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种学
硫酸盐电镀锡添加剂的探讨
尹国光,肖海明,曲仕文,张辛浩
(泉州师范学院化学与生命科学学院,福建泉州362000)
摘要]目前,硫酸盐镀锡使用的添加剂易使镀液不稳定、变质、多泡,为此,从镀液变黄和变浊时间以及pH值
等方面,筛选合适的稳定剂和不同光亮剂组合,研究其对镀液性能的影响。用电化学工作站测试钒酸盐含量对镀
锡溶液开路电位以及苄叉丙酮和复合添加剂含量对镀液阴极极化曲线的影响。通过划痕试验、弯曲试验、热震试
验和盐雾试验检测了添加剂对镀液和镀层性能的影响。结果表明:当钒酸盐含量为0.05g/L时,镀锡溶液开路电
位明显提高,添加1次能维持镀液70d不变黄,90d不浑浊;当苄义丙酮含量为0.10g/L,复合添加剂含量为2.3
g/L时,吸附电位范国在-0.78~-0.53V,阴极极化度提高,获得镜面光亮锡镀层的电沆密度范国为0.5~5.0
A/dm2;优化添加剂后阴极电流效率为93%,沉积速度为92um/h,镀层孔隙率为0.063个/em2,24h中性盐雾试
验为10级,结合力合格;该锬锡添加剂能还原镀液中的溶解氧和Sn2,有效抑制Sn2+的氧化,细化镀层结晶。
〔关键词]电镀锡;光亮剂;稳定剂;钒酸盐;苄叉丙酮;极化曲线
中图分类号]TQ153
[文献标识码]A[文章编号]1001-150(2011)06-0001-04
0前言
对比试验、电化学测试和正交试验筛选出了镀锡添加
剂,显著提高了镀锡溶液稳定性,增加了镀层的光亮
纯锡镀层无毒、易焊接、延展性好、导电性好、耐蚀性
优,具有润滑、减磨和密封功能山,被广泛用于食品、电字性,且镀液不易浑浊,泡沫很少,电流密度范围较宽,可
电器及机械行业。甲基磺酸盐电镀锡溶液稳定,可在较室温下工作,镀层细致光亮,结合力优良。
髙电流密度下操作23),但生产成本高,不利于大规模推
试验
广。硫酸盐镀锡工艺生产成本低,原料易得,镀液无毒,
电流效率髙,镀层细致,可焊性好,应用广泛。
基材处理
目前所使用的添加剂易使镀液性能不稳定、变浑
基材为A3钢,尺寸为40.0mx40.0mmx0.8
浊、泡沫多、光亮区电流密度范围较窄。普通硫酸亚錫mm。前处理工艺流程:一次除油一→热水洗一冷水洗一→
镀液很不稳定,在常温下敞开放置几天后就开始变浑,酸洗→冷水洗→二次除油→热水洗→冷水洗一活化
不到10d就完全浑浊,出现黄色沉淀,再也不能镀出合冷水洗→去离子水洗。其中,一次除油为50g/LINT
格的产品?。用不含添加剂的酸性镀锡溶液,由于10化学除油粉,65~70℃,时间5min;二次除油为35
Sna2+的交换电流密度大,只能镀出疏松、粗糙、树枝状g/ L NAOH,30g/LNa2CO3,40g/ L Na, PO,?12H20
或海绵状镀层;在强酸性溶液中很难找到可以大幅度gLOP-10,温度80~8℃,时间5min;酸洗采用1:1
抑制金属离子电沉积的配位剂。而加人有机添加剂在的HCI;活化采用145g/LH2S04溶液;中和液为10%
结晶生长点上有选择地吸附可以抑制结晶生长,促进
晶核生成,获得平整、光亮的镀层?。本工作通过老化1.2镀锡工艺
[收稿日期]2010-11-29
基础镀液配方:40g/ L Snso4,154g/LH12S04。其
基金项日]福建省泉州师范学院硕士学位授予权立项学中加人稳定剂(5种)、光亮剂(由甲醛、苄叉丙酮和复
科建设项目资助
