【文章內(nèi)容簡介】 HF2 /gL－ 1 氟化鈉 NaF /gL－ 1 20 100～ 120 32 氟化氫鈉 NaHF2 /gL－ 1 20 氯化鈉 NaCl /gL－ 1 50 檸檬酸 C6H8O7 /gL－ 1 25～ 30 氨三乙酸 N(CH3COO)3 /gL－ 1 15 聚乙二醇 (M=4000～ 6000) /gL－ 1 6 平平加 O20 /gL－ 1 1 亞鐵氰化鉀 /gL－ 1 ST97光亮劑 /gL－ 1 pH值 4～ 5 5 溫度 /℃ 室溫 室溫 60 陰極電流密度 /Adm－ 2 ～ 42 堿性鍍錫 在堿性條件下 ， 錫以 SnO32－ 形式存在 。 堿性鍍錫的鍍層與基體金屬的結合力好 ， 對鍍前的清洗工作要求不高 ， 鍍錫液以錫酸鈉 (或錫酸鉀 )與氫氧化鈉 (或氫氧化鉀 )為主要組成 ， 成分簡單 ， 溶液相對容易控制 ， 鍍層的分散能力極強 ， 對于形狀復雜 ， 有空洞凹坑的零件非常適合 。 鍍層結晶細致 、 孔隙少 、 易釬焊 。 鍍液對鋼鐵設備無腐蝕性 ， 又具有一定除油能力 ， 因而 ，長期以來是工業(yè)上獲取無光亮鍍錫層的主要工藝 。 堿性鍍錫的主要缺點是：鍍液中錫以 4價形式存在 、 電化當量低 ， 且電流效率較低 (70％ 左右 )， 故鍍層沉積速度比酸性鍍液至少慢一倍；加之鍍液工作溫度較高 、 需要加熱 ， 因而能耗大；鍍層光亮性差 ， 如要提高錫鍍層表面光潔度 、 光亮度及抗氧化能力 ， 則必須在堿性鍍錫后加一道熱熔工序 。 43 堿性鍍錫溶液有鈉鹽和鉀鹽兩大類 。 二者的主要區(qū)別是鉀鹽體系的溶液性能比鈉鹽體系好 。 這是由于錫酸鉀在水中的溶解度較高 ， 且隨溫度升高而增加 ， 而錫酸鈉正相反 。 故鉀鹽體系可采用高濃度錫酸鉀 ， 使用高的工作溫度和陰極電流密度 ， 陰極電流效率和溶液導電性也比較高 。 但鉀鹽溶液成本高 。 所以 ， 用哪一種體系 ， 要根據(jù)產(chǎn)品特點和生產(chǎn)條件來確定 。 具體的鍍液成分與工藝條件列于表 8－ 5 44 表 85 堿性鍍錫工藝規(guī)范 成分及操作條件 配方 1 配方 2 配方 3 配方 4 錫酸鈉 Na2SnO33H2O /gL1 95～ 110 20～ 40 氫氧化鈉 NaOH /gL1 ～ 10～ 20 錫酸鉀 K2SnO3 /gL1 95～ 110 195～ 220 氫氧化鉀 KOH /gL1 13～ 19 15～ 30 醋酸鈉或醋酸鉀 /gL1 0～ 20 0～ 20 0～ 20 0～ 20 溫度 /℃ 60～ 85 70～ 85 65～ 90 70～ 90 陰極電流密度 /Adm2 ～ ～ 3～ 10 10～ 20 陽極電流密度 /Adm2 2～ 4 2～ 4 2～ 4 2～ 4 槽電壓 /V 4～ 8 4～ 12 4～ 6 4～ 6 錫陽極純度 99% 99% 99% 99% 陰、陽極面積比 2： 1 2： 1 2： 1 2： 1 注：配方 1及 4適用于快速電鍍；配方 2適用于滾鍍、復雜件及小零件鍍錫，掛鍍時可適當提高錫酸鈉含量；配方 3適用于掛鍍、滾鍍時要相應提高游離堿含量 45 鍍液配制方法： 將氫氧化鈉 (鉀 )溶解在相當于欲配制溶液體積 2/3的去離子水或蒸餾水中，將錫酸鈉 (鉀 )調(diào)成糊狀，緩慢加入苛性堿溶液中，再加入已溶解好的醋酸鈉 (鉀 )，加水至配制體積。