电镀锡工艺电化学相关资料样本

第六章电镀锡预解决第一节概述带钢在电镀锡此前表面状态及干净限度是获得优良镀锡层先决条件。在锈蚀或粘有油污带钢表面上，就不能获得光亮，结合力良好，耐蚀性能优越镀层。生产实践表白，镀层浮现脱落、起泡、花斑等缺陷，往往是由于镀锡前预解决不当导致。因此，带钢电镀锡前预解决是镀锡板生产过程中一种很重要环节，必要十分注重。预解决任务是除去带钢表面上油污或者其她有机物质，和带钢表面上氧化物，如铁锈等，使带钢在进行电镀锡前具备一种清洁无氧化物存在活化表面。预解决工艺涉及带钢脱脂和酸洗，以及其附设刷洗和冲洗等。脱脂又分化学脱脂和电解脱脂。要依照带钢表面污垢状况来选取恰当工艺和操作办法。第二节化学脱脂一、目化学脱脂又叫化学除油。在电镀锡生产中习惯称作化学脱脂。化学脱脂是为生产二次冷轧镀锡板而设立。送到镀锡车间二次冷轧带钢，其表面上残留有较厚轧制油和轧辊磨损物。轧制油又常被润滑油和液压油污染。这些油污必要一方面采用化学脱脂和刷洗办法，然后采用电解脱脂办法才干除去。通过化学脱脂和刷洗后，二次冷轧带钢表面上油污大概能除去90～95％。生产普通镀锡板时，在其原板上油污过多状况下，也可一方面通过化学脱脂，再通过电解脱脂。但普通状况下可以不必通过化学脱脂。这时，在化学脱脂槽内充以70～85℃水来保护设备，这样也可以减少背面电解脱脂工序热量损耗。二、设备化学脱脂设备涉及一种脱脂槽、沉没辊、托料辊、脱脂液循环系统及其背面l号刷洗机等。槽子构造分为上下两某些。在槽子上部有一溢流孔，用来控制液面位置。槽子下某些底部有一种供清扫槽内脏物门，侧面尚有一种窥孔窗，用来观测穿带时带钢状况和检查沉没辊状况。底部尚有液体输入口和排放孔。槽子下部两侧还设有装卸沉没辊圆形孔，沉没辊经该孔插入和抽出。槽子上部和下部都是钢板焊接而成。钢板都衬有硬橡胶，槽子内壁有5毫米厚，外部有3毫米厚硬橡胶，以防止化学液体腐蚀。带钢从化学脱脂槽出来后来，进入l号刷洗机进行刷洗。1号刷洗机由四根刷辊、四根托辊和两根挤干辊构成。刷辊是由单块圆片尼龙刷组装成。刷辊在气缸作用下压在带钢上，以每分钟1500转速度沿带钢运营方向转动刷洗带钢。在油污特别多时，刷辊还可逆带钢运营方向转动刷洗带钢。四根刷辊中，有两根刷洗带钢上表面，两根刷洗带钢下表而，带钢是弯曲通过1号刷洗机。见示意图6—1。图6–1刷洗机示意图1号刷洗机刷洗时所用溶液与化学脱脂槽内溶液相似，溶液是通过循环系统由地下室贮存槽提供。若不带溶液干刷会烧坏刷毛。三、脱脂机理油按照其化学性质可分为两大类：皂化类油和非皂化类油。化学脱脂就是要除掉钢板上两类油。对于皂化类油是运用脱脂液中氢氧化钠与皂化类油发生皂化反映而除掉。对于非皂化类油是运用该溶液中表面活性物质乳化作用而除去。皂化类油是指各种动物油和植物油。其重要成分是各种高档脂肪酸甘油脂，称甘油三酸脂，它通式是(RCOO)3C3H5。甘油三酸脂是由高档脂肪酸和甘油所构成，其反映式如下：甘油高档脂肪酸甘油三脂式中R表达各种脂肪酸饱和烃基或不饱和烃基。皂化类油与碱发生皂化反映，生成可溶于水肥皂和甘油。皂化反映通式是：(RCOO)3C3H5+3Na0H→3RCOONa+C3H5(OH)3甘油三酸脂氧氧化钠肥皂甘油非皂化类油是指矿物油。如汽油和各种润滑油、机油等。矿物油虽然也称油，但与动植物油成分和性质不同。矿物油是各种烃类等碳氢化合物混化物。此类油不溶于水，与碱不起皂化作用。但它们能在一定条件下形成乳化液。因而非皂化类油依赖乳化作用也比较容易从带钢表面上除去。所谓乳化液，就是两种彼此不溶解液体混合物，其中一种液体呈极细小小滴散布于另一种液体整个体积中。两种彼此不溶解液体混合物形成乳浊液过程叫乳化。能增进乳化物质叫乳化剂。乳化剂作用原理如下：乳化剂是一种表面活性剂，它构造是具备两种相矛盾基团：一种是憎水，一种是亲水。在除油过程中，一方面是乳化剂吸附于油与溶液介面上，憎水基团与带钢表面上油产生亲和作用，而亲水基团指向去油溶液(图6—2)。在表面活性剂分子作用下，油污与带钢表而引力削弱。借助去油溶液对流、搅拌作用，油污逐渐从带钢表面脱离而呈极细小球，散布在去油溶液中，变成乳化液状态。图6—2乳化剂作用原理示意图四、化学脱脂剂构成和工艺条件化学脱脂剂是一种白色粉末。它由氢氧化钠、磷酸三钠、碳酸钠、硅酸钠、络合剂和湿润剂等构成。这种脱脂剂配制成脱脂溶液对油污有良好溶解、皂化、乳化作用和具备必要载污能力及可洗去性。这种脱脂剂详细成分如下：氢氧化钠(NaOH)78％磷酸三钠(Na3PO4·12H20)10％碳酸钠(Na2CO3)2％硅酸钠(Na2SiO3)5％三乙醇胺2%壬基酚聚氧乙烯化合物2%水l％化学脱脂溶液是用软水溶解上述脱脂剂配制而成，其浓度为4～6％。在新配制化学脱脂剂溶液中，还应当加入约0.5克/升钾皂。溶液工作温度范畴在70～85℃之间。脱脂时间由带钢通过脱脂槽时速度来拟定。在使用一种槽时，脱脂时间大概在0.6～1.2秒之问。化学脱脂液应每班分析一次。其使用寿命取决于带钢上附着油量和循环系统中贮存槽脱脂溶液贮量。此外，停机时还要冲洗脱脂槽和管道，清除沉渣和其她污物，延长脱脂液使用寿命。五、各种成分对化学脱脂效果影响氢氧化钠：氢氧化钠是一种强碱，它具备很强皂化作用，但它湿润作用和乳化作用很差。提高氢氧化钠浓度加快，能使油脂皂化速度加快，但浓度过高，会使皂化生成肥皂难于溶解。磷酸三钠。磷酸三钠具备良好缓冲作用，可在一定限度上维持脱脂液碱度恒定：Na3PO4+3H2O=3NaOH+H3PO4此外，它具备一定表面活性能力，然而它乳化作用比硅酸钠低。磷酸三钠水洗性极好，不但其自身容易从带钢表面洗净，还能促使硅酸钠容易从带钢表面洗去。硅酸钠：硅酸钠具备较好表面活性能力，当与其他表面活性剂组合时，能较好地湿润带钢，对带钢表面上矿物油起乳化、分散作用，除去带钢表面上矿物油。但它水洗性很差，较难从带钢表面洗净。残留在带钢表面上硅酸钠经酸洗后会变成不溶性残渣，影响镀锡层结合力。因此化学脱脂液中硅酸钠含量应严格控制。碳酸钠：碳酸钠也具备良好缓冲作用。也可在一定程晓上稳定溶液碱度。