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錫-鋅合金電鍍工藝的研究進(jìn)展
吳雪萌1，仵亞婷1，李 俊2，黃勝標(biāo)2，唐成龍2
(1 上海交通大學(xué)金屬基復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200240;2 寶鋼集團(tuán)有限公司，上海201900)
摘要：系統(tǒng)介紹了錫-鋅合金電鍍工藝的研究進(jìn)展，綜述了焦磷酸鹽、葡萄糖酸鹽、檸檬酸鹽、酒石酸鹽等不同體系的鍍液配方及操作規(guī)范，總結(jié)了溶液組成、陰極電流密度、溫度、pH等工藝參數(shù)對鍍層成分的影響規(guī)律，提出了目前研究中存在的問題，并展望了電鍍工藝未來的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：錫-鋅合金 電鍍 環(huán)保
0 引言
錫無毒，能在多數(shù)金屬基體上形成光滑致密，耐蝕性、釬焊性優(yōu)良的鍍層。錫可以通過熱浸鍍、化學(xué)鍍、電鍍等方法沉積于基體上，其中熱浸鍍工藝最為簡便，但難以控制鍍層厚度，且鍍層質(zhì)量較差;化學(xué)鍍工藝能實(shí)現(xiàn)鍍層厚度的控制，但沉積速率較慢;電鍍工藝彌補(bǔ)了上述兩種工藝的不足，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了原料消耗，所制備的鍍層平整致密，性能良好。隨著電鍍工藝的進(jìn)步和對工業(yè)產(chǎn)品性能要求的不斷提高，許多高性能錫合金鍍層相繼問世，如錫-鉛、錫-鎳、錫-鋅、錫-銅、錫-銀、錫-鉍、錫-鈷等合金鍍層[1-10]，這些合金鍍層均具有良好的釬焊性，是可靠的電子元件鍍層。其中，傳統(tǒng)的錫-鉛合金鍍層具備良好的耐蝕性、釬焊性、沖壓成型性及涂裝性能，長久以來廣泛應(yīng)用于電子、汽車行業(yè)。2000年和2002年，歐洲議會和歐盟理事會先后通過了廢棄車輛(ELV)的指令2000/53/EC，電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)(RoHS)的指令2002/95/EC及電子電氣設(shè)備廢棄物(WEEE)的指令2002/96/EC。可以看到，隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，工業(yè)產(chǎn)品無鉛化要求越來越高，這就對無鉛表面處理技術(shù)領(lǐng)域提出了新的挑戰(zhàn)。
為了適應(yīng)新的環(huán)保法令規(guī)范，無鉛合金鍍層逐漸成為研究熱點(diǎn)，并被不斷開發(fā)和應(yīng)用，其中錫-鋅合金鍍層因其優(yōu)異的綜合性能脫穎而出。錫-鋅合金鍍層具備以下優(yōu)點(diǎn)：(1)優(yōu)異的耐蝕性。錫-鋅合金鍍層結(jié)合了鋅提供的陰極保護(hù)作用及錫的阻隔作用，其在大氣中的耐蝕性與鎘相當(dāng)，且在工業(yè)氣體環(huán)境中(特別是二氧化硫氣氛中)耐蝕性優(yōu)于鎘，因而被視作有毒鎘鍍層的替代品。此外，錫-鋅合金鍍層易于接受鉻酸鹽鈍化膜，因而耐蝕性能得到進(jìn)一步提高[11-14]，錫-鋅合金鍍層耐蝕性主要取決于鍍層中的鋅含量。研究表明，含鋅20%～30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的錫-鋅合金鍍層具有最佳的耐蝕性[15，16]。(2)良好的耐磨性和沖壓成型性。熱浸鍍錫-鋅合金鋼板未涂油時(shí)的摩擦系數(shù)僅為Terne板的1/3[17]。含鋅20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的錫-鋅鍍層摩擦系數(shù)小于含鋅12.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鋅-鎳鍍層，略高于鎘鍍層[15]。(3)較低的接觸電阻和優(yōu)良的釬焊性。含鋅20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的錫-鋅鍍層接觸電阻僅為120μΩ·cm，與鋅含量同為20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的錫-鉛合金鍍層相比，前者具備更小的潤濕角和更大的鋪展面積(采用爐中釬焊方法，溫度250℃，選用603釬料(0.15g)，松香酒精為釬劑)，氧化處理后錫-鉛合金鍍層潤濕性急劇惡化，而錫-鋅合金鍍層較為穩(wěn)定[18]。綜上所述，錫-鋅合金既可作防護(hù)性鍍層，也能作功能性鍍層。
錫-鋅合金鍍層可由多種方法制備，鋼鐵公司目前主要采用熱浸鍍工藝來生產(chǎn)鍍錫-鋅鋼板[14]，錫-鋅合金鍍層化學(xué)鍍和真空蒸鍍制備方法也有報(bào)道[19，20]，但以上工藝都有各自的缺陷。為此，本文主要探討目前研究較為廣泛，前景較好的錫-鋅合金電鍍工藝。
1 錫-鋅合金電鍍工藝發(fā)展
