论锡层附着性

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【摘 要】镀层附着性与酸洗液、碱洗液及电镀液的浓度等等密切相关，酸洗液、碱洗液及电镀液的浓度，碱洗电流，电镀电流的大小，添加剂成分比例和浓度直接影响镀层的附着性，另外还有温度，搅拌方式等等也都将影响镀层的附着性。

【关键词】镀层；电镀原理

1.引言

（1）碱洗液与锡层附着性的关系。

（2）酸洗液与锡层附着性的关系。

（3）电镀液与锡层附着性的关系。

2.电解镀锡的现状和未来

随着现代化科学技术的飞速发展，电镀已由手工业的生产方式跨入了现代化的高速电镀的生产行列，并且随着各方面需要的增长，它的应用范围正在与日俱增，特别是功能材料中，各种功能镀层的应用日益广泛，用较薄的镀层代替整体金属器材，节省了大量贵重金属，电镀的重点正在逐步地由解决器件的装饰与防护问题，向着以电沉积表层金属材料和节约贵重金属为目的的方向发展。

锡层附着性与碱洗液，酸洗液及电镀液等之间的关系。

2.1电镀原理

电镀反应是一种典型的电解反应，在氟硼酸电镀液中的主要成分是氟硼酸亚锡和氟硼酸，锡主要呈二价状态，阴极效率高达90%以上，阴极的主要反应是：

Sn2++2eSn

氟硼酸电解液的阳极反应也比较简单，在正常操作条件下，阳极溶解良好，表面光亮，阳极的主要反应是：

Sn-2eSn2+

2.2锡层附着性与碱性洗液之间的关系

在电镀过程中，影响镀层附着性的因素很多，镀前处理也是非常重要的，镀前处理的好坏，将直接影响到镀层的附着性，碱洗的目的就是要除去被镀件表面的油污，使镀层与基体较好的结合，采用电化学除油比化学除油速度高，油污消除的干净。

在电化学除油时，不论被清洗件作为阴极还是阳极，其表面上都有大量的气泡产生，这个过程实质是电解水的过程：

2H2O2H2+O2

当被清洗件作为阴极时，其表面上进行的是还原反应过程，并析出氢气。

4H2O+4e?=2H2+4OH?

当被清洗件作为阳极时，其表面上进行的是氧化反应过程，并析出氧气。

4OH?-4e?=O2+2H2O

综上所述，对整个电化学除油过程的机理可简述如下：当把带有油污（膜）的金属制品通过碱洗液时，被清洗件为阴极或阳极，在其表面上析出大量的氢气泡或氧气泡，这些小气泡挤附在金属表面的油污上，使油膜破裂成小油珠，并附着在小油珠上，由于新的气泡不断产生，气泡就逐渐变大，当气泡大到一定体积时，在浮力的作用下，气泡带着油珠脱离金属表面，浮到液面上来，由此可见，在碱性溶液中，电化学除油是电极极化和气泡对油膜机械撕裂的综合过程。

在园铜线镀锡过程中，由于使用的进料一般是由拉线设备拉制的，线表面不可避免地要附着一些液，为了使镀层与基体能结合的更牢固，就必须清除线表面的油污，一般碱洗液的主要成份是氢氧化钠和无水碳酸钠或结晶碳酸钠，在碱洗液中，碱洗液的浓度与碱洗电流强度直接到线表面油污的清洗程度，碱洗浓度低或碱洗电流减小，线表面油污清洗不好，使线在电镀过程中，锡离子与导线（基体）间接合不牢固，碱洗浓度过高或碱洗电流过大，虽然可以提高除油速度，但是同时也会带来不利因素，特别是氢氧化钠浓度过高，它会使金属表面生成一层影响电镀的氧化膜。

2.3酸洗液与锡层附着性的关系

在电镀过程中，影响镀层附着性的另一因素即被镀件表面存在氧化物，因为一般情况被镀件都与大气长期接触或经过热处理，在其表面必然形成一层氧化物，氧化物的清洗程度直接关系到镀层附着性，酸洗的目的，就是要清除被镀件的表面氧化物，使镀层与基体能较好的结合，在园铜线镀锡过程中，使用的园铜单线在退火过程中，由于温试过高或密封不好等因素都将造成线表面产生一层氧化物，为了使镀层与基体能结合的更牢固，就必须清除表面氧化物，一般设备采用浸蚀法，酸洗液的主要成份是氟硼酸，其主要作用是除去基体表面氧化物，其反应机理：