然而它水解后碱性不高。Na2CO3+2H2O=2NaOH+H2CO3└→CO2↑+H2O三乙醇胺：三乙醇胺是一种乳化剂，它辅助磷酸三钠起络合伙用。在去油过程中，三乙醇胺憎水基团吸附着油，亲水基团与去油溶液中水分子相结合，在油——溶液介面形成吸附层。由于三乙醇胺分子定向排列，油与溶液界面张力大大减少，在溶液循环对流冲击下，油污脱离带钢表面，以细小颗粒分散于溶液中。三乙醇胺分子把油粒包围在中间，防止它重新聚合成大油珠，再粘附到带钢上。壬基酚聚氧乙烯化合物：壬基酚聚氧乙烯化合物也是一种表面活性剂，在脱脂液中它重要起湿润作用，使溶液能较好湿润带钢，加速除油过程。钾皂：钾皂是一种发泡能力很强表面活性剡。在新配制化学脱脂溶液中，皂化反映尚未发生，不存在肥皂、溶液发泡能力太小，故应当加入少量钾皂促使溶液发泡。六、工作条件对化学脱脂效果影响温度影响：化学脱脂液温度普通控制在70～85℃之间。以便能除去皂化类和非皂化类油。提高温度可以加速动植物油皂化反映，形成肥皂在热碱中也易溶解。同步还能减少油粘度，减少油与带钢表面张力，增进乳化过程。因而，提高温度可以加快除油过程。但是温度大高，消耗热能增长，溶液大量蒸发还会恶化工作环境。尚且带钢在进入下一解决工序途中还会干燥，使残留在带钢表面物质难以除去。溶液循环影响：化学脱脂液循环起着搅拌溶液作用。搅拌溶液能促使除油过程。因搅拌溶液能更换高速运营着带钢周边乳化液层，同步由于机械力量，可以从带钢表面带走个别油滴。化学脱脂液循环系统如图6-3所示。它由解决槽、贮存槽、配料槽、循环泵和管道等构成。循环泵设有两台，一台工作，一台备用。图6—3化学脱脂循环系统示意图第三节电解脱脂一、目在生产普通镀锡板时，普通状况下只采用电解脱脂来除掉带钢上油污，而不需使用化学脱脂。这是由于普通镀锡板原板退火后只通过平整，带钢表面比二次冷轧带钢表面要干净得多，用电解脱脂办法就能将其表面油污彻底除净。在生产二次冷轧镀锡板，用化学脱脂办法除掉带钢表面90～95％油污后，余下5～l0％油污用电解脱脂办法除去。在生产普通镀锡板而进行电解脱脂时，其溶液除了能进行皂化反映和乳化作用，除掉带钢表面油污外，还增长了电解除油办法，因而电解脱脂比化学脱脂速度快，除油更彻底，就是牢固地附着在带钢表面和被轧入带钢孔隙深处油污(如轧入带钢孔隙深二次冷轧油)，在电解电流作用下也能有效地除去。用于电镀锡带钢电解脱脂办法有中间导体法和导电辊法。在下面设备某些中重要简介中间导体法所用设备。二、设备电解脱脂设备由两个脱脂槽、一种冲洗槽，各个槽子所属辊子、脱脂液循环系统等构成，槽子构造与化学脱脂槽相似。其他设备也基本一致。不同是，槽内增长了电极极板和两电板之间绝缘隔板。电解脱脂电极极板是普通低碳钢板。极板形状是平板或栅栏式。每一种槽电极与一台8KA整流器相连，整流器送给脱脂电源电压最大为30伏。由于脱脂槽壁衬有橡胶，电流不会越过槽壁而发生旁路损耗。为了逼迫电流从极板经槽液到达带钢，而极板与极板之间不发生短路，在两电极之间还安装了一块绝缘隔板。隔板是钢板外包以橡胶制成，或者使用塑料板。三、电解脱脂机理电解脱脂机理是带钢作为阴极或阳极时，在带钢表面相应地析出氢气泡或氧气泡，把附着于带钢表面油膜破坏。小气泡从油滴附着带钢上脱离而滞留于油滴表面上，并停留在油与脱脂液交界面上，由于新气泡不断析出，小气泡逐渐变大，因而油滴在气泡作用下而脱离带钢表面，被气泡带到脱脂液中去。在电解脱脂中最惯用办法是中间导体法(图6—4a)，即带钢不直接和电源相连接，电源是接在带钢入口某些和出口某些两组电极极板上。当入口某些极板接阳极时，出口某些极板接阴极。此时，电流从阳极通过脱脂液到达带钢，然后在带钢内部继续迈进，到达与出口某些极板相相应位到，并从带钢又通过脱脂液到达阴极。图6—4电解脱脂中间导体法和导电辊法在入口某些，与阳极极板相相应带钢，相对于阳极板来说，电位要负，则为阴极。此时在带钢上析出氢气。当带钢运营到出口某些与阴极极板相相应位置时，带钢相对于阴极极板来说，电位要正，则为阳极。此时在带钢上析出氧气。这样，带钢通过同一种脱脂槽时，就经历了先阴极后阳极两个脱脂过程。电解除油时析出气体过程实质上是电解水：2H2O=2H2↑+O2↑当带钢为阴极时，其电极反映是：2H2O+2e-=H2↑+2OH-当带钢为阳极时，其电极反映是：4OH-–4e-=O2↑+2H2O中间导体法中两组极板极性可自动转换。普通是30分钟转换一次，极性转换还可清除带钢表面在带钢为阴极时析出某些杂物。带钢为阴极时析出氢气量比带钢为阳极时析出氧气量要大一倍，因此带钢为阴极时除油速度快，效率好。但析出氢渗入带钢内部会使带钢易产生氢脆现象。在导电辊法中(图6–4b)，带钢只接成阴极，故在带钢表面只析出氢气。这有也许使带钢产生氢脆。故导电辊当前不惯用。四、电解脱脂剂构成和工艺条件电解脱脂剂是一种白色粉末，它由氢氧化钠和磷酸三钠构成。这种脱脂剂成分比化学脱脂剂成分简朴，它不含发泡能力较强湿润剂。这是由于若在溶液表面形成一层泡沫后，从电极上析出氢气和氧气不易排出，当带钢在运营中浮现电火花时，容易引起爆炸。电解脱脂剂构成如下：氢氧化钠(NaOH)79％磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)20%水1%电解脱脂溶液是用软水溶解上述脱脂剂配制而成。在生产普通镀锡板时，电解脱脂溶液浓度为3～5％，在生产二次冷轧镀锡板时，其浓度为4～6％，工作温度为75～85℃，电流密度为10～85安/分米2。溶液浓度应每班分析一次。溶液使用寿命重要取决于带钢油污限度和被带钢带出损耗量，普通为3个星期后所有更换。五、各种因素对电解脱脂效果影响氢氧化钠：氢氧化钠可以与油起皂化反映。此外还由于它是一种强电解质，在电解脱脂溶液中能完全电离，使溶液具备良好导电能力。因而提高氢氧化钠浓度可以增大除油时电流密度，加快除油速度。再者，氢氧化钠溶液对带钢表面有钝化作用，可以防止在阳极除油时使带钢遭受腐蚀。磷酸三钠：磷酸三钠在电解脱脂时作用与在化学脱脂时相似，能维持溶液碱度恒定及使带钢表面容易洗净。