關(guān)鍵詞：電鍍錫;優(yōu)點(diǎn);原理;應(yīng)用;分類 中圖分類號(hào)：TQ153文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597(2011)1120006-01

0·前言

錫是一種銀白色的金屬，原子量為118.7，密度為7.3g/cm3，熔點(diǎn)為232℃，二價(jià)錫的電化當(dāng)量為2.12g/A·h，四價(jià)錫的電化當(dāng)量為1.107g/A·h。錫在常溫下對(duì)許多氣體和弱酸或弱堿的耐腐蝕能力較強(qiáng)。在高溫下(溫度高于150℃時(shí))，錫能與空氣作用生成SnO和SnO2，錫迅速氧化揮發(fā)。錫與稀的無機(jī)酸作用緩慢，而與許多有機(jī)酸不起作用，加之其具有熔點(diǎn)低、能與許多金屬形成合金、無毒、耐腐蝕、延展性良好以及外觀漂亮等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于馬口鐵、合金制造、印刷電路板、五金等行業(yè)。近年來，中國(guó)錫消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1·電鍍?cè)?/p>

電鍍是指通過電化學(xué)方法在固體表面沉積一薄層金屬或合金過程。在進(jìn)行電鍍時(shí)，將被鍍件與直流電源的負(fù)極相連，欲鍍覆的金屬板與正極相連，當(dāng)直流電通過兩電極及兩極間含金屬離子的電解液時(shí)，電鍍液中的陰、陽離子由于受到電場(chǎng)作用，發(fā)生有規(guī)則的移動(dòng)，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，這種現(xiàn)象叫“電遷移”。此時(shí)，陽極極板氧化成金屬離子，并以濃差擴(kuò)散的方式遷移至陰極，在陰極還原沉積成鍍層。

陰極還原反應(yīng)：Men++ne=Me

陽極氧化反應(yīng)：Me-ne=Men+

欲鍍金屬便在陰極上沉積出來。圖2為電鍍裝置示意圖。

盡管實(shí)際電鍍?cè)陔娫?、被電鍍方?如滾鍍、刷鍍以及震動(dòng)鍍等)、操作方式等方面比上圖復(fù)雜得多，但是從節(jié)約試驗(yàn)成本的角度來說，使用上圖裝置研究電鍍，仍具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

一般認(rèn)為電鍍錫過程分為4個(gè)步驟：

①含錫離子(酸性電鍍時(shí)為錫陽離子、堿性電鍍時(shí)為錫酸根陰離子)在電場(chǎng)力和濃差極化的作用力下，向電極表面擴(kuò)散;

②含錫離子脫去表面的配離子，在電場(chǎng)力的作用下向電極表面的雙電層內(nèi)進(jìn)行遷移;③含錫離子在電極表面接受電子，形成吸附原子;④吸附原子向晶格內(nèi)嵌入(形成鍍層)。在這四個(gè)的反應(yīng)過程中，最慢步驟的速度為總反應(yīng)的控制速度，即電鍍過程中的沉積速度。含錫離子在經(jīng)歷①～③階段放電后，在電極表面形成吸附原子，這些吸附原子通過表面擴(kuò)散到達(dá)晶體生長(zhǎng)線上，再沿生長(zhǎng)線到生長(zhǎng)點(diǎn)上，固定并進(jìn)入晶格。

2·錫電鍍的主要應(yīng)用

根據(jù)電鍍錫材料的特性，錫電鍍主要應(yīng)用于包裝行業(yè)、電子行業(yè)、制造合金、以及五金電器等。包裝行業(yè)應(yīng)用最多的為馬口鐵，馬口鐵是兩面都鍍上一層很薄(0.0025～0.0003毫米)的錫的薄鋼板或鋼帶。馬口鐵所用的鋼材主要為低碳軟鋼，厚度為0.15～0.49毫米。目前電鍍法生產(chǎn)的約占98%以上。馬口鐵其優(yōu)良的可焊性，在電子行業(yè)有著較為廣泛的應(yīng)用，目前常見的有電腦、手機(jī)以及各種家電等;以其良好的可加工性、無毒以及美觀性，在包裝和五金電器行業(yè)也有較好的應(yīng)用，在包裝行業(yè)中，主要使用的是食品和飲料的包裝，其錫用量占世界錫消費(fèi)量的30%左右;以其易于形成合金的特性，在制造合金中也有著廣闊的用途，制造合金主要產(chǎn)品有錫鉛焊料、錫青銅、軸承合金和其他合金，錫鉛焊料以其良好的可焊性，在日益發(fā)展壯大的電子工業(yè)中的應(yīng)用前景十分被看好，錫青銅則是一種古老的產(chǎn)品，在青銅時(shí)代就開始用于制造工具、武器和工藝品，目前錫消費(fèi)量6%的錫用于配制錫青銅。以其表面滯留潤(rùn)滑油膜的性質(zhì)和良好的耐腐性能的特性，成為制造軸承的理想材料，含錫的軸承合金主要有、鋁錫合金、巴氏合金和錫青銅。