過濾溶液并通電處理。鍍液配制后應試鍍，若出現(xiàn)海綿狀鍍層，可加入 30％的雙氧水 ～，然后通電處理。 46 (1)陰極反應 堿性鍍錫液中錫以 [Sn(OH)6]2－ 絡離子形態(tài)存在 。 它通過下列反應生成： Na2SnO3+3H2O→Na2[Sn(OH)6] Na2[Sn(OH)6] = 2Na++[Sn(OH)6] 2－ 陰極反應主要是絡離子在陰極上還原為錫： [Sn(OH)6]2—+4e → Sn+6OH— 47 當鍍液中 Sn2+離子與氫氧化鈉作用生成的 [Sn(OH)4]2－ 絡離子 ， 比 [Sn(OH)6]2－ 更容易在陰極還原 ， 并使鍍層質(zhì)量惡化 。 故防止 Sn2+的干擾 ， 是堿性鍍錫獲得正常鍍層的關鍵 。 陰極過程的副反應是析氫反應： 2H2O+2e → 2OH— +H2↑ 因此 ， 堿性鍍錫的陰極電流效率在 60％ ～ 85％ 之間 ， 鉀鹽鍍液高于鈉鹽鍍液 。 (2)陽極反應 堿性鍍錫液中的 Sn2+離子主要來源于陽極的不正常溶解 ， 故必須掌握陽極溶解特性 。 在陽極電勢較低時 ，隨電勢升高 ， 電流密度明顯增大 ， 此時陽極以亞錫形態(tài)溶解： Sn+4OH－ →[Sn(OH)4]2－ +2e 48 陽極表面呈灰白色 ， 鍍層是疏松 、 粗糙 、 多孔的灰暗層或海綿層 。 當電流密度達到某一臨界值時 ， 電勢急劇升高 ， 陽極上形成了金黃色膜 ， 并以正常的錫酸鹽 (即 Sn4+)形式溶解： Sn+6OH－ →[Sn(OH)6]2－ +4e 該臨界電流密度即是錫陽極的致鈍電流密度 。 如果陽極電流密度繼續(xù)增加 ， 金黃色膜將逐漸轉變?yōu)楹谏?， 使陽極完全鈍化狀態(tài)而不再溶解 ， 陽極上只發(fā)生析出氧氣的反應： 4OH－ →O2↑+2H2O+4e 這時 ， 因錫離子得不到補充 ， 鍍液中的錫鹽濃度下降 ， 影響溶液穩(wěn)定性和鍍層質(zhì)量 。 黑膜太厚時需用酸溶解除去 。 49 由上可知 ， 電鍍時必須首先使陽極電流密度達到并略高于陽極致鈍電流密度 ， 然后調(diào)整到規(guī)定的工作電流密度范圍 ，使陽極經(jīng)常保持金黃色膜 ， 才能保證陽極溶解的是 Sn4＋ 。這是生產(chǎn)中工藝操作中的關鍵 。 致鈍電流密度值取決于鍍液的組成及溫度 。 增加游離堿和提高溫度 ， 能使致鈍電流密度增大；降低游離堿及溫度則反之 。 通常最佳陽極電流密度范圍為 ～ ， 鍍液中的錫含量 、 碳酸鹽 、 醋酸鹽等對此幾乎無影 響 。 50 (1)錫酸鹽 錫酸鈉 (鉀 )是主鹽 。 主鹽濃度增高有利于提高陰極電流密度 ， 加快沉積速度 。 