电流密度：提高电流密度可以提高除油速度，提高除掉被轧入带钢表面油污能力。但是电流密度过高，反而会导致槽电压过高，在带钢为阴极时，由于氢气大量析出，带出大量碱雾污染空气；在带钢为阳极还也许腐蚀带钢表面，特别是当脱脂剂中具有氧离子时，带钢表面还也许浮现点状腐蚀，影响镀锡板质量。因此，要依照带钢表面静油污量来选取恰当电流密度，使带钢能清洗干净。温度：提高电解脱脂溶液温度除了有在化学脱脂时所发生影响外，还可以减少溶液电阻，提高导电能力，加快除油过程。但是温度太高，和化学脱脂时同样，消耗热能增长，溶液大量蒸发会恶化工作环境。溶液循环：其作用除了与化学脱脂相似外，还能提高所用电流密度。图6—5电解脱脂后串联式冲洗六、脱脂后冲洗从电解脱脂槽出来带钢，虽然通过挤干辊挤干，但其表面仍残留有5～10厘米3/米2脱脂液，在带钢进入下一种酸洗工序之前，必要用清水把脱脂液冲洗干净，以免脱脂液把酸中和。电解脱脂后冲洗为串联式冲洗(图6—5)。即带钢在冲洗槽入口某些用本槽槽底水，循环使用，以节约新鲜水用量。出口某些带钢用新鲜水冲洗。新鲜水供应量为20米3/小时。冲洗永压力普通为5～7公斤/厘米2，最低不得不大于3公斤/厘米2。对水硬度没有特殊规定，但如果水硬度太高，水垢附着在带钢表面上，就会产生镀锡板表面缺陷。第四节酸洗一、目和办法在镀锡板生产过程中，带钢要通过两次酸洗。第一次是热轧后除去热轧氧化铁皮酸洗，是一种除去大量氧化铁皮强酸洗。第二次是在电镀锡机组中脱脂后，带钢即将进入电镀锡槽之前酸洗，是一种清除肉眼不可见薄氧化膜弱酸洗，这次酸洗又称光亮酸洗。这次酸洗后带钢表面呈钞票属结晶组织活化状态，以保证带钢和锡层之间有良好结合。在电镀锡机组中，酸洗办法有化学酸洗和电解酸洗。电解酸洗机理是借助于电解时产气愤泡机械地剥离带钢表面氧化物。电解酸洗溶液可使用硫酸，也可使用盐酸。其电解电流可用直流电，也可用交流电，但后者用不多。电解酸洗大多数也采用中间导体法。化学酸洗使用酸有硫酸、盐酸或者用两者按一定比例混合“混酸”。带钢上氧化物与酸起反映，生成可溶于水盐类。其反映如下：与硫酸反映：FeO+H2SO4=FeSO+H2OFe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2OFe3O4+4H2SO4=Fe2(SO4)3+FeSO4+4H2O与盐酸反映：FeO+2HCl=FeC12Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OFe3O4+8HC1=2FeCl3+FeCl2+4H2O同步铁也会与酸作用析出氢气：Fe+2HCl=FeC12+H2↑Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑用硫酸酸洗时，在室温下硫酸酸洗液对金属氧化物溶解能力较差，提高硫酸浓度也不能明显增长它浸蚀能力，当浓度达到40%时，对氧化铁溶解能力反而明显下降；当浓度达到60%以上时，硫酸溶液几乎不能溶解铁氧化物。若通过提高温度来提高酸洗速度，则易产生过酸洗和氢脆现象。由于硫酸酸洗酸洗速度较慢，在当代化高速电镀锡机组中，普通用不多。用盐酸酸洗时，在室温下盐酸酸洗溶液对金属氧化物溶解能力较强，而对带钢基体金属溶解速度比较缓慢，不易发生过酸洗和氢脆现象。酸洗后带钢表面质量较好，附着残渣少。盐酸酸洗除去氧化物能力与盐酸浓度成正比。但是浓度高，消耗量增大，成本增高。盐酸挥发性比硫酸大，容易腐蚀设备和污染环境。尽管盐酸酸洗有些缺陷，但考虑工艺规定，电镀锡机组中普通都是采用浓度恰当盐酸酸洗工艺。二、设备采用盐酸酸洗化学酸洗没备由两个酸洗槽、一种冲洗槽、各个槽子所属辊子、酸洗循环系统及其背面2号刷洗机等构成。槽子构造和附属设备与化学脱脂槽相似。此外，为了排除酸雾，减轻环境污染，在酸洗槽组上面，还装一套排烟装置。该装置是由吸烟罩、排烟道、湿分离器、抽风机及循环泵喷淋系统构成。酸洗溶液循环系统如图6–6所示，酸洗溶液配制是将浓盐酸加入贮存槽，故不需要此外设立配料槽。在酸洗溶液循环过程中没有热互换器，也没有过滤网，这三点是与脱脂循环系统不同地方。图6–6酸洗溶液循环系统示意图三、工艺和控制盐酸化学酸洗溶液是用31～35％浓盐酸配制而成。其溶液工艺条件如下：盐酸(HCl)15％(必要时可提高到25％)铁含量<20g/L温度室温时间1.5～3秒在此工艺条件下，可将带钢上存在酸溶性氧化物清除干净。若带钢由于退火不当，产生氧化色，或者带钢上氧化物较多时，可将盐酸浓度提高到25％。在生产过程中，由于带钢在脱脂冲洗后将水带入酸洗槽，又由于酸洗溶液不断被带钢带出，酸洗溶液浓度将会不断减少。因而，每班应测定一次盐酸浓度。当浓度降到下限时，可将一某些酸洗溶液排入中和装置里，中和后排放掉。然后往酸洗贮存槽里补充相应量浓盐酸。如果酸洗溶液中铁含量超过了20克/升，也应采用类似办法来调节酸洗溶液。盐酸酸洗溶液普通使用一种月后来，应所有更换一次。普通电镀生产中，在电镀前酸洗溶液中常加入缓蚀剂，来防止金属镀件产生氢脆现象。但在带钢持续电镀锡机组酸洗溶液中不能加入缓蚀剂。这一方面是由于机组速度快，酸洗时间短，不易产生氢脆现象。另一方面缓蚀剂能吸附在带钢表面活化部位，虽然提高了析氢超电压而减缓了带钢腐蚀，但由于缓蚀剂在带钢表面活化部位吸附特别牢固，酸洗后不易冲洗干净，它被带入电镀锡溶液中，会破坏电解液性能，并影响镀锡层结合力。四、酸洗后冲洗和刷洗酸洗后冲洗和刷洗设备与脱脂基本相似。冲洗也是串联式冲洗办法。刷洗机刷辊必要逆带钢运营方向旋转，并且只能轻微接触带钢，以防止水下刷辊痕迹。对酸洗后冲洗和刷洗水质有很高规定，其含氯量不能超过10ppm。以使用冷凝水或全脱盐水为宜。这是由于对氟硼亚锡电镀液来说，氯含量超过300毫克/升时。就要增长光亮剂浓度，由此引起增长昂贵光亮剂消耗。冲洗水水量为20米3/小时，水为3～5公斤/厘米2。复习题试述预理处对镀层质量影响。试述皂化类油脱脂机理。什么叫乳化?试述乳化剂去油原理。简述化学脱脂工艺条件。试述脱脂液中各成分对化学脱脂效果影响。试述电解脱脂机理。简述盐酸化学酸洗原理。

