铅锡合金电镀工艺与应用

    二价锡和铅的标准电极电位仅相差10mV，超电压也都很小，所以它们很容易在不含较强络合剂的强酸性溶液中共沉积。通过改变溶液中两种金属离子的浓度比，便可镀得组成不同的各种铅锡合金镀层。表2-25是镀层合金的成分随镀液铅锡比改变而变化的情况。

注：温度25（15～38）℃，阴极电流密度3A／d㎡，缓慢搅拌，合金阳极由高纯锡和铅制成，阳极面积与阴极面积比为2：1。

（1）铅锡合金镀液组成及工艺条件（表2-26）

（2）镀液配制

    ①将氟硼酸亚锡液和氟硼酸铅液按要求量，混合在塑料槽中（如无市售品，可由氢氟酸与硼酸先形成氟硼酸，并分别与碱式碳酸铜或氧化铜反应，制得氟硼酸铜，再与锡粉置换，得氟硼酸亚锡；氟硼酸铅可由氟硼酸与氧化铜反应配制而成）。

    ②将桃胶或蛋白胨和胶类添加剂，溶于温水中，过滤后加入槽中。其它光亮剂在混合好后加入，也可单独加入。

    ③加水至规定体积，再试镀。
（3）镀液成分及工艺条件的影响

    ①氟硼酸铅和氟硼酸亚锡 两者均为镀液主盐，提供被沉积的金属离子，浓度高，允许使用高电流密度，沉积速度快，但分散能力降低；浓度低，则分散能力好。铅、锡可在广泛范围内变化，改变其离子浓度比，可以得到各种成分的合金。

    ②游离氟硼酸 其存在可抑制Sn^2＋的水解，保持镀液的稳定，使铅锡合金阳极正常溶解，而且还能提高镀液的电导率和分散能力。

    ③硼酸 硼酸在溶液中起缓冲作用，能抑制金属盐的水解。

    ④添加剂 间苯二酚、桃胶、蛋白胨的加入，可改善镀液的分散能力，使镀层结晶细致。间苯二酚可降低镀层的脆性；蛋白胨可抑制树枝状结晶的生成，使镀层结晶细化。添加剂加入过多，会使镀层变脆，加入量不足，镀层变粗发黑。

    ⑤温度 合金镀层中锡的含量，会随镀液温度的升高而增加。但温度过低，阴极电流效率降低，镀层变粗糙。

    ⑥胶体物质 加入胶体物质如桃胶、蛋白胨等可提高阴极极化，细化结晶，改善分散能力，尤以蛋白胨的作用最明显。胶体含量太少，镀层粗糙发黑，过多会引起镀层发脆。

    ⑦电流密度 随电流密度升高，镀层中锡含量也增加，反之，则减少。

    ⑧基体材料 铅锡合金通常镀在钢铁、铜及其合金、铝及其合金上，为使镀层在热熔化时色彩均匀光亮，均需预镀铜。铜及合金镀1～3min，钢铁和铝合金镀3～10min。

    ⑨镀层厚度 用于钎焊的合金要稍厚，钢铁基体镀20～30μm；铜及铜合金镀25～30μm；铝及铝合金镀40～60μm。为提高合金抗蚀性、光亮性、可焊性和可焊存储期，镀后宜进行热熔化处理。

（4）镀液的维护管理

    ①镀液中Sn^2＋的含量，是决定镀层含量的最主要因素。镀液长期不用，或误用空气搅拌时，Sn2＋容易氧化成不溶性的偏锡酸。因此，镀液不能采用空气搅拌，调整镀液时要补加氟硼酸亚锡。

    ②温度超过15℃时，镀层含锡量略有上升，电流密度升高时，镀层含锡量也上升。高分散能力的镀液电流密度，应控制在1.5～2.0A／d㎡之间，超过2.5A／d㎡时，镀层会“烧焦”。

    ③搅拌太剧烈，会降低镀层锡含量，宜采用阴极移动。

    ④阳极应加聚丙烯布袋，布袋事先要用65℃热水洗去有机物。

    ⑤正常情况下，阴阳极电流效率均约为100％。

    ⑥有些零件电镀时的阴、阳极面积比，达不到2：1时，可采用阴极旋转或溶液流动的方法来提高使用的电流密度。

    ⑦为提高溶液的稳定性，防止锡的氧化，镀液中可加入0.5～1.0g／L的间苯二酚，还可适当提高镀层的含锡量。

    ⑧蛋白胨能抑制树枝状晶体形成，达到镀层晶粒细化，并可提高镀液分散能力。但使用一段时间后，有难闻的气味产生，需经常用活性炭处理，以除去蛋白胨的分解物，每年至少要处理三次。活性炭在镀液经4h吸附或过夜过滤去除，并尽可能加以搅拌。

（5）杂质的影响与去除

    ①硫酸根与铅形成白色沉淀，悬浮于溶液中，使镀层粗糙、毛刺、结疡，可过滤去除。

    ②胶体分解产物的积累，常在镀层中夹杂，造成镀层结晶粗糙、发脆、条纹、锡含量降低。应定期用活性炭处理和过滤。

    ③二价锡氧化成四价锡后发生水解，导致溶液浑浊、电流效率下降和镀层发脆，过滤去除。

    ④金属杂质铜、银、锌、镉、铁、镍等，主要来源于阳极不纯和零件掉落腐蚀。会妨碍钎焊性合金的焊接性能。其中铜影响最大，镀层中含铜0.25％时，焊接就难于进行。对于轴承用合金，金属杂质通常会提高合金镀层的硬度，从而降低电流密度电解去除。

（6）铅锡合金的钝化处理

    铅锡合金层在空气中易氧化，影响镀层的焊接性。为了保证镀层在大气中的稳定性，如减少手指触摸后镀层表面被污染，必须镀后进行钝化处理。

    钝化液配方如下：
    重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）            8~10g/L            温度／℃            室温
    碳酸钠（Na₂CO₃）               18~20g/L          时间／min          2~10
（7）铅锡合金不良镀层的退除（表2-27）

本文转载自《合金电镀工艺》编著    曾祥德
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