但主鹽濃度過高時 ，陰極極化作用降低 ， 鍍層粗糙 ， 溶液的帶出和其它損耗均增加 ， 成本提高；主鹽濃度過低時 ， 雖能提高溶液的分散能力 ， 鍍層潔白細致 ， 但陰極電流密度 、 陰極電流效率和沉積速度都明顯下降 。 一般以控制主鹽中錫的含量在40g/L左右為好 (快速電鍍中可高達 80g/L， 滾鍍時則適當?shù)托?)， 此時既有較高的鍍液分散能力 ， 又可得到結晶細致的鍍層 。 錫酸鈉的含錫量應在 41％ 以上 ， 錫酸鉀的含錫量應在 38％ 以上 ， 以保證主鹽的質(zhì)量 。 51 (2)氫氧化鈉 (鉀 ) 苛性堿是堿性鍍錫不可缺少的成分 ，除能提高溶液導電性外 ， 其主要作用如下 。 a、 防止錫酸鹽的水解 錫酸鈉 (鉀 )是弱酸強堿鹽 ， 易水解： Na2SnO3+2H2O→H2SnO3↓+2NaOH K2SnO3+2H2O→H2SnO3↓+2KOH 在鍍液中保持一定量的游離堿 ， 可使上述水解反應向左行 ， 從而防止錫酸鹽的水解 ， 起到穩(wěn)定溶液的作用 52 b、 使陽極正常溶解 當陽極電流密度和鍍液溫度在規(guī)定范圍內(nèi)時 ， 保持一定游離堿量可使陽極以 Sn4+正常溶解 ， 即進行如下陽極反應： Sn+6OH－ →SnO32－ +3H2O+4e 游離堿含量過高時 ， 陽極電流效率降低 ， 陽極不易保持金黃色 ， 出現(xiàn) Sn2+的陽極溶解 ， 鍍層質(zhì)量下降 ， 鍍液不穩(wěn)定；而其含量過低時 ， 陽極易鈍化 ， 鍍液分散能力下降 ， 鍍層易燒焦 ，同時鍍液中還會出現(xiàn)錫酸鹽的水解 。 通?？刂朴坞x堿量在7g/L～ 20g/L為宜 。 53 c、 抑制空氣中二氧化碳的有害影響 鍍液中的 [Sn(OH)6]2－絡離子能吸收空氣中的二氧化碳 ， 按下式分解： [Sn(OH)6]2－ +CO2 → SnO2 +CO32－ +3H2O 保持一定量的游離堿可吸收空氣中的二氧化碳 ， 生成碳酸鈉 (鉀 )， 可抑制二氧化碳對主鹽的影響 。 d、 使 [Sn(OH)6]2－ 電離度降低 ， 提高陰極極化 。 當游離堿濃度過高時 ， 會使陽極的鈍化膜溶解 ， 此時應加入少量的冰乙酸來調(diào)整 。 含量低時 ， 陽極的表面會結上一層殼垢 ， 此時應補加一定量的氫氧化物 。 54 (3)醋酸鈉 (鉀 ) 某些鍍錫溶液中加入醋酸鹽 ， 以期達到緩沖作用 ， 實際上堿性鍍錫液中 pH值為 13， 呈強堿性 ，醋酸鹽不可能起緩沖作用 。 但是 ， 生產(chǎn)中常用醋酸來中和過量的游離堿 ， 起控制游離堿的作用 ， 故在鍍液中總是有醋酸鹽存在 。 (4)雙氧水 雙氧水是在生產(chǎn)中出現(xiàn)陽極溶解不正常 ，產(chǎn)生 Sn2＋ 離子時作為補救措施而加入 ， 以防止形成灰暗甚至海綿狀的沉積層 ， 因為雙氧水可以將溶液中的 Sn2+氧化成 Sn4+。 少量雙氧水在鍍液中會很快分解而不永久殘留 ，其加入量視 Sn2+的多少而定 ， 一般為 1mL/L—2mL/L， 如加入過多會降低陰極電流效率 。 也可以加入少量 (如 )過硼酸鈉來氧化 Sn2+。 