第七章电镀锡第一节电镀锡办法镀锡板生产办法分为热镀锡法和电镀锡法两大类。在电镀锡法中，又分为碱性电镀锡法和酸性电镀锡法。酸性电镀锡法有硫酸亚锡法(又称弗罗斯坦法)、卤素法(又称哈罗根法)、氟硼酸亚锡法三种。如下例框图所示。碱酸电镀锡法是一种较古老电镀锡法，其电解液重要有锡酸钠、氢氧化钠和锡酸钾、氢氧化钾两种体系，亦称钠盐体系和钾盐体系。碱性电镀锡法长处是镀液稳定，容易控制，分散能力和覆盖能力好，镀层质量好。缺陷是生产效率低，电能消耗大。由于从碱性电解中镀出锡是由4价锡沉积出来，其电化当量为1.107克/安·时，比酸性电解液中2价锡沉积电化当量2.214克/安·时要小一倍，而槽电压也比酸性电解液沉积时要高得多。综合这些因素，在极端状况下对一定重量锡层而言，碱性电镀锡法所消耗总电能比酸性电镀法要高9倍。因此，碱性电镀锡法只是为生产某些特殊规定产品才使用。当前世界上生产镀锡板大多是采用酸性电镀锡法。硫酸亚锡电镀锡法是一种较普遍办法。这种电解液重要是由硫酸亚锡、酚磺酸、添加剂ENSA等构成。添加剂ENSA兼有湿润剂和光亮剂作用。这种镀液分散能力和覆盖能力好，阴极和阳极电流效率高，镀液稳定，工作周期较长。镀层光滑细致。卤素电解液由氯化亚锡、氟化钠、氟氢化钾、氯化钠、添加剂等构成。这种镀液氯化物含量高，因而有很高导电率。氟化物作用重要是使二价锡增溶溶解成为铬离子，形成氟亚锡酸钠络离子。卤素法设备与其他酸性电镀锡法中不同，带钢是水平式传递。机组分上审下三层，电镀锡是在中、下两层完毕。在下层电镀带钢底面，然后通过反向辊进入中层镀带钢上面。上层用于电解液回收及清洗等。卤素法长处是速度快，容许使用电流密度范畴大，电流效率高。但电解液对设备腐蚀性大，单位耗锡量也比较大，故它发展较缓慢。氟硼酸亚锡电解液性能介于硫酸亚锡法和卤素法之间。它具备导电率高、电流密度范畴大、湿润能力好、镀锡钢卷可以重镀等长处。当前世界上仅有西德拉色斯坦厂和武钢冷轧厂采用，本书着重讨论氟硼酸亚锡电镀锡办法。表7一l为各种电镀锡办法比较表。第二节电镀锡工艺条件带钢通过预解决后，表面已非常干净，并呈活化状态。这对获得优良电镀层提供了条件。但是，还必要有对的电镀锡工艺条件，才干生产出优质电镀锡板。因而，研究出最佳电解液配方和工作条件，并在生产中严格控制和对的操作。是电镀锡技术核心问题。氟硼酸亚锡电解液构成和工作条件如下：二价锡(Sn2+)28~32克/升游离氟硼酸(HBF4)40~60克/升总氟硼酸根，105~155克/升硼酸(H3BO3)10~15克/升光亮剂4～6毫升/升湿润剂14~18毫升/升抗氧化剂0.5～0.9克/升四价锡(Sn4+)5~10克/升铁离子(Fe2+)5～10克/升氯离子≤500毫克/升温度32~38℃阴极电流密度10~50槽电压最大24伏电解液各组分含量是依照化验室分析成果和生产经验来进行控制。普通控制办法是往电解液中添加镀锡时所消耗掉组分。由于采用了电解液回收办法，定量地向回收槽加入新鲜冷凝水，回收槽中回收液排入电解液中，会稀释电解液，因此采用了电解液蒸发办法，以维持电解液浓度恒定。此外，由于氟硼酸电镀锡时，阳极效率不不大于阴极效率，使电解液中二价锡浓度不断增高，故采用了脱锡办法，以控制二价锡正常浓度。机组启动前，电解液温度低于工作温度，往电解液贮存槽加热器中通入蒸汽，加热电解液。当电解液加热到工作温度后来，关闭蒸汽。电解液温度高于工作温度时，通过镀锡循环系统中致冷器来冷却，致冷器安装在连接镀锡槽与电解液贮存槽管路中，电解液温度在操作台由仪表自动显示。电流密度与带钢宽度、镀锡层厚度、电镀槽数目和机组速度等因素关于。电流密度问题将在本章第十一节中详细讨论。第三节电解液配制一、电解液组分技术条件为了保证电解液稳定，减少杂质污染，配制电解液所用重要化工原料应满足下列技术条件：氟硼酸：工业纯比重D：约1.4氟硼酸含量(HBF4)49.5%~51%游离硼酸(H3BO3)最大2.5%氯化物(Cl-)最大0.005%配制电解液所用重要化工原料应满足下列硫酸盐(SO42-)最大0.03％铁离子(Fe2+)最大0.01％氟硼酸亚锡：工业纯比重D：约1.65二价锡(Sn)最小20.30%四价锡(Sn4+)最大0.8％游离氟硼酸最大3.0％游离硼酸最大2.5％铁离子(Fe2+)最大0.005%氯化物(Cl-)最大0.005％硫酸盐(SO42-)最太0.03%硼酸：工业纯二、电解液配制办法配制新电解液前，要用水检查电解液循环系统各个设备与否有漏损地方，保证各个设备正常运营后，进行配料。一方面在电解液贮存槽中注入四分之三冷凝水，并加热到40℃。与此同步，按工艺规定计算出加入组分需要量，作好加料准备。然后，让加热了冷凝水在脱锡循环系统中循环，并按下列顺序往脱锡槽内加入所需要量化工原料：氟硼酸硼酸抗氧化剂氟硼酸亚锡湿润剂光亮剂最后，补充冷凝水，直至达到所需要电解液容积。在加料过程中，一定要使溶液不断循环，起着搅拌溶液作用，以便能充分溶解所加原料。值得注意是，加料顺序不容许颠倒。如果氟硼酸亚锡加在抗氧剂之前，就会浮现二价锡迅速氧化成四价锡状况。只有按照上述规定进行加料，才干保证所有组分可以最佳溶解，避免不必要、破坏电解液构成化学反映发生。三、重要化王原料加入量计算配制电解液用化工原料需要加入量，是按下式来计算：式中M——需要加入电解液中化工原料量(公斤)；V——电解液体积(升)；L——电解液所规定该组分浓度(克/升)；L0——电解液中该组分本来浓度(克/升)；C一一该组分在化工原料中浓度(克/公斤)。上式表白，计算需要加入电解液中化工原料量时，一方面要计算出单位体积内所需要加入量，然后乘以电解液体积即得出，现以氟硼酸亚锡需要加入量为例。如果需要配制50米3。电解液，体积矿则为50000升；电解液所规定二价锡浓度L为32克/升；对于新配电解液来说，L0为0；二价锡在氟硼酸亚锡中浓度为20%，即200克/公斤。将上述值代入上式M=50000·竖篇半=8000(公斤)厶UU也就是说，为了配制50米3。