甲烷磺酸盐电镀锡_铅合金工艺.docx

甲烷磺酸盐电镀锡 铅合金工艺蔡倩跃进汽车集团南京减振器厂 摘要 概述了甲烷磺酸盐 s n 、p b 和 s n - p b 合金电镀溶液的组成和应用 ,它可以取代传统的氟硼酸盐等镀液 ,有利于保护环境和提高产品质量 ,并适用于汽车和摩托车零部件的耐蚀性和可焊性镀层 。 abstract the constituent and application of methane sulfonate sn 、pb and sn - pb alloy electroplati ng bath are presented. it can substitute for conventional fl uoborate bath etc . ,and benefit envi ronment p rotection and p roduct quality i mp rovement. it can be applied tothe plati ng with corrosion resi stance and sol derability for automobile and motorcycle parts.叙词 :甲烷磺酸盐sn pb 合金耐蚀性可焊性sn pb alloyrelated terms :methane sulfonatecorrosion resistancesoldera bil ity层 。当镀液中 pb2 + 浓度为 0 时 ,即为纯 sn 溶液 ;当镀液中 sn2 + 浓度为 0 时 , 即为纯 pb 溶液 , 这样就可以 获得纯 sn 和纯 pb 镀层 。镀液中的游离酸浓度为 30250 g/ l 。随着镀层 中游离 msa 的提高 , 可以提高镀液的导电性和深镀能力 。然而由于酸度的提高 ,使得阳极溶解加快 ,镀 液中金属离子浓度提高 ,致使镀液分散能力下降 ,造 成镀层性能不良 。因此应根据不同组成的 sn - pb 比镀层 ,控制好镀液中的 msa 浓度 。sn 、pb 、sn - pb 合金镀液中使用的 msa 及其各 种盐类均有市售 , 表 1 中列举了市售的 msa 和各种 甲烷磺酸盐浓溶液的规格 , 可供用户使用时参考 。 甲烷磺酸盐类也可以自行配制 , 采用 sno 、pbo 或cuo 与 msa 溶液反应 , 即可配制出适当浓度的甲烷 磺酸盐浓溶液 。镀液中加入光亮剂 、晶粒细化剂和湿润剂之类 的添加剂 ,旨在获得平滑 、均匀致密的光亮或未光亮前言1由于 sn 、pb 和 sn - pb 合金镀层具有耐蚀性和可焊性等优良性能 , 已经广泛地应用于汽车和摩托 车用线材 、板材 、接插件 、蓄电池 、轴承和阀门等部件 中 。传统使用的 sn 、pb 和 sn - pb 合金镀液多为氟硼 酸盐镀液 , 这种镀液虽然具有镀层稳定 、沉积速度 快 、阳极和阴极效率高及镀层致密等优点 ,但也存在下列问题 :a . 镀液容易侵蚀镀件基材中的含 si 或 ti 的成份 , 影响产品品质 ; b. 废水处理困难 , 易造成环 境污染 , 处理成本高 ; c . 镀液容易侵入人体骨质 , 产 生水肿 、肾炎和肝脏病变等疾病 ; d. 镀液腐蚀性大 , 容易腐蚀电镀装置 。鉴于氟硼酸盐镀液存在的问题 , 人们一直致力 于取代氟硼酸盐镀液的研究 , 其中以烷基磺酸盐或 烷醇基磺酸盐 sn 、pb 和 sn - pb 合金镀液的研究较 为成功 。随着我国电镀业的发展和环境保护管理的 加强 , 正在开发并推广的烷基磺酸盐 sn 、pb 和 sn -pb 合金镀液已成功地应用于印制板 、电子元件 、半 导体晶体管和接插件等电子部件以及轴承 、阀门 、蓄 电池 、线材和板材等机械部件中 。表 1甲烷磺酸及其盐类的浓溶液规格( 20 ) ,g/ cm3名称浓度 ,g/ l50 %msamsa ( 100 %) = 6131. 225 70 %msa msa ( 100 %) = 945 1. 350 2工艺简述甲烷磺酸盐镀液由甲烷磺酸 ( msa) ch3 so3 h、甲sn2 + = 120sn2 + = 1501. 2301. 