锡镀层变色的原因分析及解决

锡镀层变色的原因分析及解决肖鑫(湖南工程学院化学化工系，湖南湘潭4ll101)关键词：镀锡；变色中图分类号：TQ153．13；TG174．44文献标识码：Bl前言锡镀层具有良好的耐蚀性、可焊性和装饰性，既可作装饰性镀层，也可作可焊性镀层，在一定范围内可作代银镀层，且对人体的毒性极小，因此在电工、电子、食品罐头以及轻工业等部门应用广泛。然而，锡镀层在生产和储存过程中，常发生变色现象(包霉变、长须等)，严重影响锡镀层的装饰和焊接性能。其原因主要是：锡镀层与腐蚀介质如大气中水份、氧、二氧化硫、氨气、氯化氢等接触发生腐蚀，要防止锡镀层变色，必须对镀锡零件的制造工序、电镀工序和环境条件等影响因素加以综合控制，尽可能推迟锡镀层变色的时间【1．2】。笔者从理论和实践的角度对锡镀层变色的原因进行了探讨，并提出了一些有效的解决办法，供同行参考。2零件制造工序的控制2．1基材的选择电镀加工过程中，零件的表面缺陷极容易使酸、碱、盐等腐蚀介质渗入其中，很难清洗干净，零件镀锡后会慢慢向外渗出，直接导致锡镀层变色。因此，镀锡零件在制造前，必须对基体材料进行选择，尽可能选用表面状况较好的材料，对表面存在微孔、夹杂、凹坑、点蚀、裂纹等宏观粗糙不平的材料，应尽可能不采用，如果要采用，必须进行碾压、切削、研磨及抛光等处理，把材料表面存在的缺陷最大限度地消除掉，以减少因此而产生的锡镀层变色现象。2．2制造工序的控制2．2．1机加工零件在制造过程中加工方法选择不当，容易造成应力集中区域；酸洗除锈、化学抛光时很容易产生过腐蚀；工序间防锈不当会造成零件表面新的腐蚀缺陷；这些均可能导致锡镀层孔隙率增加，为锡镀层变色创造条件：因此，除了选用表面状况较好的材料外，还要采用减少应力集中的机加工方法，如从上至下的切削、从左至右或从右至左的研磨抛光；选用能最大限度地消除表面缺的加工方法，对零件表面有裂纹、微孔、凹坑等缺陷，可采用补焊填平，再精车；对有焊渣、结瘤的零件则采用精车、打磨予以消除；工序间防锈采用置换型防锈油为佳。2、2．2焊接如果零件需要焊接，焊接处要平整光滑，不能留有焊缝、焊孔，否则电镀过程中腐蚀介质渗入其内，无法清洗干净，直接导致锡镀层变色。2、2．3热处理镀锡零件热处理不当，表面合金元素产生偏析，或形成碳化物等不导电结晶点，使锡镀层孔隙增加；另外，热处理时未将表面较厚的油污除去，烧结成油垢后，很难清除干净，气体极易附着其上，形成多孔隙锡镀层。为了减少锡镀层孔隙率，建议对需热处理的零件采用下述工艺流程：机加工一化学除油一热PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion水洗一流水洗一钝化一干燥一热处理一电镀。3电镀工序的控制3．1镀前处理的控制镀前处理工艺选择不合理、操作不当，零件表面残留有油污、锈蚀点、灰尘或表面新的缺陷，均使锡镀层孔隙率大幅度增加，导致锡镀层易变色。因此一定要加强镀前处理的控制，零件入镀锡槽前必须彻底除去表面油污、氧化膜或锈蚀物。为此要切实做好以下几点：3．1．1工艺的选择采用合理的镀锡工艺流程，确保镀锡层质量。①对于钢铁件采用工艺流程为：化学除油一热水洗一流水洗一酸洗除锈一两次流水洗一电解除油一热水洗一流水洗一活化一流水洗一氰化镀铜(或预镀镍)一回收一流水洗一镀锡一流水洗一10％Na3P04溶液脱有机膜一流水洗一去离子水洗一钝化一去离子水洗一热去离子水烫干一干燥一检验一成品包装。②对于铜质件采用工艺流程为：化学除油一热水洗一流水洗一化学抛光一两次流水洗一活化一流水洗一镀锡一后处理(同钢铁件)。3．1．2前处理工艺的维护为了保证前处理质量，去油液、酸洗液或化学抛光液要定期加料，酸洗液和化学抛光液要定期更换。对于钢铁件酸洗液要严防铜杂质的危害。3、2电镀工序的控制3．2．1原材料和添加剂的选择镀锡操作、槽液维护不当，均可能使锡镀层质量低劣、孔隙率高，为锡镀层变色创造条件。因此必须严格控制好电镀工艺。