电镀锡工艺_培训

  电镀过程遵循法拉第定律，即：⑴在阳极上和阴极上释放的物质数量直接同通过溶液的 电量成比例；⑵相同的电量在阳极上和阴极上释放相同当量数的物质。 利用法拉第定律计算，在 1 秒内通过一安培电流后，在带钢表面上将沉积出 0.615mg 的 金属锡。电流通电一小时，可沉积出 2.214 克金属锡。 当带钢连续通过镀槽时，单面镀锡层厚度 G 计算：

  良好的镀锡基板是生产镀锡板的前提 而镀锡基板的生产是个系统工程，从冶炼到传统的热连轧、冷连轧、连续退火等 镀锡原板用钢大多采用低碳软钢，含碳量一般为 0.03%～0.13%。在连铸技术发展以 前，大多采用模铸沸腾钢和压盖钢。这些钢虽然钢锭表面上的质量好，可轧制镀锡原板， 但由于钢锭浇铸和凝固过程中存在成分偏析及在轧制方向和宽度方向上机械性能差 异大，不能用作高深冲成形性能的镀锡原板。自 70 年代连铸技术取得快速地发展以后， 由于连铸板坯化学成分均匀，偏析小，机械性能波动小，适合于提高镀锡板的外形质 量 和 成 形 稳 定 性 。 目 前 镀 锡 板 用 钢 基 本 上 都 已 连 铸 化 了 。

  一、工艺的指导思想  最终用途决定工艺  工艺的一致性  在产品质量和生产所带来的成本之间找到最佳的平衡点  安全问题 二、镀锡板简介 电镀锡板因其基板具有合适的强度、优良的焊接性和冲压性，表面镀层拥有非常良好的耐 腐蚀性，易于涂布、印刷而大范围的应用于食品、饮料、喷雾剂、化工和油漆等的包装以 及各种器具的制造。 电镀铬板又被称作无锡钢（Tin Free Steel） ，简称 TFS,是指“代替镀锡板使用，而表面 又不镀锡的薄钢板”。大体上分为铬系无锡钢(TFS-Cr)和镍系无锡钢(TFS-Ni)两类。目前 流行的为铬系无锡钢，欧洲通称为 ECCS。这种材料最初是由锡资源缺乏的国家开发 成功， 后作为镀锡板的一种代用品， 被许多国家在制罐行业中推广。 它与镀锡板相比， 具有生产所带来的成本低、表面附着力强、涂印效率高、耐硫性好等显著优点，大范围的使用在杂品 罐及瓶盖等。 三、镀锡板的分类（GB/T 2520-2000）和性能 按成品形状：板、卷 按钢级：一次冷轧、二次冷轧 按钢基： L、 MR、D ：L 型钢残留元素(Cu、Ni、Cr、Mo 及其它元素)成分特别少， 具有极优良耐蚀性，MR 型残留元素成分较宽，耐蚀性好，用作一般用途，D 型是铝 镇静钢，在深冲加工或经受易产生拉伸应变纹情况下使用 按退火方式：箱式、连续 按表面外观：光亮、石纹、银光、无光 按镀锡量：等厚、差厚 按钝化种类：阴极电化学、化学 按表面上的质量：Ⅰ级、Ⅱ级 镀锡板的性能 机械性能（调质度） ：镀锡板的机械性能是指镀锡原板即钢基板的机械性能。它主要 由钢基板的化学成分、轧制工艺和退火工艺决定。 耐蚀性：耐蚀性是镀锡板最重要的性能。镀锡板大量用来制造食品罐，如水果罐、奶 粉罐、午餐肉罐等，由于盛装的食品种类非常之多，其腐蚀也有不同特点，因此要求镀锡 板具有适应其内装物特点的耐蚀性。 原板的化学成分和表面纯净度影响镀锡原板耐蚀性。一般要求硫、磷、铜含量越少越 好，但也有特殊情况，如对盛有可口可乐类含 CO2 的饮料，硫含量高些反而提高原板 的耐蚀性，对盛有桔子等含柠檬酸的食品，铜含量多些对耐蚀性也有利。 四、镀锡板生产的发展的新趋势 合理的工艺选型：弗洛斯坦法 镀锡板厚度、镀层厚度减薄 采用感应软熔电阻软熔 TFS 比例增加 重视对无铬钝化的研发 配有高速高精度剪切机组 五、电镀锡工艺 5.1 电镀锡原板（基板）

