向興海

（中國振華集團永光電子有限公司 貴州貴陽 550000）

關于甲基磺酸體系電鍍鉛錫合金工藝的探討

向興海

（中國振華集團永光電子有限公司 貴州貴陽 550000）

為了響應國家節(jié)能減排、保護環(huán)境的號召，同時降低生產成本，提高鍍層工藝質量，采用甲基磺酸體系進行電鍍鉛錫合金的工藝在目前得到了廣泛應用。本文主要介紹了甲基磺酸體系電鍍鉛錫合金工藝，并對鍍液成分和鍍層關系變化進行了研究，根據研究結果對工藝規(guī)范進行了確定，以期能為相關從業(yè)人員提供借鑒意義。

甲基磺酸；電鍍鉛錫合金；工藝探討

1 鉛錫合金電鍍原理

從合金電鍍原理分析中可知，電鍍鉛錫合金時，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，根據電極過程定理：要實現在幾種金屬離子同時在陰極放電共沉積，提升合金鍍層的性能，其關鍵因素在于其沉積電位需十分接近。公式如下：

式中：金屬離子標準電極電位用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，當兩種金屬的標準電極電位ψ1°、ψ2°大致上相等，但極化值η1、η2又較低時，兩種金屬離子在陰極上可共沉積。對鉛、錫合金而言，其的標準電位分別為：鉛-0.126V，錫-0.14V，其標準電位差值僅為0.014V；鉛、錫的電化當量分別為3.866g/Ah、4.024g/Ah，二者也相當接近，因此為鉛錫合金共沉積提供了良好的數據支持，在不含強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。目前針對于甲磺酸體系的研究較多，對電鍍后廢水處理進行綜合考慮后，烷基鏈應盡可能縮短，保證溶液化學耗氧量值處于最低水準，因此采用甲基磺酸和相應體系作為電鍍材料比較成功。

2 甲基磺酸鉛錫合金電鍍試驗

2.1 鍍液參數

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，置入聚丙烯布袋進行保護，防治陽極材料對鍍液造成污染，陰陽面積比例保持在1：2，試驗和分析藥品均為化學純，溶液樣品洗滌或配制用蒸餾水。

2.2 鍍液覆蓋能力測定

采用內控法進行測定，以規(guī)格為準10mm×100mm的薄壁紫銅管在陽極平行方向進行垂直吊掛，電流密度控制在4A/dm2，吊掛15min后橫向切開通關，對內控鍍層長度進行觀察，鍍液覆蓋能力以內壁鍍層長度和管徑比值大小進行確定，管內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定

用王水加熱使鍍層完全溶解對鉛錫合金進行電鍍試樣，冷卻后移到容量瓶中稀釋，取10mL用濃氨水對pH值進行調節(jié)，達到弱酸性標準，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硝酸鉛標準溶液滴入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，讓置換反應充分發(fā)生，此時溶液由紅變黃，用硝酸鉛標準液滴定后釋放出EDTA至紅色，得到錫含量；加入10%抗壞血酸后溶液再次變黃，用硝酸鉛標準液滴定后釋放出EDTA至紅色，記錄所消耗的標準液量，EDTA加入總量減去過量錫和銅配位反應的用量即為鉛含量。

2.4 工藝性能試驗

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，結晶細致平滑為外觀合格。

2.4.2 結合力

采用劃格法進行試驗，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行劃格，間隙1mm左右，達到試片金屬基體，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、起皮現象說明鍍層與基體結合力良好。

2.4.3 穩(wěn)定性

試片涂布抗氧化劑進行保護，靜置2個月后進行焊接裝配試驗，以潤濕-平衡法標準進行，采用鍍層焊接性檢測儀進行檢測，浸入表面潤濕＞95%則符合標準，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策

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

（2）在使用一段時間后，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，通過水解產生α-錫酸膠體，最后轉變?yōu)棣?錫酸乳白色膠體，并懸浮在鍍液當中，此時會導致大量Sn2+損失。因此，在鉛錫合金的電鍍操作時，必須定期加入絮凝劑和穩(wěn)定劑，并循環(huán)過濾，必要時還需加入專用活性炭進行吸附處理。此外，經常清洗鉛錫掛灰和陽極袋中的泥渣也很有必要，可延長鍍液使用時間，保證鍍件表面光亮細致。

4 結束語

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鍍件質量有直接影響，通過對鍍液當中的鉛、錫離子濃度進行調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單，且只需控制到導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量，在今后的工業(yè)生產中將有廣泛的應用前景。

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

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TQ153

A

1004-7344（2016）15-0228-01

2016-5-11

向興海（1979-），男，土家族，畢業(yè)于貴州大學化學系，從事半導體二極管、三極管、模塊等配套的零部件設計、研發(fā)、工藝技術工作。