首先要把好原材料关，选用性能优良的原材料和添加剂，选用具有良好分散能力和覆盖能力的镀锡溶液，所得锡镀层结晶细致，厚度均匀，孔隙少；对于酸性镀锡来说，镀液的稳定性对锡镀层变色影响较大，镀液稳定性差，镀液易变浑浊，形成的锡镀层粗糙多孔，极易蕴藏腐蚀介质而使锡镀层变色。因此必须选择好稳定剂，使镀液能长时间地保持澄清，笔者研制了一种高稳定性镀锡工艺，加入稳定剂XL一97BE3』，镀液能长时间地保持澄清。酸性镀液使用的光亮剂要有较高的浊点。在镀液工作温度下不能变浑浊，否则光亮剂析出夹杂在镀层内而使镀锡层变黄。3．2．2工艺条件的控制按工艺规范控制温度和电流密度，电流密度过大析氢加剧，零件表面产生条纹。甚至镀层疏松，导致零件存放期间极易变色；温度过高，对酸性镀锡液来说，添加剂易析出，镀锡层易泛黄。3．2．3加强槽液的维持①控制添加剂的用量，添加剂的补加要本着少加勤加的原则，以免有机杂质过多夹杂在镀层中，导致锡镀层发暗、孔隙增多；②防止异金属杂质的干扰，零件掉入槽内要及时捞出，阳极铜挂钩一律不能浸入镀锡液中，锡阳极要有足够的纯度，槽液必须定期净化处理，以减少异金属杂质和机械杂质在锡镀层中夹杂，形成微电池而腐蚀镀层；③控制好镀液中锡离子浓度，锡离子浓度过低，镀层易粗糙，特别是Dk较大时，易造成杂质夹杂，在粗PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion糙表面易滞留电解质溶液，形成微电池腐蚀而使镀层变色。3．3镀后处理工序的控制【4】镀后清洗不充分、后处理操作不当，导致锡镀层表面质量较差，可能加速锡镀层变色，因此必须对镀后处理工序从严控制。3．3．I酸性镀锡后处理酸性镀锡液中含有多种表面活性剂作为光亮剂的载体，其作用是增大阴极极化，细化结晶，但镀后锡镀层表面形成一层有机薄膜，如不除去这层膜，锡镀层易泛黄变色，因此酸性镀锡后必须设置一道去膜工序，一般采用10％Na3PO4溶液脱有机膜。镀后清洗要彻底，必须将残留液及腐蚀介质清洗干净，最后两道水洗采用去离子水或蒸馏水清洗，避免水中氯离子附着在锡镀层上而使其变色。3．3．2碱性镀锡后处理高温碱性镀锡后，采用两道以上的热水清洗，彻底洗净碱液，再两道流动水洗。清洗干净的零件必须烘干，且要干透、凉透，未干透的锡镀层，水份滞留其表面，使锡镀层产生SnO·xH20变成黄褐色。镀锡后一定要立即清洗，在空气中暴露时间过长，造成清洗困难，锡镀层易变色。另外，水洗中增加一道钝化工序(铬酸50g／L，硫酸l～2g／L，室温浸渍l5～20S)，可大大提高锡镀层的防变色性能。4环境条件的控制环境条件的控制包括合理选择镀锡零件包装用材料和涂料、降低贮存库房的相对湿度、控制有害气体的侵蚀。①对于存放镀锡零件的包装箱应避免使用挥发性气氛与锡不相容的涂料和包装材料；②电镀生产场地应有良好的通风条件，减少酸雾浓度；③贮存镀锡零件的库房要与电镀现场完全隔离，并远离化工、热电车间，以减少各类有害气体的侵蚀；④搞好成品库房的通风，有条件的可安装吸湿机，使仓库始终保持一定的相对湿度；⑤对于需要较多时间贮存的镀锡零件，应尽量缩短其在空气中的暴露时间，尽快进行封存处理。⑥电镀后的操作如检验、包装、搬运过程中，要避免零件相互磕碰、划伤，注意保持锡镀层和钝化膜层的完整性；⑦不要徒手接触零件，以免将手汗、油污以及其它腐蚀物粘附在锡镀层上，加速锡镀层变色。5结束语锡镀层变色的原因是多方面的，需要控制的因素较多，只要抓住每一个环节，严格控制每个步骤，就一定能将锡镀层变色现象降低到最低限度。参考文献：[1]徐振海．光亮锡基镀层泛黄问题探讨[J]．上海电镀，1992，(2)：2．[2]郑如定．酸性镀锡变色原因的初步探讨[J]．材料保护，2OOO，33(4)：l8．[3]肖鑫，龙有前，郭贤烙，等．高稳定性酸性光亮镀锡工艺研究[J]．腐蚀与防护，2001，22(9)：392．[4]陈其忠，等．333例电镀故障排除法[M]．上海：上海科学技术文献出版社，1988．PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion