添加剂对MSA电镀锡镀层性能的影响研究

第41卷第6期金属材料与冶金工程Vol.41 No.62013年12月METAL MATERIALS AND METALLURGY ENGINEERINGDec 2013添加剂对MSA电镀锡镀层性能的影响研究谭勇，孙杰(沈阳理工大学环境与化学工程学院，辽宁沈阳110159)摘要:采用电化学测试技术分析了添加剂对甲基磧酸盐(MSA)镀锡镀层电化学性能的影响，并通过扫描电镜分析了添加剂对镀层表面形貌的影响。结果表明，当加入添加剂时，镀层变得致密有规则。当添加剂的添加量为25g/L时，添加剂浓度为25 mL/L时，腐蚀电位较低,腐蚀电流最小，线性极化电阻最大。在此浓度条件下，阴极极化能力最强，锡离子的析出电位最高，得到的镀层结晶最细致,镀层性能达到最优。关键词:镀锡;甲基磺酸盐;添加剂中图分类号: TQ153.13文献标识码: A文章编号: 2095-5014 (2013) 06-0007-04Effect of Additives on MethylSulfuric Acid Salt Tin DepositionTAN Yong, SUN Jie(School of Environmental and Chemical Engineering, ShenyangUniversity of Technology, Shenyang 110159, China)ABSTRACT: This article analyzes effects of additive on the electrochemical performanceand surface topography of methyl sulfuric acid salt (MSA) tin deposition by adoptingelectrochemical measurement and scanning electron microscopy ( SEM). The results showedthat，when adding additive to the electroplating solution, the tin coating became compact andwell - regular. When the additive amount was 25 g/L and the additive concentration was25 mL/L，the corrosion potential and current located at lower position and the linearpolarization resistance reached to the maximum. Under this concentration condition， thepolarizing capability of cathode was best powerful, the deposition potential of the tin ions wasthe maximum，the coating crystals were finest and coating performance attained splendidly.KEY WORDS: tin plating; methyl sulfurie acid; additive电镀锡板俗称马口铁，是指表面镀有纯锡日用品的包装，如各种饮料罐、食品罐、啤酒的冷轧低碳钢板或者钢带，它将钢的强度和成瓶盖等等161。型性与锡的耐蚀性、易焊性和美观的外观结合在电镀锡体系中，甲磺酸镀锡体系具有镀液于一种材料之中。广泛应用于食品、饮料、油稳定，电流效率高，工作电流密度大的优点(-11。脂、化工、涂料、气雾罐、瓶盖以及其它许多.还具有镀层汽V严”“中国煤化工镀液无氟污收稿日期: 2013-09-26MYHCNMHG作者简介:谭勇，男，博士。研究方向:金属腐蚀与防护，金属材料表面改性，涂料涂装方法等。金属材料与冶金工程Vol.41 No.6染，毒性小，极易生物降解，对设备的腐蚀性的有机物。小，Sn2*+ 的氧化程度低且可以获得晶粒细致平滑采用电化学工作站CHI650A对其电化学性镀层等特点。并且甲基磺酸可以提高表面活性能进行测试，塔菲尔曲线的扫速为0.001 V/s。剂和其它有机添加剂的可溶性，添加少量的添采用SX-550型扫描电镜(SEM) 观察有无添加剂能够镀出光亮的镀锡层。在甲基磺酸盐加剂和不同量添加剂下镀锡层表面形貌。(MSA)镀锡中添加剂用量虽少，但是起着特殊2结果与分析作用，它可以显著改善镀层表面结构和耐蚀性等性能1217]。