3·錫鍍層特性、鍍錫的分類

3.1錫鍍層特性

錫鍍層之所以能廣泛的應(yīng)用于馬口鐵、印刷板、五金等行業(yè)，是由其以下特性決定的：

1)穩(wěn)定性高。錫表面有一層致密的氧化物薄膜，故在常溫下的耐腐性較好，能在普通和受工業(yè)污染的腐蝕性環(huán)境中仍能保持良好的外觀;

2)錫的標(biāo)準(zhǔn)電位比鐵正，且無毒，故常用作食品和飲料容器的保護(hù)層;

3)錫導(dǎo)電性和可焊性好。在強(qiáng)電部門以其良好的導(dǎo)電性可以錫代替銀作導(dǎo)電鍍層，從而達(dá)到降低成本的作用;在弱電部門以其良好的可焊性在電子元件器件的引線、印刷電路板也用鍍錫;銅導(dǎo)線上鍍錫除提供可焊性外，還以其良好的穩(wěn)定性，在絕緣材料中有著隔離硫的作用;其良好的展性，在軸承金屬鍍錫可起密合和減磨的作用;在汽車活塞環(huán)鍍錫和氣缸壁鍍錫可防止滯死和拉傷;

4)鍍錫后在232℃以上的熱油中重熔處理，可獲得光澤的花紋錫層，可用作裝飾鍍層。

但是，錫從-13℃起結(jié)晶開始變異，到-30℃是完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N非晶形的同素異構(gòu)體(α錫或灰錫)，俗稱“錫瘟”，有資料報(bào)道，某國(guó)在南極考察時(shí)，所使用的錫包裝盒全部發(fā)生“錫瘟”，給當(dāng)時(shí)考察隊(duì)帶來了一定不便，但是在正常溫度下，“錫瘟”發(fā)生的幾率是比較低的，在特殊條件下，如低溫很低的情況，也可使錫與少量的銻或鉍共沉積，即可有效抑制這種變異。同時(shí)，錫同鋅、鎘鍍層一樣，在高溫、潮濕和密閉條件下能長(zhǎng)成“晶須”，其生長(zhǎng)機(jī)理目前并不是很清楚，一般解釋為：①鍍層存在內(nèi)應(yīng)力所致;②鍍層與基體應(yīng)力所致;③鍍層雜質(zhì)元素所致等。由于“晶須”的存在，小型化的電子元件存在短路的危險(xiǎn)，工業(yè)應(yīng)用常通過共沉積鉛錫合金來抑制“晶須”的生長(zhǎng)，但是隨著國(guó)家對(duì)鉛的使用限制日益嚴(yán)格，純錫鍍層、錫鉍合金鍍層以及錫銀合金鍍層等可焊性替代錫鉛鍍層的研究也日益增加。

3.2鍍錫的分類

3.2.1以使用主鹽區(qū)分。以電鍍所使用的主鹽不同，可將錫電鍍分為

堿性鍍錫和酸性鍍錫。酸性鍍錫的主鹽有：硫酸鹽鍍錫、氟硅酸、高氯酸、氟硼酸、氯化物、甲基磺酸鹽、氨基磺酸鹽等，而堿性鍍錫的主鹽主要為錫酸鉀和錫酸鈉兩種。

1)酸性鍍錫。酸性鍍錫是二價(jià)錫發(fā)生反應(yīng)，陰極電流效率接近100%，且在常溫下即可進(jìn)行電鍍，與堿性鍍錫相比，具有電耗低、能耗低等特點(diǎn)。但酸性鍍錫溶液本身沒有脫脂能力，對(duì)基體前處理的要求相對(duì)較高。其中以硫酸鹽鍍錫應(yīng)用最為廣泛。