55 (5)電流密度 提高陰極電流密度可相應提高沉積速度 ， 但陰極電流密度過高時 ， 陰極電流效率顯著下降 ， 而且鍍層粗糙 、 多孔及色澤發(fā)暗；陰極電流密度過低時 ， 沉積速度減小 。 陰極電流密度的高低應根據(jù)鍍液溫度 、 錫酸鹽濃度 、游離堿含量及錫酸鹽類型 (鈉鹽或鉀鹽 )確定 。 陽極電流密度過低會使得陽極的鈍化膜消失 ， 因此要注意電流密度的調(diào)節(jié) 。 若陽極表面發(fā)黑表明陽極電流密度過高 ，應調(diào)節(jié)電流密度 ， 并應取出陽極 ， 用酸清洗至潔凈 。 56 (6)溫度 提高溫度能使陽極和陰極電流效率增加 ， 并可得到較好的鍍層 。 但溫度過高 ， 能源消耗大 ， 鍍液損耗多 ，同時陽極也不易保持金黃色膜 ， 易產(chǎn)生 Sn2+而影響鍍層質(zhì)量和鍍液穩(wěn)定性；溫度過低將影響陽極的正常溶解 ， 并使陰極電流效率及沉積速度下降 。 降低溫度時 ， 必須相應地降低陰極電流密度 ， 才能保證鍍層質(zhì)量 。 堿性鍍錫溶液一般工作溫度在 60℃ － 90℃ ， 鉀鹽體系鍍液允許采用的溫度較鈉鹽體系略高 。 57 (7) 鍍液維護與外來雜質(zhì)的去除 錫酸鹽鍍液對外來雜質(zhì)不敏感 ， 主要有害雜質(zhì)是 Sn2+離子 。 Sn2+的含量超過 ， 就會明顯影響鍍層質(zhì)量 。 所以 ， 堿性鍍錫液相當穩(wěn)定 ， 只要控制好游離堿及防止 Sn2+的產(chǎn)生 ， 一般不會出現(xiàn)故障 。 生產(chǎn)中可通過下列現(xiàn)象來判別 Sn2+是否生成： a、 陽極周圍缺少泡沫 ， 這意味著 Sn2+開始生成 。 b、 槽電壓低于 4V時 ， 應注意陽極上是否有金黃色膜形成 ，因為陽極鈍化時的槽電壓一般在 4V以上 。 c、 鍍液顏色呈異常的灰白色或暗黑色 ， 這是亞錫酸鹽水解 ，膠狀氫氧化亞錫開始沉淀引起的 ， 正常的鍍液應為無色的草黃色 。 58 陽極在工作時要有一層黃綠色的膜 ， 這層膜在使用前就應該產(chǎn)生并且在使用中一直保持存在 。 一般是在鍍錫之間用鐵為陰極 ， 當作負載 ， 錫板為陽極 ， 在已配好的鍍液中 ， 以 2倍的電流密度進行通電生成這種膜 。 并注意 ， 在沒有負載和通電前 ， 決不能將陽極浸入鍍液中 。 如果鍍層發(fā)黑或出現(xiàn)海綿狀 ， 表明鍍液中的二價錫離子含量過高 ， 應用電解氧化法氧化或化學法除去 。 電解氧化法 陽極電流密度 3～ 4 A/dm2 陰極電流密度 8～ 10A/dm2 陽極 不溶性的鎳板或鍍鎳鋼板 化學法 過硼酸鈉 59 生產(chǎn)中可采取以下方法使錫陽極保持金黃色 ， 以 Sn4+形態(tài)正常溶解 ， 防止產(chǎn)生 Sn2+的生成： a、 陽極帶電入槽 ， 并始終保持陰 、 陽極面積比 ， 電鍍過程中不能斷電 。 因為 ， 不通電或陽極電流密度小時陽極以Sn2+形態(tài)溶解 。 因此 ， 當?shù)谝徊哿慵氩蹠r ， 應先打開電源 ，把零件掛在陰極導電棒上 (必須注意不能