2851. 3901. 4501. 5602 +sn ( ch3 so3 ) 2sn = 200烷磺酸锡 sn ( ch3 so3 ) 2 、甲烷磺酸铅 pb ( ch3 so3 ) 2 和添加剂等组成 。sn - pb 合金镀液中的 sn2 + 与 pb2 + 浓度之比近 似地等于 sn - pb 合金镀层中的 sn 与 pb 之比 , 因此 可以通过调整镀液中的 sn2 + 与 pb2 + 浓度的比例 , 来 获得 sn 与 pb 之比为 9 : 1 6 : 4 的 sn - pb 合金镀2 +sn = 240sn2 + = 300pb2 + = 200pb2 + = 450pb2 + = 5001. 6301. 700pb ( ch3 so3 ) 2cu ( ch3 so3 ) 2cu2 + = 1001. 260 16 汽车工艺与材料蔡倩 :甲烷磺酸盐电镀锡 铅合金工艺镀层 , 改善镀液的均镀能力 。镀液中的添加剂不应该有任何程度的分解 , 以免镀层吸留有机物而产生 可焊性或耐蚀性方面问题 。成都爱你精化公司合成 的 al - 为未光亮添加剂 ,其浓度为 3050 ml/ l , al - a 和 al - b 为光亮添加剂 , 其浓度分别为 2045 ml/ l 和 1020 ml/ l 。 在甲烷磺酸盐镀液体系乃至其它的镀液体系中 , 值得关注 sn2 + 的氧化问题 。由于 sn2 + 氧化成 sn4 + , 降低了 sn2 + 浓度和 sn 沉积速度 , 改变了 sn - pb 合金镀层的 sn/ pb 比 。当 sn4 + 累积到一定浓度时 ,还会生成胶体残渣 ,结果产生粗糙镀层 。因此镀 液中必须加入防氧化剂 , 以便抑制镀液中的 sn2 + 氧 化成 sn4 + ,适宜的防氧化剂有 hcho 等 。镀槽 、泵和过滤器等电镀装置可以由聚乙烯 、聚 丙烯 、聚氯乙烯或玻璃等材料制成 ;加热或冷却系统可以由耐蚀性衬里材料 (如无孔碳) 或聚四氟乙烯制 成 ; 阳极为纯 sn 、纯 pb 、各种 sn - pb 合金板或镀铂 的钛 ( pt/ ti) 等材料 。镀 液 温 度 为 15 35 , 阴 极 电 流 密 度 约 为0. 525. 0 a/ dm2 。镀液搅拌可以采用阴极移动或旋 转方式 ,切不可采用空气搅拌 ,以防止 sn2 + 氧化 。sn 、pb 和 sn - pb 合金镀前处理 、电镀和镀后处理程序如下 :去油 热水洗 流水洗 50 %hcl 溶液酸洗 两级流水洗 3 %naoh 溶液中和 流水 洗 电 镀cu ( cu 镀 件 可 免 ) 两 级 流 水 洗 10 %msa 溶 液( 70 %) 酸性活化 中镀 sn 、pb 、sn - pb 合金 三级水洗 5 %10 %na3 po4 溶液 ,6090 时中和 两 级流水洗 干燥 。3镀液配方和工艺条件3. 1 镀液配方表 2 为电镀不同比例的 sn/ pb 的镀液配方 。a . 电镀 sn例 1 的纯 sn 镀液适用于滚镀 、挂镀和高速卷绕镀 , 这种镀液可以在较宽的电流密度范围内操作 , 可获得平滑 、均匀致密的光亮镀 sn 层 。当温度较高时 , 允许使用较高的电流密度和线 速度 ,适用于电镀线材 、带材或板材 。b. 电镀 pb例 2 的纯 pb 镀液适用于电镀轴承 、连接器 、镀 cr 用的阳极 、阀 、蓄电池用的密封圈和零件等 。因为镀 pb 层质地较软 ,建议采用慢速滚 镀 ( 1220 r/ mi n) ,以防止镀件相互粘连 。c . 电镀 7sn/ 93pb从例 3 镀液中可以获得较硬于纯 pb 镀层的 7sn/ 93pb 的 sn - pb 合金镀层 , 适用于电镀轴承和密封垫圈等部件 。由于 7sn/ 93pb 镀 层依然较软 , 建议采用慢速滚镀 ( 1220 r/ mi n) , 以 防止镀件相互粘连 。d. 电镀 90sn/ 10pb从例 4 镀液中可以迅速地沉积 90sn/ 10pb 的平滑 、光亮或未光亮 (因添加剂而不同) 的 sn - pb 合金镀层 , 适用于线材或带材的 高速卷绕镀作业 。e . 