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摘要：介紹了光亮硫酸鹽鍍錫液中各成分作用及其工藝流程，對錫鍍層變色的原因進行了分析。通過赫爾槽試驗研究了鍍液中各成分含量、操作條件及電源對鍍層外觀的影響。對實際生產(chǎn)中常見故障進行了排除。

關(guān)鍵詞：光亮硫酸鹽鍍錫；變色原因

1 前言

    光亮硫酸鹽鍍錫電流效率高，沉積速度快，可在室溫下工作，且原料易購，成本較低，同時錫鍍層柔軟、孔隙小，既可作表面裝飾性鍍層如代銀等，也可作可焊性鍍層。因此，光亮硫酸鹽鍍錫在電子工業(yè)和輕工業(yè)中應(yīng)用很廣泛。

    然而，其工藝中存在著二價錫易氧化及添加劑分解造成鍍液混濁及性能惡化、鍍層光亮區(qū)變窄等問題，故需對其進行改進。

2 鍍液各成分作用及工藝流程

2.1  鍍液中各成分作用

    光亮硫酸鹽鍍錫液主要成分為硫酸亞錫和硫酸，生產(chǎn)中其含量隨所采用的添加劑不同而不同。

2.1.1  鍍液中主要成分的作用

2.1.1.1  硫酸亞錫

    硫酸亞錫為主鹽，含量十般控制在40～100g/L。但生產(chǎn)實驗結(jié)果表明，高濃度硫酸亞錫雖然可以提高陰極電流密度，加快沉積速度，但使鍍液分散能力明顯下降，且使鍍層結(jié)晶粗、光亮區(qū)域變小，甚至大大縮短了鍍液的處理周期。

    SnSO₄含量控制在20～60g/L為宜，若取下限，可以通過加快鍍液循環(huán)速度及電極(陰極或陽極)移動速度等辦法進行“補償”，仍可鍍出優(yōu)良產(chǎn)品，但不宜過低。

2.1.1.2  硫酸

    硫酸具有降低亞錫離子的活性、防止其水解、提高鍍液導(dǎo)電性能及陽極電流效率等作用。當(dāng)硫酸量不足時，亞錫離子易氧化成四價錫。

    從動力學(xué)的觀點分析，當(dāng)有足夠的H₂SO₄時，可以減慢二價錫的水解，穩(wěn)定鍍液，實際生產(chǎn)中H₂SO₄含量一般在80～150mL/L。

2.1.2添加劑

    鍍錫光亮劑一般是由主光劑、輔助光亮劑、載體光亮劑復(fù)配制成。

2.1.2.1  主光劑

    酸性光亮鍍錫光亮劑的種類繁多，歸納起來可分為 兩大類：第1類主要是芳醛、芳酮、酯類及不飽和有機酸  烯的衍生物，第2類主要是西佛堿類(基本結(jié)構(gòu)單元為-CH=N—CH=CH-或-CH=CH-CH=N-)，由乙醛與鄰甲丙胺縮合而成，是酸性光亮鍍錫有效的增光劑，能單獨使用，也可與第l類光亮劑配合使用，當(dāng)與第1類光亮劑配合使用時，能顯著拓寬光亮區(qū)，有效消除鍍層白霧。

    有機光亮劑的光亮作用主要表現(xiàn)為在陰極上的吸附，陰極上的吸附過強或過弱均無法獲得理想的光亮鍍層。因為吸附太強，脫附電位太負，析氫嚴重，易形成針孔；吸附過弱時，脫附電位相對較正，鍍層結(jié)晶粗糙。只有適當(dāng)?shù)奈�附才能達到好的光亮效果。

所以，在配制組合光亮劑時，應(yīng)將吸附過強、適當(dāng)和過弱的添加劑有機配合使用，以達到吸附適度、吸附電位范圍較寬的目的，且各項組合量由實驗確定。目前可用作主光劑的有：芐叉丙酮、枯茗醛、二苯甲酮、O—氯苯甲醛等，其中芐叉丙酮常用。

2.1.2.2  輔助光亮劑

    因為主光劑均只能在某一電流密度范圍內(nèi)發(fā)揮光亮作用，所以單獨使用是不能獲得理想鍍層的，但是如果和輔助光亮劑配合使用就能起到協(xié)同效應(yīng)，從而使鍍層結(jié)晶細化、光亮電流密度區(qū)域進一步擴大。屬于這類添加劑的是脂肪醛和一些有機酸類，常用的有甲醛、丙烯酸、肉桂酸等。

2.1.2.3  載體光亮劑

    大多數(shù)有機光亮劑在水中的溶解度非常小，因而在陰極上被吸附的量也少，所以不宜單獨加入鍍液；有些有機光亮劑在電鍍過程中因發(fā)生氧化、聚合等反應(yīng)，容易從鍍液中析出。因此，如果要使光亮劑的效果得到充分發(fā)揮，就必須加入一些表面活性劑，利用其增溶作用來提高光亮劑在鍍液中的含量，這些表面活性劑稱為載體光亮劑，亦稱為分散劑。同時它還具有潤濕和細化結(jié)晶等功能。