新电解液，就需要8000公斤氟硼酸亚锡。第四节锡电解沉积一、电镀锡槽锡电解沉积是在电镀锡槽中进行，电镀锡槽有垂直式和水平式两种。采用垂直式电镀锡槽时，为了使带钢通过镀液时不跑偏，为了使带钢与辊子同步运营，比采用水平秸时在技术上难度要大，并且费用较高。但是在垂直槽中带钢两面可以同步镀锡，这比采用水平式槽只能单面镀锡，槽子长度可以缩短一倍。垂直镀锡槽外形构造与化学脱脂槽相似。在机组速度为300米/分时，采用七个镀锡槽，顺次排列，并串联成一组。镀锡槽如图7一l所示。在槽子上方，彼此相连两个槽子之间，以及第一种槽子前面和最后一种槽子背面都装有导辊。在每一种槽子下面，装有一种衬有橡胶沉没辊。带钢越过导电辊进入槽里，绕过沉没辊又导向下一种导电辊，并使带钢进入下一种镀锡槽。为保证带钢与导电辊之间有良好接触，每个导电辊上装有一种压紧辊。带钢入口和出口两侧分别装有锡阳极。这些锡阳极挂在槽跨在槽子上面阴极桥上，槽子下部装有阳极导槽，用来固定锡阳极位置。阳极桥共四根，两根相应于带钢上面，两根相应于带钢下面，相应于带钢上面和下面阳极桥电源接线是分开，七个电镀槽阳极接在14个整流器上。图7一l电镀锡槽阳极有效长度为1.5米，阳极太短，虽然由于电压小、生产费用低，但由于要使用更多槽子，投资费用反而增长。.二、、电流传递电镀锡时，导电辊接整流器阴极，带钢从导电辊上通过，带钢即为电镀锡时阴极；阳极桥接整流器阳极，电解电流经阳极桥导向阳极，然后经电解液导电离子，将电流传递到带钢。最后，电流经带钢，传递到导电辊，返回到整流器，形成始终流电流回路。整流器不断供应电解电源。电源电压最大24伏。在正常带钢尺寸下约15伏。三、电极反映电镀锡是锡离子在直流电流作用下，从电解液中被电解沉积到带钢上一种电化学反映过程。也是一种氧化还原过程。这种过程是通过锡离子在电极上进行离子互换来实现。带钢在进入镀锡槽中电解液之前，先通过带钢浸湿槽沾上一层电解液，使其一进入镀锡槽，就能及时进行电解反映。在电流作用下，阳极上金属锡原子失去电子，变为正离子进入电解液中，电解液中锡离子通过三个传质过程移向作为阴极带钢。三个传质过程：一是在阴极和阳极之间电场作用下电迁移，这是重要传质过程；二是对流，通过搅拌电解液来实现；三是由于电解液存在浓度梯度而发生扩散过程。带正电荷锡离子在作为阴极带钢上获得直流电源供应电子后来，又变成金属锡原子而沉积在阴极带钢表面上。其电极反映是：在阴极上，发生锡离子得到电子变成金属锡原子还原反映，此外，还发生氢离子还原成氢原子，并析出氢气副反映：Sn2++2e-=Sn2H++2e-=2[H]=H2↑在阳极上，发生金属锡原子失去电子变成锡离子氧化反映。Sn–2e-=Sn2+同步，在阳极上还也许发生析出氧气副反映。如果电解液构成和工作条件控制不当，这个反映还会加剧：4OH-–4e-=2H2O+O2↑在电镀生产中，在阴极上析出氢气和在阳极上析出氧气副反映是不但愿发生，因此应尽量避免或减少这些反映发生。四、锡电结晶在阴极带钢表面上，.除了发生锡离子得到电子还原为锡原子过程之外，尚有一种由许多锡原子结晶为锡晶粒结晶过程。锡结晶形成涉及核生长和长大两个过程，这两个过程是同步发生，它们各自速度决定锡晶粒粗细限度。如果晶核生成速度不不大于晶核长大速度，那么晶核数目就多，锡晶粒是较细，锡层致密，孔隙较少。反之，锡晶粒就较粗，锡层也就较粗糙、多孔，甚至会浮现疏松镀层。因此在电镀锡过程中，要提高锡电结晶时阴极极化作用，来提高晶粒生成速度，便于获得结晶细致镀层。第五节电解液各组分作用及影响一、二价锡离子.。二价锡离子是在带钢表面析出锡母体，它提供了电解沉积锡层最基本条件。在电解液温度和阴极电流密度不变状况下，随着二价锡离子浓度提高，晶核生成速度就减少，因而镀层组织较粗糙。当二价锡离子浓度较低时，晶核生成速度较快，镀层较细。这一现象可以用阴极浓差极化作用不同来解释。当二价锡离子浓度低时，阴极附近电解液中二价锡离子必然更低，由电解液中向阴极表面附近补充二价锡扩散速度也比浓溶液为缓慢。这样，在相似电流密度下，稀溶液阴极极化必然不不大于浓溶液，因而生成晶核数目也较多。但是二价锡浓度低时，电解液电导率变小，阴极电流效率减少，不容许使用较高电流密度。因而，电镀锡时使用二价锡离子浓度比较高。这时，用加入较多光亮剂办法，来提高阴极极化，以提高锡晶粒生成速度，减慢晶核长大速度，保障锡晶粒细小，锡层紧密细致。同步，采用提高氟硼酸含量办法，以保二价锡浓度较高导电率。电镀锡过程中，电解液中二价锡离子是由阴极溶解来补充，而不必添加氟硼酸亚锡。为了保证正常工艺条件，二价锡应每班分析一次浓度。二、游离氟硼酸游离氟硼酸浓度决定电解液电导率大小。游离氟硼酸浓度高，电解液电导率也高。反之就低。此外，游离氟硼酸保证锡阳极能充分溶解。但是随着氟硼酸含量提高，电解液中四价锡溶解度也提高，这样，由于电解液带出损耗，导致氟硼酸和锡损耗也增长，从而导致生产成本增长。游离氟硼酸含量应每班分析一次。三、总氟硼酸根在电解液中，除了以游离状态存在氟硼酸以外，尚有一某些氟硼酸与二价锡、四价锡、铁离子等金属离子化合，构成总氟硼酸根。当游离氟硼酸含量不变时，二价锡、四价锡、铁离子含量增高时，总氟硼酸根含量也相应提高。四、硼酸硼酸在电解液中重要起缓冲作用，减慢阴极附近电解液pH值增长速度，保证在较高电流密度，不致在阴极上析出氢氧化物。氟硼酸亚锡电解液若不加入硼酸，则是一种腐蚀性较强电解液。加入硼酸后来，可以减小它腐蚀性，抑制氟化氢析出，使氟化酸能比较稳定地存在水溶液之中。硼酸这个作用重要是由于它能制止如下反映发生：HBF4+3H2O=H3BO3+4HF提高硼酸浓度，可以使四价锡溶解度下降，从而可以减小金属锡损失，减少生产成本。因而，从主观愿望来说，但愿尽量提高硼酸在电解液中浓度。但是，硼酸水溶液性差，如果加入过量硼酸，它将结晶析出而堵塞电解液冷却器等管道。五、四价锡四价锡是由于二价锡在阳极上被氧化而成，此外也由于电解液.在带钢高速运营时而喷溅于空气中，使电解液中二价离子被空气中氧所氧化而成。在酸性电解液中，四价锡不参加电解沉积过程。