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电镀锡工艺条件对锡镀层孔隙率的影响
电镀锡工艺条件对锡镀层孔隙率的影响
邹美平',李兵虎,刘彪,郑振,李宁
(1.宝山钢铁股份有限公司,上海201900;
2.哈尔滨工业大学化工学院,黑龙江哈尔滨15000)
[摘要」为了提高镀锡板产品质量,降低生产成本,研究了电镀锡溶液组成、电流密度、温度等电镀工艺条件
对镀锡板孔隙率的影响。结果表明:镀锡液各成分对镀锡板孔隙率的影响次序是EN>PSA>ENSA>Sn2';最
优配方是5g/ L ENSA,5g/LEN,16g/LPSA,22g/LSn2';随着电流密度从0.5dmn2增加到3.0A/dmn2,电沉
积的锡晶粒度逐渐细化,孔隙率逐渐降低,至3.0Mdmn2时,锡晶粒度最小,孔隙率也最小;随着镀液温度的升
,二二
高,镀锡板铁溶出值(PHG)值先减小,后增大,在40℃附近出现了最小值
关键词]电镀锡;孔隙率;镀液组成;温度;电流密度
中图分类号]TQ153.113[文献标识码」A[文章编号」1001-1560(02012)11-0031-04
0前言
70.00mx60.00mm。基材前处理如下:碱洗(20
冷轧低碳薄钔板或钢带镀纯锡后具有无毒、美
30 g/L NAOH, 20-30 g/L Naco, 20 -30 g/L
观、耐腐蚀等特点,被广泛应用于食品、饮料等包装行aPO,?12H:2m,0て)→电化学破洗(10-20
业。目前,为了节材降低生产成本,都在适当降低镀 g/L Nao,0-40 gl Na CC,0-40g/LNu,PO,?
锡量,如此增加了其点蚀的可能性。因此,必须减少12H10,5Adm,1min,80℃)→电解酸洗(70gL
镀锡板的孔隙率,以増强其耐蚀性能。镀锡板的针孔H2S02,3Admn2,30s,35℃)
分为两类:一是通孔到达基体,二是仅在锡层上。孔1.2镀锡工艺优化及钝化
隙的大小主要受镀层及加热熔融形成的合金层
(FeSn2)的致密性的影响,而基板和镀层(电沉积初期
电镀锡工艺见表1。
份二
表1镀锡电镀工艺
镀层)都会影响合金层的生成。因此,锡沉积层的致
密性及均一性对减少孔隙显得尤为重要2?。
电镀液的成分对镀锡板的粗糙度有影响。初
pl Sn"(Sns, )1/(g-1.
期的锡沉积层的致密性及均一性还受电流密度、镀液
L苯酚碱酸(PSA)I/(gL
中Sn2及Fe2浓度(不能超过10g/L)、镀液温度、搅1-(6楽氧乙始)氧基-6-禁碳酸(ENSA/(L
拌条件等的影响。目前,对电镀工艺影响镀锡层孔
pLa-(10聚氧乙烯)氧基一茶(EN)/(g-L
隙率的研究尚未彻底,本工作针对低镀锡量镀锡层孔
隙率较大的情况,进行了深入的研究。
(A?d
0.5-6.0
试验
pH值
7-91
1.1基材前处理
基材采用低碳钢板(Stb32),尺寸为0.15mmx
采用4因素3水平进行正交试验,以便优化镀锡
[收稿日期]2012-06-20
的溶液组成,因素水平见表2。所有试验数据均采用
通信作者]邹美平(1969-),硕士,工程师,研究方向5平行;所用工艺条件:电流密度为2.8A/dm2,电镀
为冷轧电镀,电话:021-26641018,E-mail
时间为16s。为了保证试验结果相互间的可比性,电
zoumeiping@baosteel.com
镀所用的原板均属于同一批次生产。
8
电镀锡工艺条件对锡镀层孔隙率的影响
表2L,(3)因素和水平表
表4L(3)正交试验结果
水平P(ENSA)/p(EN)
p( PSA)
G-L )(E-L)(L) (G-L)
編号
P( ENSA)/P(EN)/p(PSA)/p(Sn")/PHG/
L
(g?L-)(gL.1)
11
702.9
100.7
373.1
615.0
镀锡后作软熔、钝化处理,钝化工艺见表3。
306.9
表3镀锡钝化工艺
669.1
工艺
参数
500.6
404.1
p( Na2 Cr: 0,2H,0)/(gL-1
9
218
H值
表5正交试验极差分析表
(ENSA)/ P(EN)/p(PSA)/p(Sm)/
(C?dm
水平
(g L
(g·L-)
2.7
1176,7
1818.4
811.8
1270.4
260
180.7
1392.2
1.3测试分析
392.2
606.1
592.0
409.3
S
530.4
270.6
311.3
(1)表面形貌采用4XC金相显微镜及S-570
374.3
き型扫描电子显微镜(SEM)观察原板表面软熔前后的
156.1
35.5
280.7
54.7
形貌。
注:(1)1.第i列上“1"”水平所对应的试验指标的数据之和,余类
(2)孔隙率采用铁溶出值(PHG值)表征镀锡
推;(2)K第i列同一水平出现的次数、其比值为对应的试验指标的
板的孔隙率,測试装置见图1:试样为平圆片,暴露面小值。
平均值;(3)R.第i列各水平对应的试验指标平均值中的最大值减
积25.5cm;先在1%碳酸钠溶液中清洗,清水冲洗,
图2为镀液各组分对镀锡层孔隙率影响的效应
一干燥;固定在瓶口上;电解液由30.0mL0.660mol/L曲线,由此可直观确定孔隙率最小的优化配方。
z KSCN +30.0 ml 0.435 mol/ CH, COOH +15.0 ml
650
1%H202+23.5mL纯水组成;(27.0±0.5)℃静置
C 600F ENS
550
15min;向瓶内加入50%(体积分数)H2SO4溶液;用
450
分光光度计于波长485nm下测定溶液中的铁含量,
350
以单位面积溶出铁的毫克数作为PHC值。PHG值越
300
大,孔隙率越高;反之,则孔隙率低。
123453456711151923222834
p/(g?L)
电解槽
图2镀液各成分对镀锡层孔隙率的影响
电解液
由表5及图2可知:4个因素对PHC值影响大小
密封
垫圈试样
螺套
次序是EN>PSA>ENSA>Sn2+;在考虑镀液稳定
压紧
性的同时,最终确定镀液优化组成:5g/LEN,5g/L
螺杆
ENSA,16g/LPSA,22g/LSn2'。镀锡层的PHG平均
图1铁溶出值测试装置示意
值为173.4mg/m2,与最优配方的第2组和第9组的
PHG平均值(分别为100.7mg/m2和218.2mg/m2
2结果与讨论
接近,是最优配方。
2.2电流密度对镀锡层孔隙率及形貌的影响
2.1镀液组成对镀锡层孔隙率的影响
2.2.1锡层孔隙率
表4为镀液组成对镀锡层PHC值的影响。由