關(guān)于甲基磺酸體系電鍍鉛錫合金工藝的探討

向興海

（中國(guó)振華集團(tuán)永光電子有限公司 貴州貴陽 550000）

關(guān)于甲基磺酸體系電鍍鉛錫合金工藝的探討

向興海

（中國(guó)振華集團(tuán)永光電子有限公司 貴州貴陽 550000）

為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的號(hào)召，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，提高鍍層工藝質(zhì)量，采用甲基磺酸體系進(jìn)行電鍍鉛錫合金的工藝在目前得到了廣泛應(yīng)用。本文主要介紹了甲基磺酸體系電鍍鉛錫合金工藝，并對(duì)鍍液成分和鍍層關(guān)系變化進(jìn)行了研究，根據(jù)研究結(jié)果對(duì)工藝規(guī)范進(jìn)行了確定，以期能為相關(guān)從業(yè)人員提供借鑒意義。

甲基磺酸；電鍍鉛錫合金；工藝探討

1 鉛錫合金電鍍?cè)?/h2>

從合金電鍍?cè)矸治鲋锌芍婂冦U錫合金時(shí)，二者各自的金屬離子析出電位需保持十分接近，才能在共同放電的作用下電鍍出鉛錫合金鍍層，根據(jù)電極過程定理：要實(shí)現(xiàn)在幾種金屬離子同時(shí)在陰極放電共沉積，提升合金鍍層的性能，其關(guān)鍵因素在于其沉積電位需十分接近。公式如下：

式中：金屬離子標(biāo)準(zhǔn)電極電位用ψ°表示；

金屬放電離子活性用a表示；

超電壓用η表示；

從公式分析可得，當(dāng)兩種金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位ψ1°、ψ2°大致上相等，但極化值η1、η2又較低時(shí)，兩種金屬離子在陰極上可共沉積。對(duì)鉛、錫合金而言，其的標(biāo)準(zhǔn)電位分別為：鉛-0.126V，錫-0.14V，其標(biāo)準(zhǔn)電位差值僅為0.014V；鉛、錫的電化當(dāng)量分別為3.866g/Ah、4.024g/Ah，二者也相當(dāng)接近，因此為鉛錫合金共沉積提供了良好的數(shù)據(jù)支持，在不含強(qiáng)酸性電解液中可以共沉積出來，因此在鍍液中電鍍處理得到理想的鉛錫合金比較容易。

電鍍鉛錫合金工藝中，較為常見的方法為氟硼酸鹽鍍鉛錫合金工藝，而無氟鍍工藝則主要包括甲基磺酸體系和檸檬酸酸鹽-醋酸鹽體系。目前針對(duì)于甲磺酸體系的研究較多，對(duì)電鍍后廢水處理進(jìn)行綜合考慮后，烷基鏈應(yīng)盡可能縮短，保證溶液化學(xué)耗氧量值處于最低水準(zhǔn)，因此采用甲基磺酸和相應(yīng)體系作為電鍍材料比較成功。

2 甲基磺酸鉛錫合金電鍍?cè)囼?yàn)

2.1 鍍液參數(shù)

鍍液成分為：20～30g/LSn2（+甲基磺酸錫加入），10～20g/LPb2（+甲基磺酸鉛加入），100～140g/L甲基磺酸，40mL/L氯苯甲醛。操作控溫18～35℃，Jc=2～4A/dm2，沉積速度為1.5μm/min（Jc=3A/dm2），陰極移動(dòng)攪拌，禁用空氣攪拌避免Sn2+氧化。陽極材料和鍍液金屬離子組成比例以及合金鍍層鉛錫合金含量比例相符，置入聚丙烯布袋進(jìn)行保護(hù)，防治陽極材料對(duì)鍍液造成污染，陰陽面積比例保持在1：2，試驗(yàn)和分析藥品均為化學(xué)純，溶液樣品洗滌或配制用蒸餾水。

2.2 鍍液覆蓋能力測(cè)定

采用內(nèi)控法進(jìn)行測(cè)定，以規(guī)格為準(zhǔn)10mm×100mm的薄壁紫銅管在陽極平行方向進(jìn)行垂直吊掛，電流密度控制在4A/dm2，吊掛15min后橫向切開通關(guān)，對(duì)內(nèi)控鍍層長(zhǎng)度進(jìn)行觀察，鍍液覆蓋能力以內(nèi)壁鍍層長(zhǎng)度和管徑比值大小進(jìn)行確定，管內(nèi)若全部上鍍則說明鍍液覆蓋力好。

2.3 鍍層鉛錫合金含量測(cè)定

用王水加熱使鍍層完全溶解對(duì)鉛錫合金進(jìn)行電鍍?cè)嚇?，冷卻后移到容量瓶中稀釋，取10mL用濃氨水對(duì)pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到弱酸性標(biāo)準(zhǔn)，加入0.1mol/L的EDTA溶液后加熱到沸騰，讓鍍液各成分完全與EDTA溶液生成配合物，冷卻后加入30%的六次甲基四胺溶液以及二甲酚橙指示劑，以0.05mol/L硝酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液滴入EDTA溶液，直至溶液顏色由黃變紅，之后加入1gNH4F固體，搖勻后靜置5min，讓置換反應(yīng)充分發(fā)生，此時(shí)溶液由紅變黃，用硝酸鉛標(biāo)準(zhǔn)液滴定后釋放出EDTA至紅色，得到錫含量；加入10%抗壞血酸后溶液再次變黃，用硝酸鉛標(biāo)準(zhǔn)液滴定后釋放出EDTA至紅色，記錄所消耗的標(biāo)準(zhǔn)液量，EDTA加入總量減去過量錫和銅配位反應(yīng)的用量即為鉛含量。

