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锡镀层变色的原因和控制

文章出处：新闻资讯责任编辑：惠州市思凯表面处理材料有限公司发表时间：2016-11-11

　　锡具有银白色的外观，化学稳定性高，在大气中耐氧化不易变色，与硫化物不起反应，与硫酸、盐酸、硝酸及一些有机酸等溶液也几乎无反应，即使在浓硫酸、浓盐酸中也要在加热条件下才能缓慢反应。但锡镀层容易变黄，原因及控制应从以下几个方面考虑：
　　(1)铜锡扩散层的增厚与时间呈线性关系，增加中间层(阻挡层)能根除由于铜锡扩散而引起的变色。中间层可选择镍镀层、高铅及锡合金等，其中以高Pb-Sn合金最佳。这是由于镍中间层虽能阻止铜锡扩散，但不能阻止表面锡层的氧化，经高温处理后，其可焊性急剧下降，而Pb-Sn作为中间层时，Pb能扩散到Sn层，形成的Pb-Sn合金可降低熔点，提高润湿力，有利于焊接。
　　(2)变色与镀层的表面状态有关。由于析氧及镀液被污染等原因，镀层将不可避免产生针孔，而针孔里的残酸如果清洗不净，也将引起变色。
　　(3)变色与清洗方式及清洗水质有关，采用纯水加喷淋，对镀层变色有很大的抑制作用。
　　(4)变色与光亮剂在镀液中的含量有关。有时候为了追求镀层外观，最大限度地添加光亮剂，但适得其反，镀层很容易变色，这可能是由于光亮剂较多夹杂在镀层中，有机物的含量随之增加而引起的。以苄叉丙酮为主光剂的工艺里，它在镀液中的正常含量为0.4～0.6g/L，但如果将其含量提高到0.8～1g/L时，镀层带米黄色，放置一段时间之后，则出现“麻点”，因此，在生产中切忌过量添加光亮剂

锡是一种银白色的金属，无毒，具有良好的焊接和延展性等，广泛应用电子、食品、汽车等工业。电镀锡溶液主要有碱性和酸性两大类，酸性体系中又分硫酸盐、甲基磺酸体系及氟硼酸体系镀锡等。酸性镀锡工艺的特点是溶液稳定、镀层光亮度高、镀液电流效率高，操作简便，但镀液的分散能力差、二价锡易水解等。碱性镀锡液稳定且均镀能力好，缺点是工作温度高，电流效率低，不光亮等。甲基磺酸体系以其沉积速率高，废水容易处理等优点而被应用到连续电镀生产中。氟硼酸盐镀锡液成本比硫酸盐镀液高，还存在着氟化物的污染等缺点，几乎不被使用。实际生产中应用较多的是硫酸盐、甲基磺酸体系的酸性光亮镀锡工艺。
　　硫酸盐光亮镀锡液成分简单，主要有硫酸亚锡、硫酸、光亮添加剂、稳定剂等成分。硫酸亚锡含量高时可用较大的电流密度，使沉积速度加快，含量过高会使镀锡层粗糙。含量低时，允许的阴极电流密度降低，镀层容易烧焦，对形状简单的零件可用硫酸亚锡含量低一些的镀液。
　　硫酸可以增加镀锡液的导电性能，促进锡阳极的溶解，并能抑制镀液中二价锡的水解，硫酸含量过高会使阳极溶解加快，使镀液中锡含量增加，使镀锡层粗糙。硫酸含量过低，会使镀液分散能力下降，阴极电流密度降低，影响镀锡层的光亮性，使二价锡容易水解，导致镀液的浑浊。
　　光亮添加剂可以使镀锡层光亮，光亮添加剂一般是醛、酚之类的有机物和增溶的表面活性剂等组成。光亮添加剂含量太多会降低阴极电流效率，同时过多的光亮添加剂在镀液中的氧化又会加速镀锡液的浑浊。
　　镀锡液中加入稳定剂是为了防止酸性镀锡液中的二价锡水解，因为水解后的二价锡呈乳状浑浊(有时这种浑浊包括二价锡水解也包括光亮剂的氧化分解产物)，当然在电镀过程中，稳定剂会随镀液的带出而需要及时补充，才能保持酸性光亮镀锡溶液的稳定性。市场上的稳定剂主要是络合剂、抗氧剂和还原剂的混合物，如异烟酸、硫酸亚铁、酚类物质等。