CuO+2HBF4=Cu（BF4）2+H2O

在酸洗过程中，酸洗液的浓度也直接影响基体表面氧化物的清除程度，直接影响到镀层的附着性，酸洗液浓度太低，基体氧化物清除不好，使金属离子与基体结合不牢，酸洗液的浓度过高，将造成基体表面损坏。

因此，对于酸洗液的浓度就要根据被镀件基体被氧化程度，配制一定浓度的酸洗液。

2.4电镀液与锡层附着性的关系

经过碱洗、水洗、酸洗前处理后，进入电镀槽，被镀件就是在这里，金属离子在直流电作用下，在阴极上沉积出金属，完成电镀过程，因此，电镀液中的各个成份，都将影响镀层附着性，一般在氟硼酸电镀液中，电镀液的主要成份是氟硼酸亚锡，氟硼酸和一些添加剂，氟硼酸亚锡是本工艺的主盐，氟硼酸的作用是增加溶液的导电性，降低亚锡离子的有效浓度，提高它的阴极极化作用，促使形成较细的镀层，防止锡的水解。

Sn（BF4）2+2H2O―Sn（OH）2+2HBF4

Sn（BF4）2+4H2O―Sn（OH）4+4HBF4

从反应式可以看出，足够量的氟硼酸可以防止锡的水解。为了获得较细的镀层和改善镀液的分散能力，镀液中还必须添加适量的添加剂，如明胶，能提高阴极极化，促使生成晶粒细小的沉积层，邻苯二酚和2-茶酚能防止镀件边缘生成节瘤，防止镀层粗糙等等，在电镀生产中，各种成份的变化都将影响镀层附着性，当主盐氟硼酸亚锡浓度增加时，提高了阴极的电流密度，因而提高了锡离子的沉积速度，当Sn2+浓度过高时，溶液的均镀能力降低，且结晶粗糙，镀层颜色灰暗，当氟硼酸亚锡浓度过低时，阴极附近电解的主金属离子浓度必然更低，造成锡层疏松多孔，当氟硼酸浓度增加时，虽然足够的氟硼酸可以防止锡的水解，但是当氟硼酸增加到一定浓度时，反而使溶液中主盐的金属离子浓度降低，同样将造成镀层疏松多孔，氟硼酸亚锡浓度与镀层附着性关系实验表明（其它条件不变），在电镀液中，在没有添加剂的情况下，很难获得理想的镀层，在镀液中，添加剂的含量必须适当，目前使用的添加剂往往不是一种，而是两种或更多种添加剂的混合，添加剂浓度将直接影响金属离子与基体的结合。例如：在镀锡过程中，明胶邻苯二酚和2-茶酚含量低，将造成镀层结晶组织粗大、镀层粗糙，边缘生成树枝状结晶物等等，所谓添加剂就是指添加少量的某种物质或某几种物质，它在镀液内不会明显地改变镀液性质，由于添加剂的浓度较低，较难用化学分析法控制，所以，一般都是凭经验或用小槽试验的方法来控制。

总之，大量的实践证明，镀层附着性与酸洗液、碱洗液及电镀液的浓度等等密切相关，酸洗液、碱洗液及电镀液的浓度，碱洗电流，电镀电流的大小，添加剂成分比例和浓度直接影响镀层的附着性，另外还有温度，搅拌方式等等也都将影响镀层的附着性。研究和探索镀层附着性与各个因素之间的关系，其目的就是要使镀件达到人们共同的要求：镀层与基体材料间结合牢固，镀层结构细致紧密，镀层厚度均匀一致，以满足各种不同性能的要求。

【参考文献】

[1]电镀原理与工艺（上海轻工业专科学校）――上海科学技术出版社，1978.

[2]电镀（天津大学化工第电化学教研室）――天津人民出版社，1973.