文档介绍：电镀工艺学
第六章电镀锡
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概述
锡(Sn)是银白色金属,,,熔点232℃,维氏硬度HV 12,, 25 ℃时Sn2+/Sn的标准电势为-。
锡的化学稳定性高,在大气中耐氧化不易变色,与硫化物不起反应,几乎不与硫酸、盐酸、硝酸及一些有机酸的稀溶液反应,即使在浓盐酸和浓硫酸中也需加热才能缓慢反应。
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25 ℃时Sn2+/Sn的标准电势为-,在电化序中比铁正,故锡镀层对钢铁来说通常是阴极性镀层。但在密封条件下,在某些有机酸介质中,锡的电势比铁负,成为阳极性镀层,具有电化学保护作用。
总的来说,锡具有抗腐蚀、耐变色、无毒、易钎焊、柔软、熔点低和延展性好等优点,所以,电镀锡的应用非常广泛。
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因此,基于优良的延展性、抗蚀性,无孔锡镀层的主要用途是作为钢板的防护镀层。金属锡柔软,富有延展性,故轴承镀锡可起密合和减摩作用;汽车活塞环和气缸壁镀锡可防止滞死和拉伤。
密封条件下,在某些有机酸介质中,锡的电势比铁负,成为阳极性镀层,具有电化学保护作用。同时由于锡离子及其化合物对人体无毒,锡镀层广泛用于食品加工和储运容器的表面防护。
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在电子工业中,利用锡熔点低,具有良好的可焊接性、导电性和不易变色,常以镀锡代镀银,广泛应用于电子元器, 连接件、引线和印制电路板的表面防护。铜导线镀锡除提高可焊性外,还可隔绝绝缘材料中硫的作用。
锡镀层还有其它多种用途,如将锡镀层在232℃以上的热油中重熔处理后,可获得光亮的花纹锡层(冰花镀锡层),常作为日用晶的装饰镀层。
在某些条件下,锡会产生针状单晶“晶须”,会造成电路短路,另外,在低温环境中,锡容易发生“锡疫”,转变为粉末状的灰锡。在锡中共沉积铅、铋、锑等可以防止以上事情发生。
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由于电镀锡层薄而均匀,能大大节约世界紧缺的锡资源,因而电镀锡得到迅速发展。据统计,目前电镀锡钢板占镀锡钢板总产量的90%以上。
镀锡溶液有碱性及酸性两种类型。
碱性镀液成分简单并有自除油能力、镀液分散能力好、镀层结晶细致、孔隙少、易钎焊,但是需要加热、能耗大、电流效率低,镀液中锡以四价形式存在、电化当量低,镀层沉积速度比酸性镀液至少慢一倍,且一般为无光亮镀层。
以亚锡盐为主盐的酸性镀液具有平整光滑、可镀取光亮镀层、电流效率接近100%、沉积速度快、可在常温下操作、节能等优点,其缺点是分散能力不如碱性镀液,镀层孔隙率较大。
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我国20世纪80年代以前几乎都采用高温碱性镀锡工艺。20世纪80年代以来,随着光亮剂的不断开发,使酸性光亮镀锡获得迅速发展。因其适用范围很宽,既可用于电子工业和食品工业制品的镀锡,也适合其它工业用的板材、带材、线材的连续快速电镀,故其产量远大于碱性镀锡,已趋于主导地位。
酸性镀锡
目前工业上应用的酸性镀锡液主要有硫酸盐镀液、氟硼酸盐镀液、氯化物—氟化物镀液、磺酸盐镀液等几种类型。
以硫酸亚锡为主的硫酸盐镀液在目前应用最为广泛,其镀层质量良好、沉积速度快、电流效率高、镀液的分散能力好、原料易得、成本低。
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氟硼酸盐镀液可采用高的阴极电流密度,沉积速度快,耗电少,镀液分散能力好,镀层细密光亮,可焊性好,常用于钢板、带及线材的连续快速电镀,但成本较高,特别是存在BF4-对环境的污染,所以应用受到限制。
有机磺酸盐镀液也是一种高速镀锡溶液,最大优点是镀液稳定性好、对环境无氟化物污染,是近年来酸性镀锡领域研究的热点之一。
氯化物-氟化物镀液为一种高速镀锡溶液,连续生产线的生产效率可达400m/min~600m/min,20年前在国外主要用于带材的高速电镀。由于氯离子对设备的腐蚀及氟离子对环境的污染问题,未能得到广泛应用。
本节将主要以硫酸盐镀锡为例介绍酸性镀锡的镀液各成分作用及工艺特点。
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(1)镀液成分及操作条件硫酸盐镀锡液主要成分为硫酸亚锡及硫酸,因采用的添加剂不同可形成各种配方,下表列出了国内部分硫酸盐无光亮镀锡(暗锡)和光亮镀锡的配方及操作条件。
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表8-1 硫酸盐无光亮镀锡和光亮镀锡工艺规范
成分及操作条件
无光亮镀锡
光亮镀锡
1
2
3
4
5
6
硫酸亚锡 Sn /g·L-1
40~55
60~100
45~60
40~70
50~60
35~40
硫酸H2SO4 /mL·L-1
60~80
40~70
80~120
140~170
75~90
70~90
β-萘酚/ g·L-1
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明胶/ g·L-1
1~3
1~3
酚磺酸/ mL·L-1
60~80
40%甲醛HCHO / mL·L-1
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OP-