难熔金属如钛、钽、锆及其合金的金属涂层，该金属涂层通过电沉积自非芳香有机溶剂获得。专利技术背景：[0003]在下面的本专利技术背景的说明中，参考了某些设备和方法，但是，不必将这种参考认为是承认这些设备和方法性能是现有技术。申请人保留证明任何所参考的主题不构成本专利技术现有技术的权利。[0004]可将抗腐蚀和磨损的表面保护应用于铁类和非铁类金属部件。一种获得这种保护的适宜方法为涂层。例如，在航空、航天工业中，将镉涂层用来保护部件如起落架或紧固件以阻止腐蚀。该镉涂层用作牺牲涂层，该涂层即使在被刮擦时也提供保护。但是，镉为由基于氰化物的镀液电沉积的有毒金属，其影响操作和处理保护措施。需要适宜的用于镉的金属涂层。[0005]由这种涂层提供的保护的一个方面为镉涂层的盐水电化学电位相对于下面的材料要负的结果。因此，用于取代镉的适宜的涂层材料包括那些相对于下面的材料，具有相似的例如负的盐水电化学电位的材料。例如候选材料中包括锌、锰、铍和镁，从而替代涂层中的镉。但是，这些候选材料有缺陷。锌在易于电镀的同时，遭受因环境而产生的脆裂，因此不适宜用于高强度钢。可通过含水方法电镀锰，但是其暴露可导致对肺和神经的影响。相似地，铍也具有环境上的缺陷，以及当未掺合在涂层内中时，镁在这种应用中高度活泼。[0006]铝和难熔金属例如钛为用于保护涂层和用于替代镉涂层的替代候选物。铝涂层可提供阻止铁类金属部件腐蚀的牺牲性保护阻挡层。难熔金属涂层可提供保护阻挡层，该保护阻挡层阻止通过如腐蚀、侵蚀、-->磨损、磨蚀以及脆化等机制对下面的金属例如铁类和非铁类金属部件的损害。[0007]铝和难熔金属如钛通常由如那些基于氯化锂的熔盐浴化学物质，或由如那些基于苯和甲苯的有毒有机溶剂，或者通过电泳电化学地获得。这些已知的方法在涂层质量和成本上有负面缺陷。例如，熔盐浴方法可在电镀期间避免脆化，但是截留的盐可为后续腐蚀和脆化的来源。[0008]铝和难熔金属的金属涂层还可通过其它方法获得。例如，可使用物理技术，如电弧喷镀，物理气相沉积技术，如铝的离子真空沉积(或者称为ivadizing)和化学技术，如溶胶-凝胶，或者由有毒的有机溶剂或通过熔盐的电沉积来形成铝和难熔金属的涂层。[0009]美国专利No.4,145,261公开了一种镀液，其为甲苯、包括苯的有机物以及卤化铝的混合物。美国专利No.4,759,831公开了用于铝的电沉积的承载(load-lock)隔离电解液室。该镀液的特性例如环境问题和当暴露在空气时，易于被污染导致这种公开的溶液和工艺昂贵、效率低以及可能危害环境和健康。[0010]日本专利55-158289公开了多种其中溶解有合成铝盐的低分子量有机溶剂。但是，未提供具体涂层性能。[0011]因此，尤其是在高强钢和航空、航天应用中，仍存有对可替代目前镉层的涂层技术的需要。此外，还需要对环境安全和干净、同时成本和时间效率还高的铝电沉积技术。                        专利技术概述[0012]一种金属电沉积的代表性方法，包括制备电镀液和在阴极电流下，将金属从该电镀液电沉积在导电基底上。该电镀液包括可溶金属盐和溶解在无水、非芳香有机溶剂中的有机添加剂的混合物。[0013]一种代表性电镀液包括无水、非芳香有机溶剂和包括可溶金属盐及有机添加剂的混合物，该混合物溶解在该无水、非芳香有机溶剂中。[0014]一种电镀系统的代表性实施方案包括含有电镀液的镀室、进入电镀系统的入口以及将待电镀的部件从入口输送到镀室的输送系统。该电镀液包括无水、非芳香有机溶剂和包括可溶金属盐及有机添加剂的混合物，该混合物溶解在该无水、非芳香有机溶剂中。-->                         附图说明[0015]结合附图可理解下面详细说明的优选实施方案，其中相同的数字表示相同的部件，其中：[0016]图1为电镀系统的略图。优选实施方案的详细说明[0017]自非芳香有机溶剂(NAOS)的电沉积可沉积通过常规(含水)电镀不能获得的金属和合金。由于几乎没有或没有水存在于溶液中(如在含水溶液的水中)，所以可降低或最小化高拉伸强度材料的氢脆化。此外，就部件处理、某些设备和方法而言，NAOS工艺同常规电镀具有相似或相同的特性，从而在常规电沉积设备中，允许NAOS的有效替代。[0018]金属电沉积的代表性方法包括制备电镀液以及在阴极电流下，将金属从该电镀液电沉积在导电基底上。该电镀液包括溶解在无水、非芳香有机溶剂中的可溶金属盐和有机添加剂的混合物。[0019]该无水、非芳香有机溶剂可为任意适宜的溶剂。例如，一种适宜的溶剂包括低分子量非芳香有机溶剂。在本文中，低分子量意味着200g/mole或更低。这样的溶剂包括醇类如乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、2-丁醇及其相应的、具有多于一个OH官能团的醇，乙醇胺以及胺。