电镀锡工艺学

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我国20世纪 年代以前几乎都采用高温碱性镀锡工艺 我国 世纪80年代以前几乎都采用高温碱性镀锡工艺。 世纪 年代以前几乎都采用高温碱性镀锡工艺。 20世纪 年代以来，随着光亮剂的不断开发，使酸性光亮镀 世纪80年代以来 世纪 年代以来，随着光亮剂的不断开发， 锡获得迅速发展。因其适用范围很宽， 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 食品工业制品的镀锡， 也适合其它工业用的板材、带材、 材的连续快速电镀，故其产量远大于碱性镀锡， 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。 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、 目前工业上应用的酸性镀锡液主要有硫酸盐镀液、氟硼 硫酸盐镀液 酸盐镀液、氯化物—氟化物镀液 磺酸盐镀液等几种类型 氟化物镀液、 等几种类型。 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， 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、 镀层质量良好、沉积速度快、电流效率高、镀液的分 散能力 原料易得、成本低。 好、原料易得、成本低。
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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， 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， 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。 锡钢板总产量的 ％以上。 镀锡溶液有碱性及酸性两种类型。 镀锡溶液有碱性及酸性两种类型。 碱性 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、 碱性镀液 成分简单并有自除油能力、 镀液分散能力好 、 成分简单并有自除油能力 镀层结晶细致、 孔隙少、 易钎焊， 但是需要加热、 能耗大、 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， 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。 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 以亚锡盐为主盐的 酸性镀液具有平整光滑 、 可镀取光 酸性镀液 具有平整光滑、 亮镀层、电流效率接近100％、沉积速度快、可在常温下操 亮镀层、电流效率接近 ％ 沉积速度快、 节能等优点， 其缺点是分散能力不如碱性镀液， 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。 孔隙率较大。
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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 硫酸亚锡 Sn /g·L-1 硫酸H 硫酸 2SO4 /mL·L-1 β-萘酚 / g·L-1 萘酚 明胶 / g·L-1 酚磺酸 / mL·L-1 40％甲醛HCHO / mL·L-1 ％甲醛 OP-21/ mL·L-1 组合光亮剂/mL·L-1 组合光亮剂 SS-820/ mL·L-1 SS-821mL·L-1 SNU-2AC光亮剂 光亮剂/mL·L-1 光亮剂 SNU-2BC稳定剂 mL·L-1 稳定剂/ 稳定剂 BH911光亮剂 mL·L-1 光亮剂/ 光亮剂 HBV3稳定剂 mL·L-1 稳定剂/ 稳定剂 温度/℃ 温度 ℃ 阴极电流密度/A·dm-2 阴极电流密度 搅拌方式 15～30 ～ 0.3～0.8 ～ 20～30 ～ 1～4 ～ 阴极移动 10～20 ～ 0.3～0.8 ～ 阴极移动 10～30 ～ 1～4 ～ 阴极移动 5～45 ～ 1～4 ～ 阴极移动 无光亮镀锡 1 40～55 ～ 60～80 ～ 0.3～1.0 ～ 1～3 ～ 2 60～100 ～ 40～70 ～ 0.5～1.5 ～ 1～3 ～ 60～80 ～ 4.0～8.0 ～ 6.0～ 6.0～10 4.0～20 ～ 15～30 ～ 0.5～1 ～ 15～20 ～ 20～30 ～ 18～20 ～ 20～22 ～ 8～40 ～ 1～4 ～ 10 阴极移动 3.0～5.0 ～ 3 45～60 ～ 80～120 ～ 4 40～70 ～ 140～170 ～ 光亮镀锡 5 50～60 ～ 75～90 ～ 6 35～40 ～ 70～90 ～
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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， 氟硼酸盐镀液 可采用高的阴极电流密度， 沉积速度快 ， 可采用高的阴极电流密度 耗电少，镀液分散能力好，镀层细密光亮，可焊性好， 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， 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BF 对环境的污染，所以应用受到限制。 是存在 4－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 ， 有机磺酸盐镀液 也是一种高速镀锡溶液， 最大优点是 也是一种高速镀锡溶液 镀液稳定性好、对环境无氟化物污染， 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。 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 为一种高速镀锡溶液， 氯化物 － 氟化物镀液为一种高速镀锡溶液 线的生产效率可达400m/min~600m/min，20年前在国外主 线的生产效率可达 ， 年前在国外主 要用于带材的高速电镀。 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。 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。 成分作用及工艺特点。
