趙平堂*,凌文丹

(鶴壁汽車工程職業(yè)學(xué)院汽車零部件功能材料研究中心,河南 鶴壁 458030)

汽車端子表面酸性鍍硬化錫工藝

趙平堂*,凌文丹

(鶴壁汽車工程職業(yè)學(xué)院汽車零部件功能材料研究中心,河南 鶴壁 458030)

介紹了一種用于汽車端子表面處理的酸性鍍硬化錫工藝,配方和工藝條件為:硫酸亞錫35 ～ 50 g/L,濃硫酸100 ～ 120 mL/L,硬化劑Z 15 ～ 25 mL/L,開缸劑P 30 ～ 40 mL/L,溫度15 ～ 25 °C,陰極電流密度2 ～ 5 A/dm2,滾速6 ～ 8次/min,連續(xù)過濾.介紹了工藝參數(shù)控制和鍍液維護(hù)的注意事項(xiàng).所得硬化錫層呈光亮、均勻的銀白色,結(jié)晶致密,耐蝕性、插拔力和防變色能力均合格.

銅;黃銅;電鍍;硬化錫;耐蝕性;插拔力

汽車端子主要采用黃銅或青銅材料,在潮濕或高溫的環(huán)境下容易氧化變色,導(dǎo)致接觸電阻升高而影響端子導(dǎo)電性.錫是銀白色金屬,無毒,具有良好的焊接性、導(dǎo)電性、延展性及防護(hù)性[1].為了解決端子的氧化問題,一般會在汽車端子上電鍍抗氧化性能力強(qiáng)及導(dǎo)電性好的錫防護(hù)層[2].然而由于錫鍍層硬度較低、摩擦因數(shù)大,其在提高端子防護(hù)能力的同時,也提高了電鍍端子的插拔力,使端子裝配的難度加大.另外,以黃銅作為基體時,錫鍍層容易在鋅擴(kuò)散時發(fā)生變色,因此黃銅基體鍍錫前需預(yù)鍍0.5 μm厚的銅或鎳鍍層[3].針對上述問題,筆者課題組研制了一種汽車端子酸性鍍硬化錫工藝,鍍層呈光亮、均勻的銀白色,延展性好,長時間存放仍可保持良好的焊接、防變色性能,同時鍍層硬度提高,摩擦因數(shù)降低,解決了汽車端子鍍錫后插拔力過大導(dǎo)致的裝配困難問題.該硬化錫鍍液穩(wěn)定、易控,無需添加穩(wěn)定劑,能滿足高強(qiáng)度連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求,適用于電子元器件、汽車接插件的連續(xù)電鍍生產(chǎn).

1 酸性鍍硬化錫工藝

1.1 工藝流程

該工藝主要針對銅及其合金,工藝流程為:陰極除油(Na3PO450 ～ 60 g/L,Na2CO330 ～ 40 g/L,水玻璃10 ～ 15 g/L,溫度50 ～ 60 °C,不銹鋼板陽極,陰極電流密度3 ～ 5 A/dm2,槽電壓10 ～ 12 V)→超聲波清洗→10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)硫酸活化→去離子水洗→鍍硬化錫→去離子水洗→5%磷酸鈉溶液中和(60 °C)→去離子水洗→60 °C去離子水洗→超聲波清洗→烘干.黃銅件鍍錫應(yīng)預(yù)鍍0.5 μm厚的銅或鎳.

1.2 電鍍硬化錫

硫酸亞錫35 ～ 50 g/L,濃硫酸100 ～ 120 mL/L,自制硬化劑Z 15 ～ 25 mL/L,自制開缸劑P 30 ～ 40 mL/L,溫度15 ～ 25 °C,陰極電流密度2 ～ 5 A/dm2,滾速6 ～ 8次/min,連續(xù)過濾.

1.2.1 鍍液配制

(1) 往洗凈的鍍槽中加2/3去離子水,緩緩加入所需量的濃硫酸,待溶液冷卻至40 °C后加入計(jì)量的硫酸亞錫,邊加邊攪拌使其溶解.

(2) 在不斷攪拌下加入計(jì)量的開槽劑P、硬化劑Z,加去離子水至規(guī)定體積并攪拌均勻.

(3) 待溶液冷卻至工藝溫度(夏天啟用制冷機(jī)),過濾溶液(清除原料中的不溶性雜質(zhì)).

(4) 經(jīng)2 ～ 4 h低電流密度(0.5 ～ 1.0 A/dm2)電解處理即可試鍍.

1.2.2 工藝條件控制和鍍液維護(hù)

(1) 硫酸鹽鍍錫對Cl-頗為敏感,一般Cl-的質(zhì)量濃度不能超過100 mg/L.應(yīng)采用去離子水配制和補(bǔ)充鍍液,采用活性炭處理時不能用含氯化鋅的活性碳,以防帶入Cl-.