电镀 10sn/ 88pb/ 2cu从例 5 镀液中可以表 2电镀不同比例的 sn / pb 的镀液配方sn ( ch3 so3 ) 2pb ( ch3 so3 ) 2hcho ( 37 %) ml/ lmsag/ l镀液温度阴极电流密度a/ dm22 +2 +(以sn 计)g/ l(以 pb 计)g/ l阳极22545( 90145)0例1 :电镀sn01521 450. 525. 0纯sn()2002504064( 5570)64( 5570)3( 24)70( 6575)8( 610)10( 812)例2 :电镀 pb例3 :电镀7sn/93pb例4 :电镀90sn/10pb例5 :电镀10sn/88pb/ 2cu例6 :电镀60sn/40pb21350. 54. 0纯 pb()3050404. 5( 45)1020300. 54. 07sn/ 93pb( 3050)225( 200250)40( 3050)225( 200250)225( 200250)21( 1725)4. 5( 45)16( 1220)16( 1220)1520500. 525. 090sn/ 10pb10sn/ 8pb/ 2cu 或10sn/ 90pb 或纯 pb60sn/ 40pb1020350. 54. 01520300. 525. 0例7 :高速镀60sn/ 40pb1520300. 525. 060sn/ 40pb注 : 1. 各浓度数值中括号内数据为浓度范围 。2. 例 5 镀液配方中还含有 cu ( ch3 co3 ) 2 ,浓度为 (以 cu2 + 计) 1. 0 g/ l ( 0. 81. 2 g/ l) 。1999 年第 1 期 17 蔡倩 :甲烷磺酸盐电镀锡 铅合金工艺获得 10sn/ 88pb/ 2cu 的 sn - pb - cu 三元合金镀层 ,适用于电镀套筒轴承的衬里 , 可以具有比 7sn/ 93pb的合金镀层较大的耐疲劳性 。均匀致密 、附着性好的光亮 、未光亮镀层 ;d. 镀层中的 pb 含量随着镀液中的 pb2 + 浓度变 化而变化 ,可以通过调整镀液中的 pb2 + 浓度 ,获得适 合各种用途的 sn - pb 合金镀层 ;e . 镀液中不含氟或酚类等有害物质 , 不会污染环境 ,对操作人员不会构成伤害 。f . 电镀 60sn/ 40pb例 6 和例 7 的镀液具有优良的分散性 。可以在较宽的电流密度范围内获得平滑 、均匀致密的光亮或未光亮 60sn/ 40pb 的 sn - pb 合金镀层 , 镀层具有优良的耐蚀性和可焊性 , 广 泛地适用于印制板 、连接器 、接插件等汽车电子部 件的耐蚀性和可焊性镀层的电镀 。高速镀适用于线 材和带材的卷绕镀 。3. 2故障和解决方法表 3电镀的常见故障 、产生原因和解决方法故障产生原因解决方法前处理不良电流过大加强前处理降低电流强度 低电流电解处理镀层结合力差2 +有ca 等沾污表 3 列举了 sn 、pb 、sn -障产生的原因和解决方法 。pb 合金电镀时常见故游离酸过多s n2 + 、p b2 + 浓度过低降低msa补充sn2 + 、pb2 + 盐析氢严重结论从含有 msa 、sn2 + 或 pb2 + 的甲烷磺酸盐和添加 剂等组成的镀液中可以获得 sn 、pb 或各种组成的 sn - pb 合金镀层 ,其特点如下 :a . 镀液配制简便 、镀液稳定 ,易于配制 ;4s n2 + 、s n4 + 胶体过多阳极泥过多镀液混浊镀层发暗用处理剂处理胶体活性碳吸附有机杂质 , 分析 调整有机物沾污活性碳处理过滤并驱除o2 过滤 过滤并检查镀前清洁处理4 +镀液中有sn 胶体镀液中有固体物 氯化物/ 硫酸盐沾污镀层粗糙b. 镀液具有优良的分散性能和深镀能力 ,积速度快 ,生产性良好 ;沉c . 采用适宜 、适量的添加剂 , 可以获得平滑 、1998 年 7 月 30 日组稿 (责任编辑 晓 理)由英国剑桥大学和美国俄亥俄州 edi son 焊接研究所共同开发的摩擦振动焊接工艺是一种固态加工工艺 , 可焊 接薄片材和板材 。它的最大益处是可用于汽车制造业的铝板焊接 。这项 技术可加工大型整体件 , 而且可反复焊接 , 与熔焊相比具 有很好的机械性能 。它已经成功地应用在各种铝合金