电镀铜锡合金的详细介绍

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(1)概述铜锡合金镀层又称青铜镀层,是使用最广、生产规模最大的合金电镀之一。根据其含锡量,可分为3类:低锡青铜(含锡量为2%~15%)、中锡青铜(含锡量为15%~40%)和高锡青铜(又称白青铜,含锡量为40%~50肠)。

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合金镀层的外观和性质都与其组成有关,其用途也不相同。合金电势随含锡址增加变负。低锡青铜电势比钢铁正相对于钢铁墓体属阴极性镀层。镀层孔隙率低.因此有较好的机械防护能力。其外观为粉红色或金黄色。但在空气中易氧化变色.含锡址越低变色越快,因此其装饰性能差。低锡青铜镀层主要用于钢铁防腐蚀的底镀层或中间镀层,其耐蚀性和耐磨性比铜镀层好.可以直接镀镍和套铬。因此,该镀层广泛用于轻工、机械、仪表、通讯及家用电器等工业部门。(门锁搭扣)

中锡青铜镀层呈金黄色或灰白色。它的硬度和抗氧化性能比低锡青铜镀层高,但套铬困难,因此应用较少。白青铜镀层,呈银白色,硬度高,在镍和铬之间.经过机械抛光。具有良好的反光性能,不易变色.能耐酸、耐弱碱及食品中的有机酸。同时.也具有良好的钎焊和导电性能,一般用来代替镀银和镀铭.用于仪器仪表、日用餐具等装饰性镀层。其缺点是镀层较脆、机械保护性能较差。

铜锡合金镀液主要有氰化物镀液和无氰镀液两大类。氰化物镀液又分高氰镀液和低氰镀液.以高氰镀液使用最广。在氰化物溶液中镀铜锡合金,其均镀和深镀能力好.镀层的成分和色泽容易控制,镀层结品细致,结合力好.孔隙率低,抗蚀性强.产品质量稳定。缺点是毒性大。对环境及人体有潜在危险。

无氰铜锡合金镀液主要有焦磷酸盐一锡酸盐、柠檬酸盐-锡酸盐和HEI〕P等。焦磷酸盐镀液具有镀液稳定、维护控制方便、无毒、镀层结晶细致、性能良好等优点,已被广泛使用。但其缺点是钢铁件需预镀、镀液镀前处理要求严格、使用寿命较短、易产生铜粉。HEDI〕镀液是目前较好的无氰镀铜锡合金的新工艺。不需加添加剂就可镀出含锡量6%~12%的低锡合金.镀液稳定.无毒.维护方便.电流效率高,沉积速度快.适用于几何形状复杂和铸铁零件的电镀。镀层性能与氰化物镀铜锡合金接近。其缺点是分散能力和深镀能力不如氰化镀液。(搭扣锁扣)

(2)氛化物镀们锡合金氰化物镀铜锡合金的镀液配方及工作条作参见表3一16。

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氰化亚铜是镀液中的主盐,以一价铜形式与氰化物形成稳定的铜氰络离子,在阴极上放电还原析出铜。镀液中铜离子浓度增加时.镀层中铜含址也增加,此时阴极极化减小.分散能力降低,镀层偏红。

锡酸钠也是镀液中的主盐,提供合金镀层中的金属锡.镀液中锡离子浓度增加时,镀层中锡含址也相应增加.镀层色泽偏白。为获得含锡址为10%~15%的低锡青铜镀层.镀液中铜与锡的比例应保持(2~3)

氰化钠是镀液中铜离子的络合剂,它不与锡络合。因此.提高镀液中氰化钠含量时,铜氰络离子趋向稳定,在阴极放电还原困难.不利于铜的析出.这就有利于锡的析出.使镀层中锡含量增大,镀层色泽偏自。氰化钠含址过高.阴极电流效率下降,会引起氢在阴极析出。但其含址过低时,镀层中铜含量增加.色泽偏红,镀液中可能出现二价铜.它能氧化氰化钠,破坏镀液稳定.同时使阳极钝化。(东莞垂直快速夹)

氢氧化钠是镀液中四价锡离子的络合剂,与锡离子络合生成稳定的锡酸根络离子,但它不能与铜离子络合。当镀液中氢氧化钠含量增加时,锡酸根离子变得稳定.使锡在阴极还原沉积困难,因而镀层中锡含址减少,镀层偏红。镀液中氢氧化钠还起增加电导、防止锡酸钠水解、使合金阳极(或锡板阳极)正常溶解的作用。
明胶加人使镀液分散能力提高,镀层结品细致光亮.但不能过量。

升高温度有利于提高镀层中铜的含量,但过高的温度使镀液不稳定。温度对镀层成分、质从和电流效率都有较大的影响。在65℃左右能获得优质的镀层。温度过低.电流效率低.镀层质显也明显差。

阴极电流效率随电流密度增加而降低,同时镀层中锡含址增加,色泽偏白.外观粗糙,故不宜采用太高的阴极电流密度。但阴极电流密度过低.沉积速度太慢,生产效率低。
阳极可川铜锡合金或可溶性单金属联合阳极。镀低锡合金常用铜锡合金阳极.中、高锡合金可用单金属联合阳极,铜和锡阳极的回路要分开,并控制阴阳极面积比为1:2。阳极用布袋包起来.防止阳极泥渣污染镀液。(挂锁搭扣)

