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电镀锡锌合金

放大字体  缩小字体发布日期:2013-04-02  浏览次数:2622
核心提示:锡锌合金镀层对钢铁基体来说是阳极性镀层,具有电化学保护作用。锡锌合金有似银一样的外观,是理想的代镉镀层,具有优异的耐蚀性和抗冲击性。

锡锌合金镀层对钢铁基体来说是阳极性镀层,具有电化学保护作用。锡锌合金有似银一样的外观,是理想的代镉镀层,具有优异的耐蚀性和抗冲击性。各种大气腐蚀和人工加速腐蚀试验结果表明:在大气中除海岸地区外,耐蚀性均比镉镀层优良;在盐雾试验中优于锌,与镉相当;工业环境气体试验中耐蚀性超过锌和镉。锡锌合金还具有其他许多优良功能:①含锡75%~85%的锡锌合金钎焊性良好,经钝化后,长时间放置其性能不变;②接触电阻低;③不易产生“长毛”现象;④镀层柔软,与基体结合力好,容易点焊,镀后加工性好;⑤在与铝零件接触的条件下,不容易形成腐蚀电偶。

含锌量为20%~30%(质量分数)的锡锌合金镀层耐蚀性最高。锡锌合金镀层结晶细致,无孔隙,在二氧化硫气氛中,也具有良好的耐蚀性。镀层经铬酸盐钝化处理,可进一步提高其耐蚀性,但含高锡量的合金镀层钝化比较困难。

由于锡锌合金镀层具有诸多优良的特性,既可用作防护性镀层,又可用作功能性镀层,具有广泛的用途,常用于电气、电子产品,汽车、飞机零件,工具和紧固件。

早先锡锌合金都是从氰化物-锡酸盐镀液中电沉积得到的,20世纪60年代后相继开发了柠檬酸盐、焦磷酸盐、葡萄糖酸盐和氟硼酸盐等镀液。

一、氰化物电镀锡锌合金

采用氰化物镀液电镀锡锌合金成分稳定,镀液分散能力好,容易维护。

(一)合金电镀工艺规范

氰化物电镀锡锌合金工艺规范见表4—3—14。

表4—3—l4氰化物体系锡锌合金电镀工艺规范

氰化物体系锡锌合金电镀工艺规范

(二)镀液成分和工艺规范的影响

1.主盐

通常使用锡酸钾或锡酸钠以提供Sn4+,用氰化锌或氧化锌提供Zn2+。由于镀液中的锡比锌难以沉积,所以镀液中Sn4+的含量必须远大于Zn2+的含量。随镀液中含锡量的增加,镀层中含锡量上升。

2.氢氧化钾(钠)

随着镀液中氢氧化钾(钠)含量的增加,镀层含锌量增加。当氢氧化钠含量在8g/L~12g/L范围内变化时,镀层含锌量比较稳定,含锌量大致在25%(质量分数).左右。氢氧化钠(钾)含量过高或过低时,镀层含锌量都将随氢氧化钠(钾)含量的增加而迅速增加。

3.氰化钾(钠)

CN一是Zn2+的络合剂,因此,氰化物含量过低时,使锌沉积时的阴极极化降低,并降低分散能力和覆盖能力,使镀层结晶粗糙。游离氰化物过低时,对镀层组成有一定的影响。在正常情况下,镀液中的锡和锌的含量每周调整一次即可,氰化物和氢氧化物最好每天进行分析调整。

4.工作温度

随着镀液温度的升高,镀层含锡量增加。镀液温度不宜过高,超过70℃就会剧烈分解,严重污染环境。若温度过低,则电流效率下降很多,温度最好控制在65℃左右。

5.阴极电流密度

随着电流密度的提高,镀层含锌量减少。对于碱性氰化物来说,电流密度对镀层成分含量的影响较小,但也必须注意尽量控制在工艺范围之内。

6.阳极

锡锌合金阳极可采用与镀层相同组分的锡锌合金阳极。对于多数电镀部件来说,电镀锡锌合金能够保证镀层厚度和组成的均匀性,但对于有深孔的部件,则内孔镀层含锌量下降,耐蚀性降低,此时需采用象形阳极。

在氰化物镀液中,为了使锡以Sn4+的形式溶解防止Sn2+的增加,阳极需保持半钝化状态,为此通常需对阳极进行预处理。先将阳极浸在镀液中,然后阴极带电人槽,电解一段时间,电解的槽压比正常电压高2V左右,这样就可以在阳极上形成一层阳极膜。在表面成膜后,阳极外观有显著变化,变成暗绿色或暗褐色。当阳极使用时间较长时,表面为黑色,其膜成为残渣进入溶液,它会降低镀层质量。这时需取出阳极,去掉残渣,然后按上述方法进行处理后再使用。电镀过程中,阳极逐渐变小,应及时更换。一般要求阳极面积为阴极面积的l.5倍~2.0倍。