  式中，K－（0.615）锡的电化当量 I－单面镀锡总电流；安培 B－带钢宽度，米 V－带钢速度，m/min S－带钢面积 η －阴极电流效率，90-95％ 电镀锡反应原理 Sn 阳极不断溶解，以 Sn2进入溶液，Sn2到达并沉积在带钢上。 阳极反应：Sn-2e→Sn2 阴极反应：Sn22e→Sn 作为阴极的带钢表面上除了发生 Sn2得到电子还原为锡原子的过程外，还有许多锡原子 结晶为锡晶粒的过程，这两部分称为锡的沉积过程。 阴极效率为 90％-95％，电镀液中 Sn2不断累积，所以使用不溶性阳极 电镀液成分控制 Sn2: 26~32g/l 游离酸： 13~16 g/l ENSA: 3-6 g/l Sn２＋∶[H＋]＝2∶（0.9～1.1） 温度： 25~50℃ 电镀锡溶液由 Sn2、PSA、ENSA 等配成：首次配槽有 SnSO4 、PSA、ENSA

  镀锡板可按不同的洛氏表面硬度分成不同调质度 T1～T6， DR8～DR10 的钢板，其 中 DR8～DR10 为通过二次冷轧的镀锡板。调质度不同对钢的成分要求不同，其用途

  也不同。 5.2 镀锡线分类 电镀锡机组按其电解液种类的不同，可分为酸性法、卤素法及碱性法。 酸性型以弗洛斯坦型(Ferrostan，简称 F 型)应用最普遍，以硫酸亚锡作为电解液，是由美 钢联开发的。我国目前绝大多数的电镀锡生产线是 F 型的。 卤素型(Halogen，哈罗根法，简称 H 型)多数集中于美国，其电镀液是采用氯化亚锡和碱 金属氟化物的水溶液并以萘酚磺酸或聚氧乙烯类化合物作添加剂。我国的江苏统一和福 建统一电镀锡公司采用的 H 型。 碱性法(简称 A 型)以锡酸钠为电解液，由于工艺陈旧，耗电大(电镀时由 Sn4～Sn，电流 效率低，已大部分被淘汰。 3 种类型镀锡线

  水溶液中。加入增强湿润乳化和分散能力的表面活性剂。 电解脱脂：中间导电体法,无导电辊。出口带钢为阳极，产生氧气。一定要注意的是出 口钢带不能为阴极，以免产生氢气，造成氢脆。 带钢为阴极：析 H2 4H2O4e＝2H24OH带钢为阳极，析 O2 4OH--4e＝O22H2O 电极表面上大量气体的析出，对油膜产生强大的乳化作用。 电解清洗过程是电极极化和气体对油膜机械撕裂作用的综合。这种乳化作用比添加剂的 作用要强烈的多，加速了除油过程。 电解清洗剂中不需要乳化剂，特别是 Na2SiO3 不利于锡的沉积。电解脱脂也不含硅酸钠。 电解清洗的最大的作用是完全清除带钢表面上的油污，活化带钢表面，利于锡的沉积。 电解酸洗 除去带钢表面的氧化铁，活化带钢表面，但防止过度酸洗 酸洗液中 Fe2 ＜15g/l 带钢为阴极：析 H2 4H4e＝2H2 带钢为阳极，析 O2 2H2O-4e＝O24H 序号 工艺 温度 电流密度 浓度 1 化学脱脂 60-80℃ 2 -4% 2 水液刷洗 常温 3 电解脱脂 60-80℃ 10-20A/dm2 2.5-5.0% 4 水刷洗 常温 5 电解酸洗 常温 10-20A/ dm2 3-7% 6 水刷洗 常温 纯水喷洗 5.3.2 弗洛斯坦工艺 电镀段组成：F 型电镀段由 5 个立式浸入型电镀槽和 2 个废液回收槽组成。电镀槽和废 液回收槽分别配置各自的槽液循环系统。