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(2) 硫酸
具有抑制锡盐水解和亚锡离子氧化、 具有抑制锡盐水解和亚锡离子氧化、提高溶液
导电性和阳极电流效率的作用。 导电性和阳极电流效率的作用。 当硫酸含量不足时， 离子易氧化成Sn 离子。 当硫酸含量不足时，Sn2+离子易氧化成 4+离子。它们在 溶液中易发生水解反应： 溶液中易发生水解反应： SnSO4 + 2H2O→Sn(OH) 2↓+ H2SO4 2SnSO4 +O2 + 6H2O → 2Sn(OH)4↓+ 2H2SO4 从上式可知，硫酸浓度的增加有助于减缓上述水解反应， 从上式可知 ， 硫酸浓度的增加有助于减缓上述水解反应 ， 但只有硫酸浓度足够大时才能抑制住Sn 的水解。 但只有硫酸浓度足够大时才能抑制住 2+和Sn4+的水解。 控制在1： 左右 左右。 通常把 Sn2+/H2SO4 控制在 ：5左右。同时要注意保持较 低的温度。 低的温度。
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1.硫酸盐镀锡 硫酸盐镀锡 (1)镀液成分及操作条件 硫酸盐镀锡液主要成分为硫 镀液成分及操作条件 酸亚锡及硫酸， 因采用的添加剂不同可形成各种配方， 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 下表列出了国内部分硫酸盐无光亮镀锡 暗锡)和光亮镀 暗锡 锡的配方及操作条件。 锡的配方及操作条件。
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镀液的一般配制方法是： 镀液的一般配制方法是：先边搅拌边将硫酸和酚磺酸 缓缓倒入去离子水或蒸馏水中， 缓缓倒入去离子水或蒸馏水中，水的体积大约为欲配制镀 液体积的1/2～ ，此过程是放热反应。 液体积的 ～2/3，此过程是放热反应。 然后在搅拌下缓 慢加入硫酸亚锡，待其完全溶解后，对溶液进行过滤。最 慢加入硫酸亚锡，待其完全溶解后，对溶液进行过滤。 后加入各种添加剂，加水至规定体积。其中， 萘酚要用 后加入各种添加剂，加水至规定体积。其中，β-萘酚要用 5～10倍乙醇或正丁醇溶解，明胶要先用适量温水浸泡使 ～ 倍乙醇或正丁醇溶解 倍乙醇或正丁醇溶解， 其溶胀，再加热溶解，将两者混合后， 其溶胀，再加热溶解，将两者混合后，在搅拌下加入镀液 中。市售的添加剂应按商品说明书添加。 市售的添加剂应按商品说明书添加。 配制好的镀液在使用前，应进行小电流通电处理。 配制好的镀液在使用前，应进行小电流通电处理。
总的来说，锡具有抗腐蚀、耐变色、无毒、易钎焊、 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， 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。 常广泛。
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因此，基于优良的延展性、抗蚀性， 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， 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； 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。 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， 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。 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， 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。 容器的表面防护。
电镀锡工艺学
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概述
锡(Sn)是银白色金属，相对原子质量118.7，密度7.3g/cm3， 是银白色金属，相对原子质量 ，密度 是银白色金属 熔点232℃，维氏硬度 熔点 ℃ 维氏硬度HV 12，电导率 ，电导率9.09MS/m， 25 ℃时Sn2+ ， 的标准电势为－ ／Sn的标准电势为－0.138V。 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 锡的化学稳定性高，在大气中耐氧化不易变色， 化学稳定性高 不起反应，几乎不与硫酸、盐酸、 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。 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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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
镀液各成分的作用 (1) 硫酸亚锡 主盐。 主盐。
在允许范围内采用上限含量可提高阴极电流密度， 在允许范围内采用上限含量可提高阴极电流密度， 增 加沉积速度；但浓度过高则极化程度低，分散能力下降、 加沉积速度；但浓度过高则极化程度低，分散能力下降、 光亮区缩小、镀层色泽变暗、结晶粗糙。 光亮区缩小、镀层色泽变暗、结晶粗糙。 浓度过低则允许的阴极电流密度减小，生产效率降低， 浓度过低则允许的阴极电流密度减小，生产效率降低， 镀层容易烧焦。滚镀可采用较低浓度。 镀层容易烧焦。滚镀可采用较低浓度。