(3)焦磷酸盐一锡酸盐镀铜锡合金
焦磷酸盐一锡酸盐镀铜锡合金镀液的配方及工作条件参见表3一17。
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焦磷酸盐一锡酸盐镀铜锡合金,以电镀低锡青铜为主,溶液比较稳定.沉积速度较快,但钢铁件在此镀液中电镀时.镀层结合力差.需要进行预镀。镀层含锡址为6%~8%。
镀液中含铜主盐是焦磷酸铜.含锡主盐是锡酸钠。铜在镀液中以二价状态存在.锡主要呈四价状态。铜一般控制在8~129/I,锡一般在25一359/I,。镀液中Cu与Sn的浓度比增加时.镀层中Cu与sn含址比例也增加.其影响比氰化物合金镀液要大得多。Cu与sn的浓度比例一般在1:(2~3)。

由于它对两种金属离子皆能络合,因此,增加或降低焦磷酸钾的浓度对镀层的影响不大。提高其含量可以改善溶液的导电能力.使阳极正常溶解。但含址过高.会使金属离子放电还原发生困难.电流效率降低。镀液中焦磷酸钾与金属铜的比例控制在20~25g/l,焦磷酸钾与金属锡的比例控制在8~9g/l之间。

 

硝酸钾作用与其他电镀一样,主要用于提高电流密度上限。此时,由于电流密度增大,镀层中锡含量将增加。它还有帮助阳极溶解和抑制镀层出现针孔的作用,但会使阴极电流效率降低。这类镀液电流效率为45%~55%.

明胶及苯并三氮哇等添加剂,可使镀层色泽均匀.但过量会使镀层发脆。
镀液的pH能影响络合物存在形态,因而影响金属的析出电势,导致合金组成改变。提高镀液的pH。可能使后者较易在阴极放电,使锡易析出,增加了镀层中的锡含量。pH通常维持在11左右.过高将会有Cu(OH):沉淀生成.使镀液混浊.镀层变质。pH过低时,则会加速焦磷酸钾水解.也会影响络合能力。

阴极电流密度对合金成分有较大的影响,增大电流密度促使镀层中锡含量增高。电流波形对镀层也有一定的影响,在四价锡的铜锡合金电镀中,已发现单相半波或单相全波能扩大电流密度范围并增加镀层的光泽。(侧搭扣)

增加电镀时的搅拌作用,可增加电流密度范围。这将有助于锡的析出。
生产上常用含锡6%~9写的铜锡合金作阳极.此类阳极溶解情况好。为防止溶解量太多,影响镀液稳定.控制阴极面积与阳极面积的比例为1,(0.3~0.5)。有时还同时挂人含锡15%的铜锡合金阳极.它基本上不溶.在其上进行析氧反应.溶液中有氧存在可促进二价锡变成四价锡.促进铜粉的溶解,并使硝酸根的还原产物重新氧化成硝酸盐.

(4)HEDP镀钢锡合金
HEDP电镀铜锡合金.溶液稳定性好.深镀能力强,铜层含锡址高(含Sns%~12%),与幕体金属结合力好,镀液维护方便,已用于工业规模生产。缺点是镀前基体需经严格处理。
镀液成分及工作条件如下(表3一18):

阳极材料用经退火处理含锡8%~10%的铜锡合金。

镀液中碱式碳酸铜和锡酸钠为主盐.其质狱浓度比直接影响镀层中金属比例.质量浓度高时.允许的电流密度大.要获得含锡员为10%~12%的合金镀层,镀液中锡含量应在20~25g/L,之间。

HEDP是镀液金属铜与锡离子的络合剂.都能形成稳定的络合物。由于HEI)I’与锡离子络合强一些,因此随着HEDP含量增加.镀层含锡量逐渐下降。有利于铜的析出.也有利于阳极溶解。HF:I)P含址过低时,镀液不够稳定;其含址过高时,镀层锡含量偏低。在摹体金属活化时,HEDP含量高一些,有利于钢铁零件的表面活化.以提高镀层的结合力。
磷酸氢二钠是镀液中的辅助络合剂,主要参与铜离子的络合.有助于pH缓冲和导电。

酒石酸钾钠也是镀液中的辅助络合剂,可与铜离子络合,改善阳极溶解,增加镀层含锡城,提高镀液的稳定性。
硝酸钾在镀液中导电盐.还能提高阴极电流密度。

络合物电镀液中的pH条件对镀液的稳定性、镀层合金稳定性都非常重要,HEI)P镀铜锡合金也不例外,必须严格控制pH条件。
在允许的电流密度范围内,增大阴极电流密度。有利于增加镀层中的锡含址。(工业搭扣锁)

阴极移动增强镀液中离子对流.使阴极附近离子得到及时补充.这样可以使川较大的阴极电流密度而不致使镀层烧焦。
阳极尽可能不用单金属铜和锡.而用铜锡合金阳极。合金阳极事先经退火处理.可使其溶解更加正常.阳极表面呈金黄色或浅红色。

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