甲基磺酸體系電鍍錫及錫合金研究現(xiàn)狀

張著，吳海國，賓智勇，李婕

(湖南有色金屬研究院，湖南長沙410100)

摘要:對比了幾種電鍍錫體系的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了甲基磺酸(MSA)體系電鍍的鍍液及鍍層的特點(diǎn)，分析了甲基磺酸體系鍍液穩(wěn)定的原因。展望了甲基磺酸鹽鍍錫的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞:甲基磺酸;電鍍錫;可焊性鍍層;環(huán)保

中圖分類號:TF111.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1003-5540(2013)02-0036-04

錫及錫合金鍍層具有很好的延展性、抗蝕性、銀白色外觀和可焊性等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于食品加工設(shè)備和包裝以及裝運(yùn)設(shè)備、泵部件、軸承、閥門、汽車活塞、鍍錫銅線和CP線、電子元器件和印制線路板等。錫鍍層在食品加工業(yè)的應(yīng)用是由于無毒性、良好延展性(韌性)和抗蝕性。

1·幾種電鍍錫及錫合金體系的工藝及特點(diǎn)

目前電鍍錫及錫合金有四種主要的體系:堿性錫酸鹽體系、硫酸鹽體系、氟硼酸體系和甲基磺酸體系。

堿性錫酸鹽體系主要采用錫酸鉀或錫酸鈉為主鹽。堿性錫酸鹽體系電鍍過程中不需要添加有機(jī)添加劑，且具有優(yōu)良的均鍍能力，但是在電鍍過程中電鍍液需加熱，且鍍液中錫為四價(jià)，電流效率只有80%～90%。高速鍍錫的主要工藝條件:錫酸鉀210g/L，氫氧化鉀22g/L，允許的電流密度可達(dá)到16A/dm2。工藝的關(guān)鍵是必須控制錫陽極的表面狀態(tài)，在電鍍過程中陽極表面必需形成金黃色半純膜以保證得到良好的錫鍍層[1]。

硫酸鹽體系電鍍錫一般在室溫下進(jìn)行，鍍液的主鹽是硫酸亞錫。由于原料易得，電流密度高，沉積速度快，不用加熱，對設(shè)備腐蝕小，一直被廣泛應(yīng)用。但是硫酸鹽體系鍍液不穩(wěn)定，因?yàn)殄円褐械腟n2+易被氧化成Sn4+，Sn4+水解后生成偏錫酸導(dǎo)致鍍液混濁、不能過濾除去，而使鍍液性能下降[1]。硫酸鹽鍍錫工藝的鍍液主要成分為硫酸亞錫(15～60g/L)，硫酸(80～180g/L)和合適的添加劑。改變添加劑的類型(晶粒細(xì)化劑或光亮劑體系)，可以得到暗錫或光亮錫鍍層。

氟硼酸體系主鹽為氟硼酸亞錫。鍍液主要成分是氟硼酸亞錫(75～115g/L)、氟硼酸(50～150g/L)和適量的添加劑。和硫酸鹽鍍錫體系相比，此體系允許更高的陰極電流密度(高達(dá)100A/dm2)，電流效率高(約l00%)，適用于高速電鍍。但是該工藝中的氟硼酸腐蝕性非常強(qiáng)，廢水難處理嚴(yán)重污染環(huán)境。

近幾年來由于國內(nèi)外環(huán)保意識的增強(qiáng)，此工藝也逐漸被淘汰。

甲基磺酸體系主鹽主要為烷基磺酸亞錫，在烷基磺酸中以甲基磺酸最易得而且價(jià)格便宜，所以在此體系中的主鹽是甲基磺酸亞錫。甲基磺酸可以增強(qiáng)電鍍液的導(dǎo)電性，在鍍液中有很強(qiáng)的絡(luò)合作用，還有表面活性劑的功能。保持鍍液中適當(dāng)?shù)募谆撬釢舛瓤稍黾蛹谆撬醽嗗a的穩(wěn)定性[2]。早在1940年，人們就以甲烷磺酸用于電鍍研究，主要由于甲烷磺酸的價(jià)格較貴還不適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，到1980年才開始在工業(yè)上應(yīng)用。近年來工業(yè)上用烷基磺酸體系鍍鉛、錫及錫合金的工藝不斷增加。這主要是因?yàn)橥榛撬狍w系具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)烷基磺酸毒性小、能夠被分解，廢水處理容易;(2)烷基磺酸雖然為強(qiáng)酸但對設(shè)備的腐蝕小;(3)鍍液有較強(qiáng)的穩(wěn)定性;(4)不腐蝕玻璃、陶瓷等材料，常用于半導(dǎo)體的鍍覆。適用于電子工業(yè)的鍍液主要成分及其濃度通常為[3]:甲基磺酸亞錫以Sn2+計(jì)20～40g/L，甲基磺酸100～200g/L，聚乙二烯乙二醇烷基-3-硫丙基二醚類陰離子表面活性劑1～2g/L。甲基磺酸體系目前已成為鍍錫的主流。

2·甲基磺酸體系電鍍錫及錫合金

2.1甲基磺酸體系鍍液

2.1.1添加劑