[摘 要] 研究了镀液中铈盐含量不同时对电镀锡参数及性能的影响。测定了镀液的均镀能力和镀层抗介质腐蚀的能力,探讨了铈盐的加入对镀层电导率的影响,实验证明,一定量铈盐的加入可扩大阴极电流密度范围,增强镀液的均镀能力,加宽镀层的光亮范围,提高镀层的耐蚀性和镀层的电导率,结果表明,铈盐的最佳添加量为15ｇ Ｌ。
[关键词] 电镀锡;铈盐;电流密度范围;光亮度;耐蚀性
0 引 言
稀土由于其独特的物理化学性能而被广泛应用于科研生产的各个部门,稀土作为电镀添加剂亦有较多的研究与应用;铈的加入可提高光亮镀锌层的耐蚀能力35%[2];将稀土阳离子添加到铬酸电解液中,可以在较低的ＣｒＯ3浓度、较低的温度下获得高光亮度的铬镀层;铈在金属镀层中可增加镀层的耐高温、抗氧化的能力,还可以消除锡镀层产生“锡瘟”的弊病,改善镀层的可焊性;资料显示在镀锡液中加入可溶性铈盐,可改善镀层的光亮性和电导率,可以代替镀银并可保持锡镀层长时间不变色;文中对正在应用的镀锡液进行研究,探讨了铈盐的添加对电镀锡参数和性能的影响。
1 实验部分
1.1 实验配方与工艺流程
实验采用下述配方:80ｇ ＬＳｎＳＯ4、50ｇ ＬＨ2ＳＯ4、2ｇ Ｌ明胶、添加剂适量。以此为基础镀液,施镀温度20～30℃、通过霍尔槽的电流强度1～4Ａ,硫酸铈分别以0ｇ Ｌ、5ｇ Ｌ、10ｇ Ｌ、15ｇ Ｌ、20ｇ Ｌ的不同量添加到基础镀液中。
制备试样的工艺流程为:除油→水洗→除锈→水洗→活化→水洗→电镀→水洗→擦干→保存→性能测试。
1.2 测试仪器与测试方法
利用267ｍｌ霍尔槽实验测得电流密度和光亮度范围;通过ＨＤＶ7Ｃ恒电位仪测绘极化曲线,利用阳极极化曲线计算得到腐蚀电流密度值,利用阴极极化曲线计算出极化度;以ＱＪ44型开尔文电桥测定得到电导率。
2 结果与讨论
2.1 电流密度和光亮度
在通过霍尔槽的电流强度不同的条件下,分别加入0ｇ Ｌ、5ｇ Ｌ、10ｇ Ｌ、15ｇ Ｌ、20ｇ Ｌ的硫酸铈,以最近阳极点一边认为镀层开始满意的点到镀层开始转坏的点之间的距离,作为光亮区范围。适用电流密度范围根据下述公式计算:
Ｄｋ:电流密度;Ｉ:通过霍尔槽的电流强度;Ｌ:最近阳极点一边认为镀层开始满意的点的距离和最近阳极点一边认为镀层开始转坏的点的距离,其值在0.635～8.255ｃｍ有效。
实验结果显示,随着铈含量的增加,光亮区范围不断增加,增加范围由1～2ｃｍ不等;电流密度范围亦有显著拓宽,结合光亮度范围考虑,加入铈盐后的电流密度可选定在1.5～5.0Ａ ｄｍ2之间。
2.2 镀层抗硫化腐蚀能力
表1和表2分别列出在添加不同量铈盐的情况下所获镀层在5‰ＳＯ2和1‰Ｈ2Ｓ气氛中的抗腐蚀能力。
从表中不难看出在5‰ＳＯ2气氛中,随铈盐含量的增加,抗腐蚀性逐渐增强,在20ｇ Ｌ与15ｇ Ｌ时基本相同。所不同的是在1‰Ｈ2Ｓ氛围内,试片的抗腐蚀性随铈盐含量由0～15ｇ Ｌ的增加而增加,但当铈盐含量为20ｇ Ｌ时,镀层的耐蚀性急剧下降;利用所测镀层的阳极极化曲线和镀液的阴极极化曲线计算出腐蚀电流密度和平均极化度,见表3。从表中可以看到,镀层在0.5ｍｏｌ ＬＨ2ＳＯ4溶液中的抗腐蚀能力的规律与上述情况相同,其腐蚀电流密度逐渐下降,而当铈盐含量为20ｇ Ｌ时,腐蚀电流密度高达36.80ｍＡ ｃｍ2。
分析表3中的平均极化度的数值,笔者认为随着铈含量的增加,镀液的电导率逐渐提高,改善了电流在阴极上的分布,使之电流在阴极上分布较均匀,电流的分散能力越好,所获镀层的均匀度和光亮度也就会随之变好。而铈盐的添加量为20ｇ Ｌ时,从平均极化度数值上看,其镀液的均镀能力明显下降,这正是导致其所获镀层耐蚀能力下降的原因之一。同时笔者注意到,在基础镀液中添加铈盐到20ｇ Ｌ时就已达到在镀液中溶解的极限值,稍有过量镀液即会有浑浊现象发生,在添加量少于20ｇ Ｌ时,所配镀液稳定放置时间较基础镀液延长10～15天,并且也是随着铈盐含量的增加而增加,在15ｇ Ｌ时镀液稳定放置时间最长,20ｇ Ｌ时,几个镀液样品的稳定放置时间不一,只有一个样品超过基础镀液的稳定放置时间。说明添加20ｇ Ｌ铈盐的镀液是极不稳定的,温度的变化、镀液其它条件的变化都会使铈盐在镀液中的溶解度发生变化而有少量铈盐析出,造成镀液不稳定,使获得的镀层质量欠佳,性能不稳定,从而导致镀层耐蚀性下降。
2.3 镀层的电导率
锡镀层在低温情况下易发生“锡瘟”,从而导致锡镀层包括导电性在内的许多性能急剧下降;铈盐的加入能否改善这种现状,笔者考察了加入铈盐后所获镀层在30℃、-30℃、-40℃的电导率的变化,结果如表4所示。可见,在铈盐加入量由0ｇ Ｌ增加到15ｇ Ｌ时,镀层的电导率无论在哪个温度下都是逐渐增加的;随温度由高到低,无论铈盐加入量是多少,电导率都是下降的,只是下降的幅度有所不同。在白锡到灰锡的相变点附近以下10℃的区域内,下降的幅度远大于由30℃到相变点附近60℃的区域内所下降的幅度;但当铈盐加入后,无论在30℃、-30℃还是-40℃时,锡镀层电导率都不同程度地得到改善。可能依然是镀层质量的问题,导致铈盐加入量在20ｇ Ｌ时,镀层的电导率发生异常。
3 结论
适量加入可溶性铈盐,可提高电镀锡镀液的稳定性;使电流密度范围拓宽,最佳电流密度范围为1.5～5.0Ａ ｄｍ2,加宽光亮度范围1～2ｃｍ;改善阴极电流的分散性和镀液的均镀能力;提高镀层在5‰ＳＯ2、1‰Ｈ2Ｓ气氛中和0.5ｍｏｌ ＬＨ2ＳＯ4介质中的抗腐蚀能力;提高镀层的电导率,特别是提高低温下的电导率;综合各方面的因素,铈盐的最佳加入量应为15ｇ Ｌ。
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