锡酸盐的浓度并没有严格的控制,提高锡酸盐含量有利于提高阴极电流密度上限值,提高电流效率和沉积速度,但导致极化作用降低,且带出损失大。钠盐镀液在0.5~3 A/dm2的电流密度下操作时锡的含量以35~40g/L为宜(相当于Na2Sn(OH)6 85~100g/L)。钾盐镀锡液在4~5A/dm2的电流密度下操作时锡的含量以40g/L为宜。但如果希望较高的电镀速度,锡含量几乎可以任意增加,锡含量可高达300g/L,但由于成本高只在特殊场合下使用。
2) 氢氧化钠(钾)
氢氧化钠(钾)是碱性镀锡不可缺少的成分,他可保证镀液导电性、防止锡盐水解、有利于阳极正常溶解,并抑制空气中CO2影响。
由于锡酸钠(钾)水解反应为:
Na2SnO3 + 2H2O→H2SnO3↓ +2NaOH
K2SnO3 + 2H2O→H2SnO3↓ +2KOH
因此,镀液中保持一定量的游离碱,可使上述水解反应向左进行,从而防止锡酸盐的水解,起稳定溶液的作用。
碱性镀锡溶液中存在着[Sn(OH)6]2-阴络离子,它能吸收空气中的二氧化碳而按下式分解:
[Sn(OH)6]2-+CO2→SnO2+CO32-+3H2O
从而使镀液的pH值降低。保持一定量的游离碱可吸收空气中的二氧化碳,产生碳酸钠(钾),减缓了对主盐的影响。
在阳极电流密度适中时,阳极反应按下式进行:
Sn + 6OH- —4e→ SnO32- + 3H2O
保持一定游离量的氢氧化钠(钾)并于电流密度、镀液温度相适应,使阳极以四价锡正常溶解。
当碱的含量过高时,阴极电流效率会下降,阳极不易保持金黄色半钝化状态,阳极溶解下来的是二价锡,导致镀层质量变差,镀液不稳定;当碱的含量过低时,阳极则易钝化,镀液的分散能力下降,镀层易烧焦,同时镀液中还会出现锡酸盐水解。所以控制游离碱的含量远比控制锡盐含量重要。通常氢氧化钠控制在7~15g/l,氢氧化钾10~20g/l范围。如果需要降低碱度,要用1:9的冰醋酸溶液。添加时应强烈搅拌,缓缓加入。1g冰醋酸约可中和1g氢氧化钾或2/3g 氢氧化钠。
3)醋酸盐
生产中常用醋酸来中和过量的游离碱,故在镀液中总是存在一定量的醋酸盐,同时醋酸盐的存在,有利于提高镀液导电性。
4)双氧水
生产中出现阳极溶解不正常时,镀液中会出现二价锡离子,导致形成灰暗甚至海绵状的镀层。双氧水的加入是一种应急办法,可使镀液中的二价锡离子氧化成四价锡。少量双氧水在镀液中很快分解不会残留,双氧水的加入量视二价锡离子的量而定,一般加入量为1~2mL/L。
5)阴极电流密度
阴极电流密度要与锡浓度、温度相适应。随阴极电流密度升高,沉积速度加快,阴极电流效率降低,甚至产生灰暗、多孔、粗糙的镀层。一般钠盐槽用1~2A/dm2;钾盐槽用1~5A/dm2。
碱性镀锡的电流波形以平滑直流{zh0},其次是三相全波整流。波动因素大的单相整流、脉冲电流都不适用。
6)温度
碱性镀锡需在70℃以上的高温下作业。温度低于65℃ 镀层发暗,阴极电流效率低,阳极易发黑(钝化);温度过高时,阳极表面黄绿色膜脱落,容易产生二价锡。当锡酸盐浓度高,且温度过高时锡酸钠易水解生成胶状沉淀,影响镀层质量。镀液温度一般控制在70℃~85℃。
7)阳极
可以用纯锡阳极、含1%铝的“高速”锡阳极或不溶性阳极(如钢和镍合金)。
含镉多的阳极使阳极溶解效率显著下降;含铅多的阳极,将使镀层含铅,镀件不适于储装食品。鉴别时取少许镀液加少许硫化钠,产生棕黑色沉淀即证明有铅。
(3)工艺维护
1) 防止二价锡离子的生成
在碱性镀锡中锡以Sn(OH)62-形式存在,若溶液中二价锡离子存在,它与氢氧化钠反应生成的Sn(OH)42-络离子,比四价锡的络离子易在阴极还原析出,造成灰暗或海绵状镀层,故必须防止二价锡的干扰,这是获得正常镀层的关键。
二价锡来源于阳极的非正常溶解。阳极以亚锡形式溶解时,阳极表面呈灰色,这个范围内电镀层是疏松、粗糙、多孔的灰暗层或海绵层;提高电流密度,当阳极以正常的锡酸盐形式溶解时,阳极上形成黄绿色膜;若电流密度保持此水平或进一步增加,黄绿色膜逐渐转变为黑色膜使阳极成不溶解性的钝态,氧气大量析出,此时尽管不像形成亚锡酸盐那样产生严重的质量事故,但锡离子因得不到补充而浓度下降,阴极电流效率下降,此膜如太厚需用酸溶解除去。
所以当阳极正常工作时,它的表面应该覆盖一层黄绿色的膜,同时这层膜必须在使用以前就产生,在整个电镀过程中这层膜在阳极上要一直存在。
阳极上这层膜可以用下列方法产生。首先使用已配好的锡酸钠镀液,用铁板做阴极,以二倍正常电流密度通电,然后一个一个挂上锡阳极板。立刻从阳极表面的颜色改变可以看出,涂上了一层金黄的色调,同时,也可以从电流密度的下降以及槽电压的升高指示出来。一旦阳极极化适宜,电流密度就应立即减少到正常水平,随后逐一地用镀件取代铁板阴极,进行电镀。