  1、PSA、ENSA 和铬酐、重铬酸钠不能非间接接触，否则会引起自燃； 2、生产高镀锡量板可取工艺上限值，生产低镀锡板应取下限值。无论任何情况，镀液 加温不允许静止加温，一定要边循环边加温。高锡板生产时应尽量以较低温度生产(经验 表明用更热的镀液可改善镀锡板的外观)。 。 3、仅在生产线运行时才加入 ENSA。 4、一般来说，后面的电镀行程（除了最后一个向上行程）应首先被利用。例如，若在一 定的线 个行程的生 产线。一般生产中应避开使用最后一个行程（10）以减小电镀 缺陷。 5、PSA 添加投放流量：15 升/分（也即：1m3 的液体要 1 小时之后的加注时间） ；ENSA 添加方法：用 50℃以下的纯水配成 100g/l 的溶液搅拌 60 分钟，再以点滴的方式加入到 镀液中。点滴速度：6.5 升/小时，严禁一次式加注（镀锡层出现光泽不良时除外） 电镀液成分控制的必要性 锡的浓度过低会造成高电流密度缺陷，例如烧焦区和白边。 游离酸浓度太低会明显减小溶液的电导度而需要较高的电镀工作电压。游离酸浓度大于 25g／l 会招致电镀操作的问题。例如镀层污斑，锡堆等。较高的硫酸根浓度并无害处。 高的硫酸根浓度同高的铁离子浓度一起表示酸洗的冲洗操作不良。 电镀液中的有害成分 Sn4＜3g/l Fe2 ＜15g/l Cl- ＜15mg/l Cr3 ＜35mg/l Sn4：电镀液中的有些二价锡会逐渐地氧化成四价锡，电镀液通常会生产一种灰色的淤 泥。淤泥中还会含有黑色的痕量杂质，即通常存在于锡阳极中的铝、砷、铋、镍、铅和 锑之类元素。其他元素，如铜和铁等是从生产线的设备溶出而进入镀液的。 电镀液中可容纳有约 1～3g／l 呈悬浮状态的四价锡。一旦变成了四价状态，锡就不能再 被用于电镀并作为不溶解的沉淀物而损失掉（锡泥） 。 2 Fe ：镀液中若含过量的铁，大于 20 g／l，会促进二价锡氧化成四价锡，造成过量的淤

  PSA 是用浓硫酸和苯酚按照一定配制比例磺化制备而得，其作用是保证电解液有良好的 导电性，并提供带负电荷的苯酚磺酸离子，与带正电荷的亚锡离子相结合,并防止二价锡 氧化成四价锡。 ENSA（乙氧基化α -萘酚磺酸） α -萘酚磺酸聚氧乙烯醚）是一种添加剂，可以使此镀 （ 液能沉积出连续的附着良好的锡镀层并能随后通过软熔而光亮，它也能阻止二价锡氧化 成四价锡。 正 常 镀 层 重 量 轻镀层重量 （No.20 整 个 范 围 的 镀 层 （No.25 及更重） 及更轻） Sn＋２ 游离酸

  在这些电镀液中，以 F 型电镀液浓度范围较宽，生产中的问题较少，产品质量最好，因 此，F 型应用最广。我们的电镀锡生产线将采用 F 型电镀液。 5.3 电镀锡工艺描述 化学脱脂→1#喷淋刷洗→电解脱脂→2#喷淋刷洗→电解酸洗→3#喷淋刷洗→电镀锡→1# 回收→2#回收→热风烘干→软熔→淬水→电解钝化→2#热风烘干→静电涂油 5.3 .1 前处理 包括：化学脱脂→1#喷淋刷洗→电解脱脂→2#喷淋刷洗→电解酸洗→3#喷淋刷洗 化学脱脂：主要是依靠化学物质与油脂的皂化或乳化作用，使油脂脱离钢板而溶于