    最早使用的載體光亮劑是一些陰離子表面活性劑，但是它們在陰極上的吸附較弱。后來又開發(fā)出非離子型表面活性劑，如聚氧乙烯、聚氧丙烯醚等，它們既具有潤濕分散作用，又具有抑制H2析出及Sn²⁺放電而使鍍層晶粒細化的作用。在上述分散劑中，OP乳化劑使用廣泛。

2.1.2.4  穩(wěn)定劑

    以硫酸亞錫為主鹽的酸性鍍錫液連續(xù)工作半個月就會發(fā)生混濁，難以鍍出合格產(chǎn)品，需加一定穩(wěn)定劑。

    常用的酸性鍍錫穩(wěn)定劑大多是Sn²⁺的絡(luò)合劑，如草酸、檸檬酸、酒石酸等，且復(fù)配比單獨使用效果好。另外，某種催化劑也有穩(wěn)定鍍液的作用，生產(chǎn)表明，在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，加入這種催化劑的鍍液能保持半年以上的時間清亮不濁。

2.1.2.5  絮凝劑

    至今還沒有一種穩(wěn)定劑：能長期保持鍍液穩(wěn)定、清澈透明，因此Sn4+不可避免產(chǎn)生。隨著Sn4+的積累，鍍液逐漸變渾，沉渣增加，鍍層光亮區(qū)變小、均勻性變差，甚至出現(xiàn)發(fā)暗、發(fā)花等現(xiàn)象，此時必須對鍍液進行絮凝劑處理。

    絮凝劑分無機和有機兩類，無機絮凝劑有各種鹽類、活性硅土等，有機絮凝劑可分為陰離子、陽離子、非離子3種。陰離子型絮凝劑主要有環(huán)氧胺系共聚物、聚乙烯亞胺、聚乙烯胺類衍生物等，陰離子型絮凝劑主要有聚丙烯酰胺水解物、聚丙烯酰胺、磺酸鈉類等，非離子型絮凝劑主要有聚丙烯酰胺、脲—醛聚合物等。

    聚丙烯酰胺和無機絮凝劑配合使用效果非常好，對鍍液的性能無任何影響，但沉降速度太慢，長達48 h以上。環(huán)氧胺系共聚物的效果較好，但過量使用對鍍液有一些影響，嚴重時影響鍍層光亮度，但沉降速度特別快，一般在2h之內(nèi)可完全沉淀下來(使用時切忌過量)。

2.2  工藝流程

    酸洗除油等前處理→純水洗→鍍高Pb-Sn合金個自來水洗→純水洗→鍍錫→自來水噴洗→中和(Na₂HPO₄+Na₃PO₄)→自來水噴洗→浸硬脂酸→自來水噴洗→熱純水浸洗→烘干。

3 錫鍍層變色的原因及控制

    錫具有銀白色的外觀，化學(xué)穩(wěn)定性高，在大氣中耐氧化不易變色，與硫化物不起反應(yīng)，與硫酸、鹽酸、硝酸及一些有機酸等溶液也幾乎無反應(yīng)，即使在濃硫酸、濃鹽酸中也要在加熱條件下才能緩慢反應(yīng)。但錫鍍層容易變黃，原因及控制應(yīng)從以下幾個方面考慮：

(1)銅錫擴散層的增厚與時間呈線性關(guān)系，增加中間層(阻擋層)能根除由于銅錫擴散而引起的變色。中間層可選擇鎳鍍層、高鉛及錫合金等，其中以高Pb-Sn合金最佳。這是由于鎳中間層雖能阻止銅錫擴散，但不能阻止表面錫層的氧化，經(jīng)高溫處理后，其可焊性急劇下降，而Pb-Sn作為中間層時，Pb能擴散到Sn層，形成的Pb-Sn合金可降低熔點，提高潤濕力，有利于焊接。

(2)變色與鍍層的表面狀態(tài)有關(guān)。由于析氧及鍍液被污染等原因，鍍層將不可避免產(chǎn)生針孔，而針孔里的殘酸如果清洗不凈，也將引起變色。

(3)變色與清洗方式及清洗水質(zhì)有關(guān)，采用純水加噴淋，對鍍層變色有很大的抑制作用。

(4)變色與光亮劑在鍍液中的含量有關(guān)。有時候為了追求鍍層外觀，最大限度地添加光亮劑，但適得其反，鍍層很容易變色，這可能是由于光亮劑較多夾雜在鍍層中，有機物的含量隨之增加而引起的。以芐叉丙酮為主光劑的工藝里，它在鍍液中的正常含量為0.4～0.6g/L，但如果將其含量提高到0.8～1g/L時，鍍層帶米黃色，放置一段時間之后，則出現(xiàn)“麻點”，因此，在生產(chǎn)中切忌過量添加光亮劑。

(5)近年來市場上出現(xiàn)了一些商品化錫專用“防變色劑”，其價格昂貴，筆者曾多次用過許多供應(yīng)商提供的產(chǎn)品，但效果甚微，“防變色劑”不能解決問題，但發(fā)現(xiàn)所有“防變色劑”有一個共性：使用時必須加熱至60～80℃，且脫水效果特別好。