在电镀时,最简便的方法是镀液不断电地连续工作几个小时。镀件一部分镀好后从槽里拿出,同时一部分零件又进入槽子施镀,在整个几小时的工作中,始终有电流通过,保证进入镀液的阳极一直有足够的电流使它处于适宜的极化状态。当{yt}工作将要结束,在镀件拿走以及关闭电源之前,应先把阳极取出。这样做也是为了在阳极上保存一层必须有的钝化膜。在没有负载和通电以前,决不能将阳极放入镀液里。如果由于某种原因阳极表面丧失了黄绿色的钝化膜,那么必须应用上述方法,在阳极表面再次生成一层适宜的钝化膜。
此外,在生产过程中,要避免槽体因漏电而镀上锡,因为锡与氢氧化钠溶液反应会生成二价锡;当溶液蒸发液面下降时,应以稀碱液或温水补充,不可直接注入冷水,以防止锡盐水解。
在生产中还可根据如下特征识别二价锡的产生:
A、阳极周围缺少泡沫时意味着二价锡已开始产生;
B、发现电压表低于4v ,表明阳极上没有形成黄绿色膜(或溶解了);
C、镀液颜色呈异常的灰白色或暗黑色,这是亚锡盐水解所致。正常镀液呈无色到草绿色。如发现上述现象应加1~1.5mL/L双氧水,同时减少阳极面积,使阳极重先恢复半钝化状的黄绿色膜。
2) 注意溶液的净化
沉淀的泥渣要及时除去;过多的碳酸钠可用冷冻法除去;锑、铅是有害金属杂质,可用低电流密度电解除去。
为防止硬水产生的淤渣,并防止过多的卤根使阳极钝化膜破裂,引起槽体和钛篮腐蚀,使用软水或纯水更好。
(4)镀液常见故障及排除办法
碱性镀锡溶液是很稳定的,只要控制好游离碱和防止二价锡干扰,通常很少发生故障,由于操作不注意,可能会产生故障。
表4-44碱性镀锡一般故障及排除方法
故障现象
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可能产生的原因
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及纠正方法
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镀层灰暗,呈海绵状
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1) 流密度过高;镀液中存在二价锡
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1)降低电流密度;2)加双氧水氧化,检查阳极
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镀层疏松多孔,阴极上大量析氢
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1) 游离碱太高,
2) 锡酸钠含量偏低,
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1)用冰醋酸中和降低游离碱
2)分析补充
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锡阳极发黑
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1) 游离碱低,;2)阳极电流密度过高
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1)分析补充;2)降低阳极电流密度
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阳极呈灰白色
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1) 阳极电流密度低;2)镀液温度太高
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1)减少阳极面积;2)降低温度
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零件深凹处无镀层
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1)游离碱太少,
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1)分析补充
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镀层发暗,凸出部位粗糙
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1) 镀液温度太低;2)阴极电流密度太高
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1)提高镀液温度;2)降低阴极电流密度
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