但是四价锡跟氟硼酸化合会减少游离氟硼酸含量，这就势必要增长总氟硼酸含量，增长生产成本。四价锡在电解液中含量普通为5~10克/升，超过这个含量上限它将自然形成锡泥从电解液中沉淀出来，在电解液循环过滤器中被除去，或者沉积在电解液贮存槽槽底。减少四价锡形成办法是在电解液中加入抗氧化剂。六、铁离子铁离子是由于带钢和带钢废边在电解液中化学溶解而形成。在正常状况下，电解液中铁离子含量应为5~10克/升。由于铁离子与游离氟硼酸化合，当铁离子含量增高时，为了维持电解液导电率不变，就必要补充氟硼酸，因而导致总氟硼酸含量增长。为了防止电解液中铁离子含量增长，在生产较薄锡层镀锡板，而有几种镀锡槽不使用时，第一种镀锡槽应当始终接通电流，使带钢一进入镀锡槽就镀上一层薄锡层，以免带钢在不通电镀锡槽中发生化学溶解。七、氯离子氯离子在电解液中会减少锡析出电位，抵消了光亮剂作用，使镀层晶粒粗大，镀锡层孔隙率增长。因而，氯离子含量增长时，必要增长光亮剂浓度。氯离子这种不良作用，在它浓度不大于250毫克/升时，尚不太明显，当其含量增长250~300毫克/升时，这种作用变得较强。超过500毫克/升时，光亮剂含量就要增长一倍。若更高话，会使电解液完全报废。因而必要避免氯离子含量增长。在电镀锡机组中，酸洗后冲洗水氯离子含量一定不能太高。另一方面，要经常检查盐酸酸洗槽出口挤干辊质量，其挤干辊衬胶表面应完好无损，不能让盐酸带入酸洗后冲洗槽。否则，含盐酸较高冲洗水被带入电解液时，会导致电解液报废。八、其他杂质在向电解液添加水时会带来某些其她杂质，如钙盐、镁盐、硫酸盐等。但这些杂质对氟硼酸电解液影响不大。有些杂质还会随锡一起沉淀在贮存槽底被除去。第六节添加剂添加剂是一种少量加入镀液后，不会明显变化镀液电性，但会明显改进镀层形态和构造物质。添加剂可分为无机添加剂和有机添加剂两类。在电镀生产中广泛采用是有机添加剂。氟硼酸亚锡电解液中采用添加剂有光亮剂、湿润剂、抗氧化剂。关于添加剂理论，到当前为止，还没有称一看法。某一种理论只能解释某些实验成果，还不能找到具备指引意义理论，使它能预知哪一类添加剂适合哪一种电镀液。也就是说，某一种电镀液需要什么样添加剂，当前重要是通过实验办法来找到。氟硼酸亚锡电解液中三种添加剂作用是相辅相成。下面只对各自重要作用作某些简朴简介。一、光亮剂光亮剂作用重要是提高电镀锡时阴极化作用，提高锡析出电位和提高锡晶核生成速度，使第一次析出锡晶核数目增多。因而锡层均匀细致，平整光亮。光亮剂是通过在作为阴极带钢表面吸附而起作用。一种光亮剂分子吸附，往往也许影响几千个二价锡离子沉积。镀锡前带钢表面，从宏观上看是很平整光亮，但从微观构造上看，它又是凹凸不平。在电解沉积时，带钢表面上微观高峰处，由于扩散层较薄，光亮剂易于到达该处。因而微观高峰处比微观低谷处吸附了更多光亮剂，于是在高峰处二价锡沉积作用遭到了更大阻碍，使得锡层容易沉积至低符处，从而使镀层光亮平整。光亮剂另一种吸附作用是，当带钢表面新锡晶核形成后来，而抑制已有晶核生长，以便形成更多新晶核，从而使镀层细致。光亮剂浓度太高，同步还会附带析出最多氢，从而减少了阴极电流效率。由于氢气析出增长，镀锡层也变成深灰色，软熔后，这个部位锡层也不会光亮。光亮剂在电解沉积过程中会消耗。它们也许会发生分解，分解后产物会某些地夹带进入锡层，或者释放而返回电解液中。光亮剂含量应每天分析一次。控制其含量在4~6毫升/升。二、湿润剂湿润剂作用在于减少带钢与电解液界面表面张力，使带钢表面可以被电解液充分地湿润，保证整个带钢表面附近均有最大二价锡离子浓度，使二价锡离子易于在表面进行还原反映。此外，氟硼酸亚锡电解液这种湿润剂还能增进该溶液中光亮剂溶解，防止光亮剂以固态形式从电解液中析出，增长光亮剂消耗。湿润剂尚有一定发泡作用。它产生一定泡沫，覆盖在电解液表面，减少电解液和有害酸雾蒸发。湿润剂含量太低时，电解液对带钢表面湿润不够而妨碍锡离子在带钢表面沉积；但是湿润剂含量太高时，将使电解液产生大量泡沫，随着泡沫溢出槽外而导致电解液大量损失。三、抗氧化剂前面说过，氟硼酸亚锡电解液中四价锡是二价锡在阳极上被氧化，和电解液喷溅于空气中被空气中氧氧化而形成。即Sn2+–e2+=Sn4+抗氧化剂作用就是阻碍傻上述反映发生，从而减少电解液中四价锡含量，减少锡和氟硼酸带出损耗。第七节工艺条件对镀层质量影响一、温度影响在其他条件不变状况下，升高电解液温度会减少阴极极化作用，并使锡层结晶变粗，锡层疏松多孔。阴极极化作用因此减少因素是：(1)升高温度，增大了二价锡离子由于热运动而产生扩散速度：从而减少了浓差极化；(2)升高温度，加快了二价锡离子在带钢上沉积电化学反映，由化学极化也减少。但是，升高温度，可以升高电解液电导率，因而可以使用较高电流密度。用较高电流密度来适应二价锡离子较高沉积速度。这样就弥补了升温导致阴极极化减少作用。同步，提高了电流密度，也提高了生产效率。升高温度也是有限度。氟硼酸亚锡电镀液中，若温度超过了45℃，就明显地减少了阴极极化作用，会导致锡离子在镀铬导电辊上发生电解沉积，从而损坏导电辊，损害镀锡板表面质量，这种状况必要完全避免。二、电流密度影响阴极电流密度增大，镀取同样厚度时间就可减少，因而提高了劳动生产率。此外，阴极电流密度对锡层结晶晶粒大小有较大影响。阴极电流密度高时，阴极极化作用增大，能使锡层结晶晶粒变细，孔隙率也小。但是，当阴极电流密度太大时，锡层就会变黑。这是由于于阴极电流密度太大时，浓差极化作用大，阴极区严重缺少二锡价离子，导致氢离子在阴极上还原而析出氢气量明显增长，导致该处锡层浮现疏松、发黑等现象。固然，阴极电流密度太低时，将使带钢沉积不上锡层，或沉积上不合规定锡层。氟硼酸亚锡电解液可以在10~50安/分米2阴极电流密度范畴内获得良好锡层，最佳电流密度范畴是15~45安/分米2。普通来说，当电解液中二价锡离子含量高，光亮剂浓度低，电解液温度高时，可使用上限电流密度。相反，运用下限电流密度。三、搅拌影响搅拌使电解液发生流动，阴极附近二价锡离子不致缺少，因而减少了阴极极化作用，使锡层结晶变粗。但是搅拌后，可以使电流密度提高，能抵消因搅拌而产生结晶粗大现象。