(6)雖然不能使鍍層長時間不“變色”，但只要工藝控制得當(dāng)、流程安排合理，在一定的時間范圍內(nèi)，可以做到讓其不變色。

4 鍍錫工藝條件的研究

    試驗裝置為赫爾槽，試片為紫銅片或黃銅片，其表面一定要平滑，最好拋光，以便正確判定鍍層外觀質(zhì)量。4.1  鍍液中成分含量對試片鍍層外觀的影響

4.1.1  SnSO₄含量對鍍層外觀影響

鍍液組成及操作條件：

    H₂SO₄                 100ml/L

    GH-1穩(wěn)定劑            50ml/L

    GH-2開缸劑            60ml/L

    I                      1.5 A   

    t                       5 min

    θ                     (20±2)℃

    由圖l可知，SnSO₄含量變化對鍍層外觀的影響不大。一般隨SnSO₄含量的提高鍍液分散能力下降，鍍層色澤偏黃，結(jié)晶變粗。SnSO₄的最佳含量為20～60g/L。

4.1.2 H₂SO₄含量對鍍層外觀影響

鍍液組成及操作條件   

    SnSO₄                    40g/L

    GH-1穩(wěn)定劑                50mL/L

    GH-2開缸劑                60mL/L

    I                         1.5 A   

    t                         5 min

    θ                         (20±2)℃

    由圖2可知，H₂SO₄含量的變化對鍍層外觀無明顯影響。

4.1.3 GH-1穩(wěn)定劑含量對鍍層外觀影響

鍍液組成及操作條件：   

    SnSO₄                       40g/L

    H₂SO₄                       80mL/L

    GH-2開缸劑                  60mL/L

     I                           1.5 A

    t                            5 min

    θ                           (20±2)℃

    從試驗可知，GH-1穩(wěn)定劑含量的變化對鍍層外觀影響不大。含量偏低，鍍液走位性相對較差；含量高，對鍍層無明顯影響。

鍍液組成及操作條件：

   SnSO₄                     40g/L

   H₂SO₄                     80mL/L

   GH-1穩(wěn)定劑                50mL/L

   I                          1.5 A

   t                          5 min

   θ                         (20±2)℃

    從試驗結(jié)果可知，GH-2開缸劑含量變化對鍍層外觀的影響較大。GH-2開缸劑含量在30～50mL/L時，鍍層外觀隨開缸劑的增大，光亮區(qū)逐漸擴大；在50mL/L時，試片低電流區(qū)l～2cm呈半光亮，高電流區(qū)0～0.5cm處燒焦，其余均呈光亮銀白色；在70～90mL/L時，試片鍍層外觀隨開缸劑的增加，光亮區(qū)逐漸縮小，漏鍍面積逐漸擴大；在70mL/L時，低電流區(qū) 10～9.5 cm處有漏鍍現(xiàn)象；在90mL/L時，試片10～5cm范圍內(nèi)全部漏鍍。

4.2 操作條件對鍍層外觀的影響

4.2.1  電流對鍍層外觀的影響

鍍液組成及操作條件

    SnSO₄                     40g/L

    H₂SO₄                     80mL/L

    GH-1穩(wěn)定劑               50mL/L

    GH-2開缸劑               60mL/L

    t                          5 min

    θ                        (20±2)℃

    電流分別是0.8A、l.0A、1.5A、2.0A、2.5A。

    從試驗結(jié)果可知，電流對鍍層外觀的影響較大。電流在0.8～1.5 A內(nèi)，鍍層光亮區(qū)隨電流的增加逐漸增大；在1.5A時試片10～9cm處呈半光亮狀，9～0cm處呈光亮狀；電流在1.5～2.5 A內(nèi)，鍍層光亮區(qū)隨電流的增加逐漸變窄；在2.5A時試片0～3cm被燒焦，3～9cm處呈光亮狀，9～10cm處呈霧狀光亮。

4.2.2  溫度對鍍層外觀的影響

鍍液組成及操作條件

    SnSO₄                        40g/L

    H₂SO₄                        80mL/L 

    GH-1穩(wěn)定劑                  50mL/L

    GH-2開缸劑                  60mL/L

    I                            1.5 A

    t                             5 min

    溫度分別為：10℃、30℃、30℃、40℃、50℃。

    從試驗結(jié)果可知，溫度的變化對鍍層外觀有明顯的影響。溫度在10～30℃內(nèi)，鍍層外觀無明顯變化；溫度在30℃以上時鍍層隨溫度升高，光亮區(qū)變窄，色澤變黃；在50℃以上時，只能得到灰白無光的鍍層。

4.3 電源對試片外觀的影響

操作條件及鍍液組成為：

    SnSO₄                      40g/L

    H₂SO₄                      80mL/L

    GH-1穩(wěn)定劑                50mL/L

    GH-2開缸劑                60mL/L

    θ                         (20±2)℃

    I                          1.5 A

    t                          5 min

謝謝了�。�！