  镀锡板用钢的化学成分按 ASTM A 623 标准规定可分成 L， MR， MC， D 型 4 种， 其化学成分见表 1。表中所列各种元素百分比含量都是最大值，实际含量通常要低得 多。其中 L 型钢残留元素(Cu、Ni、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱr、Mo 及其它元素)成分特别少，具有极优良耐 蚀性，MR 型残留元素成分较宽，耐蚀性好，用作一般用途，MC 型含 P 量较高，起 到增加强度的作用，D 型是铝镇静钢，在深冲加工或经受易产生拉伸应变纹情况下 使用。另外，美国、日本一些镀锡专业厂采用连铸法也生产了镀锡板用的准沸腾钢和 铝镇静钢。其化学成分见表 2。 武钢采用连铸生产准沸腾钢来代替 W08F 钢， 生产镀锡板， 成品质量符合 GB 2520-88 标准，化学成分见表 3。

  泥，并会引起高电流密度缺陷(烧焦的粉末状污痕)的增加。 Cl-：氯离子对于镀液是一种毒化成分，溶液中氯离子应少于 15 mg／l，所以去离子水或 专用水才能用于酸洗的冲洗以及配制镀液和带出液回收溶液。镀液中氯离子的污染也会 增加镀液产生淤泥的速度。 Cr3： 铬离子对于电镀液也是一种毒化成分， 它会导致二价锡的氧化并增加产生淤泥的速 度。电镀液中二价锡的损失会导致白边和高电流密度条纹缺陷等镀层缺陷。铬离子浓度 为 100 mg／l 时就可以觉察到铬的有害作用。铬所污染的电镀液能够最终靠它的暗绿颜色 和大量的淤泥而觉察出来。镀锡板镀液中的正常铬离子浓度为小于 35 mg／l。 回收槽作用：回收，作助熔剂 助熔剂处理：酸含量的作用是可以除去带钢上任何氧化物(它会在软熔时引起暗雾状表 面)，并可保持溶液中的锡不致氧化和沉淀。锡盐的作用是作为助熔剂，使镀在带钢上的 锡通过软熔，而熔化成均匀、光滑的表面。 电镀液回收控制条件： 1＃回收槽：Sn2：H最好按 1：1 控制 Sn2≤10g/l 2＃回收槽：Sn2：H要确保 1：2 控制 Sn2：1-2g/l ，H：2-4g/l 温度 40~60℃ 回收液的配制：严禁直接加纯水，只能加 2＃回收液和配了 PSA 的溶液。 5.4 软熔工艺 5.4.1 目的和方法 软熔的目的是使带钢加热到锡的熔点 232℃以上， 镀锡层瞬间熔化， 由此获得光亮的无针 孔的锡层。在锡层与带钢之间生成 FeSn2 合金层，既提高了镀锡层的结合力，又增强了 镀锡板的防腐能力。软熔过程生成的 FeSn2 合金层厚度为 0.4—0.8g/m2，合金层中 Fe 含 量 80.95％，软熔温度为 232—300°C，合金层厚度与软熔最高温度和维持的时间成正比。 带钢加热方法有电阻加热法、感应加热法以及电阻＋感应组合加热法 3 种。 利用带钢的电阻性能，在带钢上加交流电加热方式称为电阻软熔。其缺点是：速度慢， 效率低，由于带钢与导电辊接触，易烧辊，生产所带来的成本高，采用高频感应加热方式使镀锡 板锡层再熔化称为感应软熔或感应软熔加热。感应软熔的优点是加热速度快、非接触、 产品质量可控。由于带钢不接触导电辊,因而不会产生电阻软熔时有可能会出现的电弧烧点等 表面缺陷,同时由于感应软熔的加热速度很快,有利于减少锡层的氧化,从而增加了镀锡板 的整体耐蚀性。其缺点是加热的效率比电阻软熔低，高频、大功率使用时，电子功率器 件的成本高，调试困难，在中低速生产线上很少单独使用。 软熔工艺如果加热时间过长，温度过高，会使镀锡板上生成氧化亚锡，降低镀锡带钢表 面质量，还会影响到板形，往往采用感应软熔与电阻软熔配合使用。电阻软熔做基础加 温，即加温到锡的熔点 232℃下某点（如 200℃） ，由感应式加热快速升温到锡熔点以上。 5.4.2 镀锡板软熔加热曲线