因此搅拌也是加速沉积一种办法。镀锡电解液搅拌是通过电解液循环和带钢以高速通过电解液来实现。电解液循环背面将要专门论述。第八节锡层分布和电解液覆盖实验锡层在阴极带钢表面分布状况，是决定镀层质量一种重要因素。锡层在阴极上分布状况，是由电镀电流在阴极上分布状况决定。电镀锡时，二价锡离子在直流电流作用下向阴极带钢上沉积。如果不考虑电流效率影响，那么，在阴极带钢不同部位所沉积锡量决定于通过各部位电流大小。通过某部位电流愈大，镀出锡量就愈多，锡层也就愈厚。反之，则锡层愈薄。电解沉积时，锡离子运动是沿着电力线方向运动。所浔电力线就是在外电场作用下离子运动轨迹。电力线有是直线，有不是直线，这是由电极形状，电极问距离及电镀槽等条件决定。静止阴极电镀槽电力线示意图如图7–2所示。在静止阴极电镀槽中，当平板阴极与平板阳极平行时，平板阴极各部位电流密度应当是相等。但实际生产中，平板阴极边沿并不被电镀槽包封，而是悬拄在电解液中间。这样，阴极边沿与电镀槽和电解液液面存在着距离，因而，阴阳两极边沿电力线就比较密集，边沿电流密度就不不大于中间部位电流密度，产生沉积镀层边沿效应。在静止阴极电镀槽中，平板阴极上下左右四个边部都会产生边沿效应。而在电镀锡中，阴极带钢垂直通过镀锡槽时，带钢上下方向不会产生边沿效应，而只在带钢两边产生。同步，其边沿效应比静止阴极时也要小。图7–2静止阴极电镀槽电力线示意图锡层在阴极带钢上分布与电流在阴极上分布关于，而影响在阴极上分布重要是电解液性能，如电解液电导率、阴极极化大小、电流效率、电解液搅拌等。同步，由于一种条件变化，又也许同步影响几种因素变化。因而，在镀液浮现异常状况时，要预言是某一种因素影响是比较困难。在生产实践中，采用一种覆盖实验办法，来监控镀液。覆盖实验装置如图7-3所示。在一种1000毫升烧杯中装入机组上电镀槽中电解液，插入阴极和阳极。阴极为0.25×150×50毫米已通过预解决好钢板，浸入镀液长度为100毫米；锡阳极尺寸是10×180×50毫米；浸入长良为00毫米，两极之间距离为60毫米，边沿距烧杯壁10~20毫米。镀液温度为40℃。烧杯底下有电磁搅拌器搅拌镀液。实验电流为5安培，通电时间为18秒。阴极试片镀完锡后取出冲洗、干燥。依照生产经验来判断镀溶性能，然后加以调节。例如，镀液正常时，对着阳极一面锡层均匀光亮，背面锡层能镀到距边部10毫米地方，中间没有锡层。镀液不正常时，背面锡层覆盖不到距边部10毫米处，正面也浮现如云状不均匀钙层。这时，就应当往镀液中添加光亮剂，提高镀液阴极极化作用。图7—3覆盖实验装置图第九节锡阳极一、锡阳极作用锡阳极、阴极带钢和电解液，三者共同构成锡电解沉积时一种整体。在电镀时，三者互相依存又互相影响。锡阳极起着构成电解回路作用。除此之外，锡阳极不断溶解，不断向电解液中补充二价锡离子，维持电解液中二价锡离子含量。还可以通过变化锡阳极外形尺寸和位置，来控制阴极带钢表面电流分布，使锡层厚度分布均匀。二、锡阳极锻造锡阳极锻造是在阳极锻造间进行。阳极锻造间设备重要有锡熔化炉、阳极铸模、吊车、阳极运送框架等。锻造阳极用锡锭，其含锡量应在99.75％以上。锡锭在锡熔化炉中熔化后，浇入阳极铸模中，即制成一根一根锡阳极。锡熔化炉炉温控制在320℃，浇铸温度不应当低于280℃。为了减少辐射损失，可以在熔融锡液上留有10毫米厚氧化锡层。浇铸时要用均匀流速持续浇铸，每根阳极浇铸时间约为一分半钟。在浇铸后要防止锡阳极产生缩孔。阳极模温度应控制在50~100℃，以防止锡阳极产生应力裂纹。锡阳极上若存在缩孔和裂纹，在电镀时，会导致剩余阳极过早地折裂，沉入电镀槽底，擦伤镀锡带钢表面或引起其他质量事故。此外，锡阳极应保持平直。弯曲阳极不容许放入电镀槽，否则会影响锡层厚度均匀性，严重还会擦伤带钢表面。三、锡阳极尺寸和用法锡阳极尺寸，全长1750毫米、宽80毫米、厚50毫米，浸入电解液中有效长度为1500毫米。其尺寸和形状如图7–4所示。由图7–4可见，锡阳极一侧铸有凸缘。这是由于在电镀时。一根一根锡阳极排成一排，构成一块大“平板”状阳极。电镀锡时，若阳极是紧密排列成一块大平板，则带钢高速运营，拖拽起电解液，阳极就会象船帆同样鼓起，故在阳桎一侧设计了凸缘，让每根阳极之间并排时留有空隙，以便让电解液从空隙中穿过。此外这种设计能增强电解液流动，这对减小电解液浓度差极化也起一定作用。阳极头部还设有一种楔形支承面。阳极挂在电镀槽中时，其楔形面刚好和阳极桥上楔形吻合，以保证锡阳极和阳极桥之间良好接触。楔形面不容许弯曲、不正和弄脏。在更换阳极和移动每根阳极位置时，为了让阳极能比较顺利地移动，在两支承面之间应涂有润滑油。这种油对电解液应无大影响。图7—4锡阳极形状和尺寸在电镀时，锡阳极和带钢之问距离为35~45毫米。这个距离是由固定在电镀槽上部阳极桥和相应固定在电镀槽底部阳极导槽来决定。由于新阳极和用过旧阳极之间存在厚度差，为了使所有锡阳极与带钢距离保持均匀，故阳极桥就应沿水平方向面有一定倾斜，而不是垂直于水平方向。倾斜多少，前面说过，要由新旧阳极厚度差值来决定。咱们已经懂得旧阳极剩余厚度容许最小值就能拟定。依照生产经验，带钢以最大速度300米/分通过电镀槽时，旧阳极剩余厚变为20毫米时，旧阳极尚不会因吸引力而导致变形。故阳极桥沿水平方向应倾斜30毫米。相应于带钢两面两根阳极桥位置是交替地排列着，即带钢正面阳极桥在左侧离带钢距离小，则带钢反面阳极桥在右侧离带钢距离小。新旧阳极在在水平方向排列如图7–5所示。电镀锡时，由于带钢两边存在本章第八节中所述边沿效应，锡阳极总宽度应比带钢宽度要小，以减少带钢边部电力线密度，减小边部电流密度，减小边沿效应，使锡层在带钢上分布均匀。依照生产经验，锡阳极总宽度每边应比带钢宽度小30毫米。图7—5阳极在水平方向面上排列布置图电镀电流从阳极经电解液向带钢时，虽然阳极到带钢距离相等，但由于带钢和阳极存在电阻，致使阳极上部电流比阳极下部电流大，因而，锡阳极上部电化学溶解速度比下部要快。为了平衡这种效果，使每根阳极从上至下都能均匀溶解，必要使阳极上部到带钢距离不不大于阳极下部到带钢距离。