二、无氰电镀锡锌合金

(一)柠檬酸盐电镀锡锌合金

在无氰电镀锡锌合金工艺中,柠檬酸盐电镀液应用得比较多。该镀液比较稳定,镀层中锡锌含量比较容易控制。柠檬酸盐电镀锡锌合金的工艺规范见表4—3—15。

表4—3—15工艺中使用柠檬酸或其盐为络合剂,配合辅助络合剂(酒石酸及铵盐)一同使用。若络合剂含量增加,合金镀层中锌含量增加;络合剂含量过低时,镀层中锌含量降低,且镀液的分散能力和覆盖能力下降。

为了使镀液中的Sn2+较长期地稳定存在,必须在镀液中加入稳定剂。通常可采用两种方法:一是在镀液中加入辅助络合剂,如抗坏血酸、苯酚、间苯二酚、甲苯磺酸、酒石酸、苹果酸、乙醇酸、乳酸、羟基乙酸及其盐(钠盐、钾盐或铵盐等);二是加入还原剂,如维生素以及分子结构中含有C==0、C==C及多-0H基团的化合物等。

表4—3—15柠檬酸盐电镀锡锌合金工艺规范

柠檬酸盐电镀锡锌合金工艺规范

为了得到结晶细致、平整和光亮的锡锌合金镀层,还必须加入光亮剂。柠檬酸盐体系中使用的光亮剂比较多,如明胶和蛋白胨等有机物以及其他有机物,也可用氧乙烯聚合物和乙烯基乙二醇或丙三醇与环氧的反应产物组成的可溶性混合物,还要加入适量的醛类化合物,如胡椒醛、香草醛等作为次级光亮剂。

(二)焦磷酸盐电镀锡锌合金

焦磷酸盐电镀锡锌合金的工艺规范见表4—3—16。

表4—3—16焦磷酸盐电镀锡锌合金工艺规范

焦磷酸盐电镀锡锌合金工艺规范

镀液中,焦磷酸亚锡(或硫酸亚锡)和焦磷酸锌(或硫酸锌)为主盐;焦磷酸钾是络合剂,还起导电盐的作用;明胶等为添加剂。

该镀液的分散能力好,镀层含锌量受电流密度的影响比较大,使用的电流密度范围比较窄。镀液pH值发生变化,焦磷酸盐易水解,产生正磷酸,长期使用后,由于正磷酸的积累,易产生沉淀,使镀液不稳定,维护困难。

(三)氟硼酸盐电镀锡锌合金

氟硼酸盐电镀锡锌合金的工艺规范见表4—3—17。

表4—3—17氟硼酸盐电镀锡锌合金工艺规范

氟硼酸盐电镀锡锌合金工艺规范

表4—3—17中所列的工艺l中,随着镀液中含锡量的增加、电流密度的提高及温度的降低,镀层中含锌量下降;温度过高或镀液中含锡量下降,会使镀层结晶粗糙。在工艺2中能得到光亮锡锌合金镀层,镀层表面平整,孔隙少,抗污染能力强。使用工艺3时,可得到含锡量为85%左右的锡锌合金镀层,多用于防护性镀层。

由于含氟化合物具有较大的毒性和腐蚀性,对环境有污染,且处理较麻烦,这是氟硼酸盐体系的主要缺点。

三、锡锌合金镀层的钝化处理

锡锌合金镀层的钝化处理相对较难,需用专门的钝化工艺。表4—3—18列出了用于锡锌合金镀层钝化的各种工艺。

锡锌合金镀层经铬酸盐钝化后可得到比较鲜艳的彩虹色钝化膜,外观均匀致密。若钝化后再经60℃~65℃老化15min~20min,可使钝化膜硬化,并提高膜层的结合力和耐蚀性。在钢铁件上电镀含锌量25%左右的锡锌合金镀层10μm,钝化膜经中性盐雾试验144h未出白锈,出红锈时间超过l000h。

经钼酸盐钝化得到的钝化膜外观呈蓝绿色,膜层较薄,耐蚀性不太好。

经钼酸盐电解钝化的钝化膜呈彩虹色,耐蚀性可通过72h的中性盐雾试验。

表4—3—18锡锌合金的钝化工艺规范

锡锌合金的钝化工艺规范

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