羧酸如草酸、柠檬酸以及柠檬酸铵可用作支持电解液(supportelectrolyte)或者也可作为溶剂。此外，电镀电解液可具有这些适宜溶剂的两种或多种的组合。此外，尽管也可使用其它有机溶剂，如酮、醛、烯烃、炔、醚、酰胺以及有毒的芳香族化合物，但是这些溶剂的毒性使得它们不受欢迎。[0020]可溶性金属盐溶解在这些溶剂中。这些金属盐包括金属醇盐如乙醇盐、丙醇盐、异丙醇盐、丁醇盐及其相应的卤化物、磷酸盐、碳酸盐以及其它在电沉积期间，能够在阴极提供被还原金属离子的无机和有机化合物。该金属盐可单独存在，或可使用其它盐以及它们的混合物。[0021]在代表性方法中，用于电沉积的目标金属为那些不容易从含水溶液电镀的金属。目标金属的实例包括铝、钛、钽、锆、钼、钨、铌、锇、铪、镁以及这些金属的任意组合的合金，或者来自于溶解在上述溶剂中的盐的其它金属。[0022]在电镀液中，金属盐的浓度可为在电沉积的操作温度下各金属盐在溶剂中的饱和浓度的5％-100％。还可将导电添加剂如草酸、磷-->酸以及其它低分子量有机酸添加到这种电镀电解液中。在本文中，低分子量意味着200g/mol或者更低。可单独或组合添加增加溶剂电导率、且可溶解在这样的溶剂中的任意有机或无机化合物。例如，在乙醇中，下面的副产物是可溶的：氢氧化钠、硼酸、氯化铵、碳酸钙、碘化钠、氟化铵、硝酸铝、硬脂酸盐或氢氯酸盐、氯化铝、磷酸铝和磷酸铝钾。[0023]最小化电解液污染可改善粘附力和涂层性能。电镀电解液的污染可导致沉积物不均匀、多孔、粘结(galling)、点蚀、起泡以及甚至导致根本不沉积。有多种方式抑制或最小化电解液被空气、水或溶液或者电沉积副产物污染。可利用电解液过滤和控制气氛(例如在封装镀液处)来协助维持电沉积浴的正确操作。例如，可在分子筛上连续过滤电镀电解液以最小化水的污染。用于该应用适宜的分子筛为3埃分子筛。在另一个实施例中，至少在金属在基底上电沉积期间，在电镀液上保持惰性气氛。该惰性气氛可例如通过保持同电镀液接触的气氛基本上无氧和无水来最小化被氧和本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属的电沉积方法，该方法包括：制备电镀液，该电镀液包括溶解在无水、非芳香有机溶剂中的可溶金属盐和有机添加剂的混合物；以及在阴极电流下，在导电基底上自该电镀液电沉积该金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-3-5 60/451,631;US 2004-3-4 10/791,8351.金属的电沉积方法，该方法包括：制备电镀液，该电镀液包括溶解在无水、非芳香有机溶剂中的可溶金属盐和有机添加剂的混合物；以及在阴极电流下，在导电基底上自该电镀液电沉积该金属。2.权利要求1的方法，其中该可溶金属盐为金属醇盐。3.权利要求2的方法，其中该金属醇盐选自金属乙醇盐、丙醇盐、异丙醇盐、丁醇盐、相应的卤化物、磷酸盐和碳酸盐及其混合物。4.权利要求1的方法，其中该金属选自铝、钛、钽、锆、钼、钨、铌、锇、铪、镁及其合金和组合。5.权利要求1的方法，其中该无水、非芳香有机溶剂为低分子量非芳香溶剂。6.权利要求1的方法，其中该无水、非芳香有机溶剂为醇或胺。7.权利要求6的方法，其中该醇具有多于一个OH官能团。8.权利要求1的方法，其中该无水、非芳香有机溶剂选自乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、2-丁醇以及乙醇胺。9.权利要求1的方法，其中可溶金属盐在电镀液中的浓度为在电沉积的操作温度下，该金属盐在无水、非芳香有机溶剂中的饱和浓度的5％-100％。10.权利要求1的方法，包括将导电添加剂加入到电镀液中以提高溶剂的电导率。11.权利要求10的方法，其中导电添加剂为低分子量的有机固体。12.权利要求10的方法，其中导电添加剂为草酸、柠檬酸、柠檬酸铵或金属的氯化物、五氯化物、四氯化物、或在电镀液中可溶的有机或无机化合物。13.权利要求1的方法，包括在分子筛上连续过滤该电镀液，并至少在电沉积期间，在电镀液上保持惰性气氛。14.权利要求13的方法，其中惰性气氛使得同电镀液接触的气氛保持基本上无氧和无水。15.权利要求1的方法，包括使电镀液分成分离的阴极电解液室和阳极电解液室，该阴极电解液室和阳极电解液室由膜隔开。16.权利要求1的方法，包括搅拌该电镀液或者搅拌被电镀的部件。17.权利要求1的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：YM赫努塞特，
申请(专利权)人：环球爱奥尼克斯公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]