2.1添加剂对镀层电化学性能的影响由于甲基磺酸盐镀锡的镀液简单，便于维图1及图2分别为电镀液中存在添加剂时护和管理，成本也较低，在电子行业中也得到对镀层电化学性能的影响，表1为极化曲线的普遍认可[18-0)。因此，该领域的研究国内一-直以参数。从图1的Tafel曲线和图2的交流阻抗谐来十分关注。本论文主要研究添加剂对甲基磺中可以看出，无任何添加剂时，镀层的腐蚀电酸盐镀锡镀层性能的影响，为实际镀锡生产提流最大，阻抗半径最小，耐蚀性最差。当加入供技术支持。添加剂时，镀层的腐蚀电流明显减小阻抗半径明显增大，说明添加剂的加入提高了阴极极化1实验过程作用，镀层的耐蚀性明显增强。实验采用普通商用冷轧钢板，对试样进行1-无添加剂打磨、除油(NaOH， 17~23 g/L: SNN- 25,2-有添加剂2~4 g/L，45C)、水洗、酸洗(55~65 g/LH2SO4，室温)、水洗等步骤后，对处理好的冷轧板进行电镀锡的处理。其中电镀锡采用甲基磺酸盐镀锡的方法。甲基磺酸盐镀锡的配方为:甲基磺酸亚锡(以锡计12~18g/L)，甲基磺酸I,2(40~ 50 mL/L)，抗氧化剂对苯二酚(10~ 30-1.0-09-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-03-0.2mL/L)，添加剂(20~40 mL/L)。其中添加剂电位/V的主要成分为含有烷基磺酸和环氧烷烃基团的图1镀层的 Tafel曲线b有添加剂50μm.50 μm图2镀层的SEM形貌表1 Tafel 电化学曲线参数2.2添加剂对镀层表面形貌的影响由图2以看出，无任何添加剂时，电沉积项目腐蚀电位/N腐蚀电流/A线性极化电阻/S层疏松,中国煤化工添加剂时，无添加剂- 0.5211.079x 10-52 396.5镀层变得至YHCNMHG添加剂作为有添加剂-0.6232.221x 10*18 982.0一种有机物，具有一定的表面活性，这样它们.2013年第6期覃勇等:添加剂对MSA电镀锡镀层性能的影响研究9可以通过吸附在电极表面，改变表面反应的活-2.0F化能，提高阴极极化作用，从而使过电位升高,3.0晶核临界半径变小，形核速度越大，结晶更加c-40细致。所以合理地控制添加剂的含量比例，才能使晶核的形成速度和长大速率达到最佳。从置-6.0添加剂A20 mL/L2添加剂A 25 mL/L而得到结晶细致并且均匀规则的镀层。3添加剂A30 mL/L2.3添加剂含量对镀层耐蚀性能的影响-8.0f5添加剂A40mL/L图3为不同添加剂含量对镀层电化学性能-0.9 -0.7 -0.5-0.3 -0.1 .电位/V的影响。从图3可以看出，腐蚀电流随着添加图3不同量添加剂 A镀层的Tafel曲线剂浓度的增加先减小后增大再减小，当添加剂的浓度为25 mL/L时，腐蚀电位较低，腐蚀电添加剂的浓度达到40 ml/L时，镀层晶粒明显细流最小，线性极化电阻在五组不同添加剂含量中化，晶核数目变多，分布比较均匀。有机物对线性极化电阻最大，说明添加剂的浓度为25 mLL电沉积过程的影响几乎是不可避免的。从研究时，镀层耐蚀性最好。晶体结构可知，极少量的有机物质就可改变电图4为不同含量添加剂时的镀层表面形貌。沉积金属的表面形态和结构，从而影响材料的当加入20mL/L的添加剂时，电沉积层疏松,性质。但是有机物质含量过多反而阻碍阴极极无规则。当添加剂A的浓度继续增加达到30化，降低过电位，使晶核临界半径变大，形核ml/L时，镀层的晶粒细化，晶核数也更多。当速度变小，晶粒变大且分布不均匀。a 20 mL/Lb 30 mL/Le 40mL/L50 μm50μm图4不同含量添加剂条件下对镀层的SEM形貌3结语[P]. USA 3766248， 1994 -05- 17.4] 陈友强，浅谈卤素法电镀锡工艺[J].电镀与环保，镀液中加人添加剂，提高了锡的析出电位,2005, 25 (4): 4-6.使阴极极化增强。并且使镀层结晶细致，晶粒[5] CT J Low, F C Walsh. The stability of an acidictin methanesulfonate electrolyte in the presence of排列均匀规则，最终大幅提高镀层的耐蚀性能。a hydroquinone antioxidant[J]. Electrochimica Acta,添加剂的最佳添加量为25mL/L。2008，1-7.参考文献:6] Nicholas M, Martyak, Robert Seefeldt Additive effectsduring plating in acid tin methanesulfonate electrolytes[1] 何祚明，曾领才，张承科.光亮硫酸盐镀锡工艺及J]. Electrochimica Acta, 2004, 49: 4303-4311.