2.4 工藝性能試驗(yàn)

2.4.1 鍍層外觀

鍍件外觀在天然散射光線下或無反射光的白投射光線下，鍍層外觀顏色呈灰白色，結(jié)晶細(xì)致平滑為外觀合格。

2.4.2 結(jié)合力

采用劃格法進(jìn)行試驗(yàn)，采用與鍍件相同的材料以及表面狀態(tài)，在同槽電鍍的試片上進(jìn)行劃格，間隙1mm左右，達(dá)到試片金屬基體，再以膠帶粘貼，用力撕下，觀察直線交叉劃格處，若鍍層無脫落、起皮現(xiàn)象說明鍍層與基體結(jié)合力良好。

2.4.3 穩(wěn)定性

試片涂布抗氧化劑進(jìn)行保護(hù)，靜置2個(gè)月后進(jìn)行焊接裝配試驗(yàn)，以潤(rùn)濕-平衡法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，采用鍍層焊接性檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，浸入表面潤(rùn)濕＞95%則符合標(biāo)準(zhǔn)，若試片基材為黃銅件，在鍍上鉛錫合金層前必須先鍍一層紫銅，避免高溫老化后降低焊性。

3 故障問題分析和解決對(duì)策

（1）以實(shí)際生產(chǎn)為例，在某次電鍍過程中，出現(xiàn)了灰色半光亮鍍層，在經(jīng)過X線檢查后測(cè)得鍍層厚度為2～3μm，錫含量98%，其余為鉛。對(duì)此，工作人員首先對(duì)鍍液成分以及陽極材料進(jìn)行檢查，均正常，然后用水砂紙對(duì)飛鈀銅排進(jìn)行打磨，擰緊掛具螺絲，但仍然會(huì)出現(xiàn)灰色半光亮不合格工件。在對(duì)飛鈀導(dǎo)電性能以及鍍槽導(dǎo)電性能進(jìn)行觀察后，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線飛鈀兩端導(dǎo)體為錐母，鍍槽兩端導(dǎo)電作為黃銅體，錐母落入槽兩端導(dǎo)電座時(shí)呈吻合式接觸，導(dǎo)電方式為一點(diǎn)式接通，隨著生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，間隙越來越大，從而降低了導(dǎo)電性能。在飛鈀錐母增加彈性銅簧片，以及在槽兩端鍍厚錫層后，解決了導(dǎo)電性差的問題，保證了鍍件質(zhì)量。

（2）在使用一段時(shí)間后，鍍液逐漸變成黃色渾濁液體，表明在高溫作業(yè)環(huán)境下，溶液中的Sn4+增大到一定量后，通過水解產(chǎn)生α-錫酸膠體，最后轉(zhuǎn)變?yōu)棣?錫酸乳白色膠體，并懸浮在鍍液當(dāng)中，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致大量Sn2+損失。因此，在鉛錫合金的電鍍操作時(shí)，必須定期加入絮凝劑和穩(wěn)定劑，并循環(huán)過濾，必要時(shí)還需加入專用活性炭進(jìn)行吸附處理。此外，經(jīng)常清洗鉛錫掛灰和陽極袋中的泥渣也很有必要，可延長(zhǎng)鍍液使用時(shí)間，保證鍍件表面光亮細(xì)致。

4 結(jié)束語

綜上，在甲基磺酸體系電鍍鉛錫合金的操作過程中，鍍液金屬離子濃度和主鹽含量對(duì)鍍件質(zhì)量有直接影響，通過對(duì)鍍液當(dāng)中的鉛、錫離子濃度進(jìn)行調(diào)配可得到不同的鉛錫比例合金鍍層。從上述工藝分析中可知，甲基磺酸體系電鍍鉛錫合金工藝較為簡(jiǎn)單，且只需控制到導(dǎo)電性并定期加入絮凝劑和穩(wěn)定劑，清洗陽極材料則可有效保證質(zhì)量，在今后的工業(yè)生產(chǎn)中將有廣泛的應(yīng)用前景。

[1]任秀斌，裘宇，吳水，等.被動(dòng)元件甲基磺酸鹽體系電鍍純錫[J].電鍍與涂飾，2015，34（19）：1123～1127.

[2]王志登，王洺浩，王熙禹，等.亞鐵離子對(duì)甲磺酸高速鍍錫溶液電化學(xué)行為及其鍍層的影響[J].電鍍與涂飾，2015，34（20）：1139～1144.

TQ153

A

1004-7344（2016）15-0228-01

2016-5-11

向興海（1979-），男，土家族，畢業(yè)于貴州大學(xué)化學(xué)系，從事半導(dǎo)體二極管、三極管、模塊等配套的零部件設(shè)計(jì)、研發(fā)、工藝技術(shù)工作。