硫酸鹽鍍錫具有成本低、腐蝕性小等優(yōu)點(diǎn)，硫酸鹽鍍錫電流效率高，沉積速度快，原料易得，成本低廉，是最重要的鍍錫工藝之一。但是，在硫酸體系中也存在以下不足：①硫酸體系溶鹽的種類比較少，不利于添加其他金屬，從而無法降低或消除鍍錫產(chǎn)品使用中存在“晶須”現(xiàn)象;②硫酸是強(qiáng)氧化劑，二價(jià)錫離子容易氧化，使溶液變渾濁，降低電流效率。近年來，烷基磺酸、羥烷基磺酸越來越受到人們的重視，甲基磺酸鹽鍍錫使該鍍錫液可在寬電流密度范圍內(nèi)獲得均勻的鍍層，且生產(chǎn)效率等同于甚至超過鹵化物鍍液體系，而無氟化物沉淀產(chǎn)生。在化學(xué)需氧量(COD)方面，甲基磺酸鹽鍍錫液的COD是苯酚磺酸鍍液的1/3，甲基磺酸鹽鍍錫液無毒及完全生物降解，廢水處理簡(jiǎn)單，不含氰、氟或游離酚等有毒物質(zhì)，沉積物產(chǎn)生率低。與硫酸體系相比較，磺酸鹽體系溶解錫量大，甲基磺酸亞錫液的穩(wěn)定性優(yōu)于硫酸體系且使用的電流密度高、沉積速度快、可在高溫下操作，適用于連續(xù)鍍錫和錫合金。主要缺點(diǎn)是成本高，不利于大規(guī)模推廣。近年來，由于國(guó)內(nèi)具備了生產(chǎn)甲基磺酸亞錫以及甲基磺酸的能力，使得電鍍成本降低，逐漸被電鍍廠家所接受。

2)堿性鍍錫。堿性鍍錫溶液呈強(qiáng)堿性，對(duì)鋼鐵基體不腐蝕，且有一定的脫脂能力，因而對(duì)鍍形復(fù)雜的零件較為適合。但是，堿性鍍錫發(fā)生的電極反應(yīng)是錫酸根例子，陰極電流效率較低(60～80%)，因而沉積速度慢，電能消耗多，且鍍液的操作溫度一般為60～80℃，也增大了能耗的成本。

堿性鍍錫一般不用添加劑，鍍層發(fā)白，結(jié)晶細(xì)致，但無光澤。堿性鍍錫可以使用鉀鹽溶液，也可以用鈉鹽溶液。主要控制得當(dāng)，鉀鹽溶液和鈉鹽溶液都可以獲得滿意的鍍層，其差別主要在于溶液特性和成本。

總體來說，鈉鹽溶液成本較低，但溶液的性能不如鉀鹽溶液，鉀鹽的電流效率一般比鈉鹽的電流效率高，其電流密度和導(dǎo)電性也比鈉鹽高。

在實(shí)際生產(chǎn)中，采用鉀鹽還是鈉鹽溶液，要根據(jù)實(shí)際情況而定。如需要采用較高電流密度和較好的溶液特性，應(yīng)選擇鉀鹽溶液。若所鍍零件不需要或不能充分發(fā)揮鉀鹽的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，則應(yīng)選擇較便宜的鈉鹽。

3.2.2以鍍層表面的光亮程度分。根據(jù)錫鍍層的光亮度，可將錫鍍層分為光亮鍍錫層(市場(chǎng)俗稱亮錫)和啞光鍍錫層(俗稱啞錫)，一般而言，亮錫具有良好的外觀和耐磨性，但是因其含有少量的雜質(zhì)，影響其可焊性，一般用于五金和裝飾行業(yè);啞錫鍍層雜質(zhì)含量相對(duì)較少，可焊性和耐腐蝕性良好，因此可用于馬口鐵鍍錫和印刷線路板。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃位森，錫，北京：冶金工業(yè)出版社，2000.15-807.

[2]曹曙等，電鍍錫鋼板生產(chǎn)工藝技術(shù)及其新發(fā)展，上海金屬，1994，16(3)：9-13.

作者簡(jiǎn)介：張振華(1981-)，女，碩士，冶金工程師，主要從事電化學(xué)研究。