生产实践[J].电镀与涂饰，2004, 23 (2): 49-53.[7] 李宁，黎德育.罐用镀锡薄钢板的发展[J].材料[2] Nobel, Fred I Ostrow, et al. Bath and process for保护，2000, 33 (5): 16-18electroplating tin， lead and tin/lead alloys [P].8] Federma中国煤化工al. High speedUSA 4701244， 1987- 10-20.electropl;YHC N M H G174887，1990[3] Thomson, Donald. Electrolytic tin plating method-05 -02..10金属材料与冶金工程Vol.41 No.6[9] Toben， Michael P, Brown, et al. High speed tin,[14]季思凯，薛菲.电镀锡板表面条状缺陷成因分析lead or tin/lead alloy electroplating [P]. USAJ].物理测试，2010, 28 (4): 55-60.409914，1989 -09 - 20.[15]朱国和，李建中，邓比涛，等.基板组织对镀锡板. [10] 王亚雄，黄迎红.甲基磺酸盐在可焊性锡及锡基合锡铁合金层及其耐蚀性的影响[J].2012, 29 (4):金镀层中的应用[J].云南冶金，2007, 36 (5): 468-13.-49.[16]谢刚伟.梅钢电镀锡L2过程控制系统概述[J].冶[11]Correia A N, Facanha M x, De Lima N. Cu-Sn金自动化，2010, 52: 350-354.coatings obtained from pyrop - hosphate based[17]丁进明，董汉君.梅钢镀锡板生产工艺[J]. 梅山科electrolytes[J]. Surface and Coatings Technology ,技，2011，(4): 34-36.2007, 201: 7216-7221.[18]龙有前，肖鑫,郭贤烙.酸性镀锡液不稳定性研[12]牛振江，史宗翔，李则林，等.表面活性剂对锡镀究[J]. 材料保护，2003, 36 (3): 47-50.层织构和形貌的影响[J].电镀与环保，2003, 23[19]龙永峰，安成强，郝建军，等.甲基磺酸盐高速镀(5): 3-6.锡液性能研究[J].沈阳理工大学学报，2007, 26[13]杜小光，牛振江，李则林，等.电沉积条件对甲基(4): 38-42.磺酸锡镀层织构的影响[J].电镀与涂饰，2004， 23[20]李立清，陈早明.甲基磺酸盐电镀锡的镀层性能[J].(6): 6- 10.腐蚀与防护，2007, 28 (10): 534-535.《金属材料与冶金工程》征稿、征订启事《金属材料与冶金工程》(原(湖南冶金》)创刊于1973年，是由湖南省冶金行业管理办公室(原冶金企业集团公司)主管，湖南省金属学会主办的面向全国的综合性科技期刊。主要报道金属材料、冶金铸造、钢铁冶炼与加工、电子电工合金材料、焊接材料、冶金工程、冶金设备改造、冶金物化、冶金环保、IT应用以及企业管理等方面新的科研成.果、学术论文和用高新技术改造传统产业的新发展。特别是金属新材料和冶金新工艺等领域的新成果，是本刊近年报道中的重点。同时刊登国内外有关金属材料、冶金新能源和新信息研究动态以及商贸等方面的供求信息和广告。本刊是湖南省- -级科技期刊，《CAJ - CD规范》执行优秀期刊,《中国核心期刊(遴选)数据库》收录期刊，《中国期刊全文数据库(CJFD)》 收录期刊，《中国学 术期刊综合评价数据库(CAJCED) 统计刊源》期刊,《中国金属文献数据库》、《中国冶金文摘》、《中国无机分析化学文摘》等著名数据库和检索刊物的全文收录与文摘对象，被国家大型图书馆和材料、冶金类院校，科研院所和厂矿企业作为藏书之一。热忱欢迎广大材料、冶金领域的专家、学者、工程技术.人员、研究生投稿。《金属材料与冶金工程》为双月刊，国内外公开发行。国内统一刊号CN43- 1476/TF,国际标准刊号ISN2095. -5014, A4开本, 64页，每册定价15.00元，全年90.00元。国内邮发代号42-272,海外发行代号BM7728，由中国国际图书贸易总公司(北京市399信箱)总代理。读者可在全国各地邮局直接订阅，错过邮局订阅时间者也可向编辑部订阅。本刊承接彩色及黑白画页广告、文字广告，欢迎来丽、来电、来人联系。杂志社地址:湖南省长沙市书院路502号邮编: 410002电话: (0731) 85122621 .E-mail: jsclyyjgc@126.com中国煤化工MYHCNMH G.