合添加剂组成)适量后,以温度10~35℃,阴极电流密
通信作者]尹国光,副教授,从事电镀、化学复合镀研究,度0.5~5.0Adm2,阳极为9.9%的锡板,带电入槽,
电话:13505943416,E-mail:ys090163.com阴极移动进行电镀。
1.3性能测试
3)光亮剂性能的评定通过正交试验确定主要
1.3.1镀液
影响因素和各组分的含量。用霍尔槽测试不同光亮剂
(1)稳定性分别用34号无色广口瓶盛100mL组合对溶液性能的影响。试验温度为28~30℃。用
镀液,敞口放置于恒温水浴锅内,溶液温度为25~26
分制对各项结果进行评分。镀液无明显析氢为10
℃,记录镀液开始变为淡黄色或变混浊所需的时间。分,镀层镜面光亮为10分,镀层从低区到高区全光亮
pH值测量用PHS-3C数字酸度计进行。
为10分,试片镀层完整(无露底)为10分。
(2)沉积速度霍尔槽250mL,黄铜试片100.02结果与讨论
mmx0.0mmx0.2mm,电流为1A,时间为3min;阴
极电流密度为3A/dm2,用称重法测定。用铜库仑计法
2.1稳定剂对镀液稳定性的影响
测定阴极电流效率。
硫酸盐镀锡溶液使用或放置一段时间后,一般会
(3)阴极极化曲线用CH60C型电化学工作站先变黄,然后变浑浊、产生白色胶状沉淀,导致镀液电
采用三电极体系进行测量,研究电极为A3钢,面积为阻增加、分散能力降低、镀层光亮性差。硫酸盐镀锡溶
3.8m2,辅助电极为铂电极,面积为25m2,参比电极液变浑油主要是由于Sn2“的氧化及Sn(部分Sn"“来
为饱和甘汞电极(SCE)。参数设置:初始电位为-0.4自锡阳极的溶解)的水解,溶液中形成了难溶的β-锡
V,终止点位为-1.0V,扫描速度为10mV/s。
酸。刚形成的B-锡酸易与Sn2'反应生成一种黄色
1.3.2镀层
复合胶体,然后转变为白色βB-锡酸沉淀。这些不易
(1)镀层结合力镀层厚度为10m。通过划痕沉降、不易过滤、无法回收的胶状沉淀,导致光亮区变
试验、弯曲试验和热震试验检测?。
窄,镀层性能恶化?。因此,必须添加镀液稳定剂,要
(2)孔隙率及耐蚀性按QB/T3823-99中“1贴求稳定剂能提高Sn2“的抗氧化能力或对Sn2,Sn4'有
滤纸法”测试孔隙率。按CB/T10125-1997测试镀层配位能力,且没有其他副作用。石油瞇、钒酸盐、抗坏
的耐中性盐雾NSS试验性能,阴极电流密度为2血酸、聚乙二醇酒石酸5种稳定剂对镀液稳定性的影
Mdm2,锡镀层厚度均为10um。
响见表1(各镀液中含5mL/L甲醛)。
表1稳定剂对镀锡液恒沮静置稳定性的影响
镀液种类
7
(石油歴)/(ml.?l.
200.00
p(钒酸盐)/(g1
0.05
p(抗坏血酸)/(g-.1)
p(聚乙二醇)/(g:1-')
八(消石酸)/(g?L"
p(苄义内)/(g….
的(复合添加剂)/(ml.-.)
40.00
p俏(h后)
pH值(24h斤)
0.]2
0.13
pH值(48h后)
0.03
0).04-0.04-0.05-0.03-0.04-0.04
pH值(84d后
0.03
0.02
0.02
0.0
0.01
(变色)/o
(黄)10(黄)104黄)7(红)15(黄)1(黄)71(黄
75(黄)
r(变浑浊)/d
13
121
16
30
104
表1显示,所有镀液的pH值都随静置时间的延长黄,比镀液1延长3d。这是由于密封减缓了空气进入
而略有提高:48h内变化较大,提高0.16左右;48h后镀液的速度,使镀液中溶解氧减少