　光亮硫酸盐镀锡电流效率高，沉积速度快，可在室温下工作，且原料易购，成本较低，同时锡镀层柔软、孔隙小，既可作表面装饰性镀层如代银等，也可作可焊性镀层。因此，光亮硫酸盐镀锡在电子工业和轻工业中应用很广泛。然而，其工艺中存在着二价锡易氧化及添加剂分解造成镀液混浊及性能恶化、镀层光亮区变窄等问题，故需对其进行改进。
　　2 镀液各成分作用及工艺流程
　　2.1 镀液中各成分作用光亮硫酸盐镀锡液主要成分为硫酸亚锡和硫酸，生产中其含量随所采用的添加剂不同而不同。
　　2.1.1 镀液中主要成分的作用
　　2.1.1.1 硫酸亚锡硫酸亚锡为主盐，含量一般控制在40～100g/L。但生产实验结果表明，高浓度硫酸亚锡虽然可以提高阴极电流密度，加快沉积速度，但使镀液分散能力明显下降，且使镀层结晶粗、光亮区域变小，甚至大大缩短了镀液的处理周期。 SnSO4含量控制在20～60g/L为宜，若取下限，可以通过加快镀液循环速度及电极(阴极或阳极)移动速度等办法进行“补偿”，仍可镀出优良产品，但不宜过低。
　　2.1.1.2 硫酸硫酸具有降低亚锡离子的活性、防止其水解、提高镀液导电性能及阳极电流效率等作用。当硫酸量不足时，亚锡离子易氧化成四价锡。从动力学的观点分析，当有足够的H2SO4时，可以减慢二价锡的水解，稳定镀液，实际生产中H2SO4含量一般在80～150mL/L。

　化学镀的优点有：可以对各种材料制成的镀件进行金属镀覆，包括半导体及非导体，如陶瓷、塑料等。化学镀不用外加电流不会受电流分布的限制，与镀件的几何形状无关。因而不论零件的几何形状如何复杂，均能在其表面获得厚度均匀的金属镀层。
而化学镀镍由于镀层的结晶细致，孔隙率低，硬度高，镀层均匀，可焊性好，镀液溶镀能力好，化学稳定性高等优点广泛应用于电子、航空、航天、机械、精密仪器、日用五金、电器和化学工业中。
　　下面介绍两款化学镀镍添加剂：
　　1.DN -2700 碱性化学镀镍添加剂
　　特点：
　　1. DN-2700 是一种化学闪镀镍溶液，用于铝合金上化学镍或电镀前的处理。这种碱性化学镍工艺镀出一层非常薄、均匀、活跃的镍镀层。然后可进行结合力好的化学镍或化学镀铜和光亮镍电镀。
　　2. 专门为去除铝上少量锌而配制，可防止再次氧化。
　　3. 在电镀中DN-2700 也可用以代替铝材上镀氰化闪镀铜。在电镀工艺中，它减少对氰的需要，并明显提高闪镀层的覆盖力，即使是在复杂形状的零件上。
　　4. 使用DN-2700化学镀镍工艺，可延长后续酸性化学镍的工作寿命。
　　2.DN-2900高性能化学镀镍添加剂（酸性），DN-2900 镀层磷含量为7-13%，具有优良的腐蚀性能，能耐酸、耐碱等多种化学物质的腐蚀。
　　特点：
　　1．镀层为非晶体Ni-P合金，镀层呈非磁性，低应力。
　　2．镀层厚度均匀，耐磨，耐蚀。
　　3．可在施镀温度下调整镀液。
　　4．镀液稳定，使用寿命长（8-12个周期）。

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