(2) 錫陽極純度在99.9%以上,防止因陽極溶解而帶入過多雜質(zhì).

(3) 定期分析鍍液中的錫離子和硫酸濃度,及時補(bǔ)加,經(jīng)常通過赫爾槽試驗(yàn)檢驗(yàn)鍍層外觀和鍍液性能.

(4) 開槽劑P在配制鍍液及電鍍過程中加入,主要用于控制沉積速率,并維持鍍層成分平衡,實(shí)現(xiàn)鍍層結(jié)晶細(xì)致.開槽劑P的消耗量為150 ～ 300 mL/(kA.h).

(5) 硬化劑Z是一種金屬配合物,實(shí)現(xiàn)與錫共沉積,提高鍍層硬度,其消耗量為100 ～ 200 mL/(kA.h).

2 鍍層性能

2.1 外觀和微觀形貌

采用X射線測厚儀測得施鍍硬化錫2 min的黃銅基汽車端子表面的錫層厚度為1.05 μm,呈光亮、均勻的銀白色(見圖1).在FEI Sirion 200場發(fā)射掃描電子顯微鏡下觀察,鍍層結(jié)晶致密、無孔隙(見圖2).

圖1 電鍍硬化錫的汽車端子照片F(xiàn)igure 1 Photo showing the automotive electrical terminals electroplated with a hardened tin coating

圖2 硬化錫層的表面形貌Figure 2 Surface morphology of hardened tin coating

2.2 其他性能

按照汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 417-2001《車用電線束插接器》中的4.16條款和4.3條款,分別對0.5 μm銅/2.13 μm普通錫試樣(電鍍普通錫配方和工藝為:硫酸亞錫60 g/L,濃硫酸50 g/L,酚磺酸40 g/L,2-萘酚1 g/L,二羥基二苯砜5 g/L,溫度20 ～ 30 °C,陰極電流密度1 ～ 4 A/dm2,滾速6 ～ 8次/min,連續(xù)過濾)和0.5 μm銅/1.05 μm硬化錫試樣進(jìn)行48 h中性鹽霧(NSS)試驗(yàn)以及插入力和拔出力測定.另外,將兩種試樣同時放入150 °C的烘箱中保持12 h,通過加速擴(kuò)散來考察其防變色能力,結(jié)果列于表1.

表1 汽車端子表面電鍍普通錫與硬化錫的性能Table 1 Properties of common and hardened tin coatings electroplated on the surfaces of automotive electrical terminals

從表1可知,兩種試樣的插拔力和防變色能力合格.與0.5 μm銅/2.13 μm普通錫相比,0.5 μm銅/1.05 μm硬化錫的插入力及拔出力都更低,抗鹽霧腐蝕能力也更強(qiáng).

3 結(jié)語

采用酸性鍍硬化錫工藝處理的汽車端子的耐蝕性較電鍍普通錫有所提高,而且鍍層的厚度降低,生產(chǎn)成本降低,端子的插拔力也降低,降低了端子的裝配難度,防變色能力合格.目前該工藝已在天海集團(tuán)的電鍍生產(chǎn)中得到應(yīng)用.

[1] 《表面處理工藝手冊》編委會.表面處理工藝手冊[M].上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 1991.

[2] 趙平堂.甲基磺酸鹽SnPb合金電鍍在帶材電鍍中的應(yīng)用[J].材料保護(hù), 2000, 33 (3): 13-14.

[3] 趙平堂.黃銅基體鍍錫變色原因的分析[J].電鍍與環(huán)保, 2005, 25 (2): 44.

Acid hard tin electroplating process applied to surface of automotive electrical terminals

ZHAO Ping-tang*,LING Wen-dan

An acid hard tin electroplating process applied to surface treatment of automotive electrical terminal was introduced.The bath composition and process conditions are as follows: stannous sulfate 35-50 g/L, concentrated sulfuric acid 100-120 mL/L, hardening agent Z 15-25 mL/L, makeup P 30-40 mL/L, temperature 15-25 °C, cathodic current density 2-5 A/dm2, rolling rate 6-8 times per minute, and continuous filtration.Matters needing attentions in process parameters control and bath maintenance were described.The hardened tin coating obtained thereby is bright, uniform, and silvery white,and features compact grains and qualified corrosion resistance, mating/unmating force and anti-tarnish property.

copper; brass; electroplating; hardened tin; corrosion resistance; mating and unmating force

TQ153.13

B

1004 - 227X (2017) 19 - 1044 - 03

10.19289/j.1004-227x.2017.19.005

First-author's address:Hebi Automobile Engineering Professional College, Hebi 458030, China

2017-07-25

2017-09-25

趙平堂(1967-),男,河南濮陽人,博士,高級工程師,主要研究表面處理技術(shù)、汽車零部件功能材料.

作者聯(lián)系方式:(E-mail) zhaopingtang@126.com.

[ 編輯:周新莉 ]