因而，锡阳极在垂直方向也必要有一定倾斜。倾斜大小是由锡阳极、带钢和电解液电阻来决定。依照生产经验，在带钢厚度为0.24毫米，锡阳极有效长度为为1500毫米，采用氟硼酸亚锡电解液时，锡阳极在垂直方向倾斜约为15毫米。新旧阳极在垂直方向位置如图7–6所示。在实际生产中，每当带钢宽度发生变化时，锡阳极总宽度也必要随着之变化，使其适应变化了带钢宽度。在带钢宽度变化较小时，可以调节锡阳极之间缝隙；当带钢宽度变化较大时，则必要增长或减少锡阳极根数，使锡阳极总宽度适合带钢宽度需要。在每根阳极宽度为80毫米时，带钢宽度与所需阳极根数列于表7—2。为了使锡层均匀分布在带钢表面上，锡阳极到带钢整个宽度距离要保持同样。为此，已经采用了前面所述阳极桥沿水平方向倾斜30毫米办法。为了使每根阳极厚度与这一办法相适应，排列在阳极桥上各单根阳极厚度范畴必要符合表7–3数值。图7—6阳极在垂直方向位置示意图表7—2带钢宽度与锡阳极根数关系在正常生产中，新阳极从阳极厚一端加入，用过，厚度不大于17毫米阳极从另一端取出，依次移动阳极位置。每根阳极厚度能较容易控制在表7—3范畴内。但是新开工电镀锡机组，每根阳极厚度必要按表中数值加工而成。加工办法，或者在阳极铸模中垫以一块钢板；或者在机床上加工。表7—3各根阳极厚度范畴四、阳极调节与更换当带钢宽度变化时，要减少或增长阳极根数来变化阳极总宽度。为了避免频繁调节阳极总宽度而挥霍工作时间和减轻劳动强度，要避免带钢宽度一次变化太大。下达生产任务时，要使带钢从窄到宽，或从宽到窄逐渐变化。以一次减少或增长一根阳极为宜。当带钢从宽到窄变化时，取出阳极停放在阳极桥两端停放处。阳极停放处与阳极桥是绝缘，阳极在停放处不通电。阳极减少后，余下每根阳极位置都得调正，使其对准新带钢宽度。阳极消耗到规定厚度后，经检查将用损阳极取出，并从对面补充一根新阳极。顺次移动每根阳极位置。阳极提出和加入采用电葫芦操作。阳极应均匀更换，每班应更换两次。五、不通电阳极在电镀槽中不通电阳极有三种状况。一种是停放在阳极桥上阳极停放处阳极；第二种是不工作电镀槽中阳极；第三种是生产差厚镀锡板时，在有些电镀槽中只有带钢一面阳极通电，而带钢另一面阳极不通电。在阳极桥上阳极停放处不通电阳极会发生化学溶解，稍微增长电解液中二价锡离子含量。在生产锡层较薄镀锡板，七个电镀槽中有几种槽不用，未接通电流。此时，在带钢与锡阳极之间仍有微小电流通过。这是因锡原则电极电位为-0.14伏。铁原则电极电位为-0.44伏。因此在锡阳极上析出锡毛刺。这些锡毛刺在电解液冲击下，从锡阳极上脱落，并粘到沉没辊上，成为带钢产生压印因素，影响镀锡板质量。为了避免锡毛刺越积越多，越长越大，不工作电镀槽必要至少每四小时通电一次，或者转为工作状态，而本来工作电镀槽此时断电。在第三种状况，当生产差厚镀锡板时，在有些电镀槽中，带钢只一面通电，而另一面不通电。通电一面某些电流通过电解液和锡阳极，流到不通电一面，并在带钢背面沉积锡。如果在不通电那一面，将靠带钢两边最外面两块阳极推到阳极停放处，这种效应就可以明显减少。第十节电镀锡时阴极电流效率在第四章电镀锡基本第五节中咱们曾学习了从法拉弟定律导出电流效率概念。电解时，实际析出物质重量与理论计算析出物质重量之比，叫做电流效率。用符号η来表达。式中η——实际析出(或溶解)物质重量；I一一电解时通过电流(安)；t——通过电流时间(小时)；K——电化当量(克/安·小时)。对氟硼酸亚锡电解液镀锡来说，阴极电流效率和阳极电流效率均符合此公式。其阴极电流效率约为94～98％。普通状况下，按95％计。运用法拉弟定律导出公式，咱们可以导出计算被镀带钢单面上沉积出锡层重量公式：由于因此M=I·t·η·100%若用G来表达被镀带钢单面上锡层重量(或称镀锡量)，用S来表达该面带钢总面积，则公式变为：该式中K为二价锡电化当量0.615毫米/安·秒(或2。214克)，面积S为带钢宽度乘以通电带钢有效长度，也就是带钢宽度乘以速度和时间，则公式变为：式中G——带钢一面上镀锡量(克/米。)；I——单面总镀锡电流(安)；b——带钢宽度(米)；n——带钢速度(米/分)；η——阴极电流效率(％)。这个公式表达带钢持续通过镀锡槽时，沉积在带钢上镀锡量与电流带钢宽度和机组速度关系。第十一节锡层厚度控制电镀锡时，在带钢上沉积出锡量符合上一节导出公式：在带钢宽度一定期，沉积出锡量仅仅与电流和速度关于，则公式简化为：式中该式表白，沉积出锡量与电流成正比，与速度成反比。咱们可通过这些因素来调节镀锡量。在操作办法上是保持I/V不变。即当速度上升时，电流也上升；速度下降时，电流也下降。对于一定镀锡量，应予选好所需电镀槽数目，调节所需电流，使之能随速度变化而变化。一、镀锡电流调节依照公式：得出单面带钢上镀锡总电流公式为：就是说，依照所需镀锡量、带钢宽度和机组速度，就可以依照该式计算出电镀时带钢单面所需总电流。为了生产操作以便，现将机组工艺段速度为100米/分，阴极效率为95％时，各种锡层厚度和不同带钢宽度所需带钢单面总电流列于表7—4中。表7-4速度100米/分时不同宽度带钢上总电流KA(单面)二、需要镀锡槽数目每种镀锡量在不同带钢宽度时均有一定最大运营速度，该最大速度是因可接通最大电流而限止。咱们已经懂得，带钢通过电镀槽时所需单面总电流公式为：咱们用总电流除以面积，就可以得到单位面积上所通过电流，也就是电流密度。在镀锡时，带钢单面面极是其对着阳极在带钢上投影。故有：式中ik——电流密度(安/分米2)；I——带钢单面镀锡总电流(安)；n——接通电流镀锡槽数目；b——带钢宽度(米)；L——浸入电解液中一块阳极长度(米)。综合上述两个公式，就可以得出所需电镀槽数目n：式中G——带钢单面镀锡量(克/米2)；V——机组速度(分/米)；ik——电流密度；L——浸入电解液中一块阳极长度；η——阴极电流效率。依照这个公式，咱们就可以拟定在一定镀锡量、一定机组速度、一定电流密度下所需要接通电镀槽数目。依照生产需要，计算出所需接通电流电镀槽数目后来，若有不必接通电流电镀槽，则一定要接通第一种电镀槽和最后几种槽。例如，生产镀锡板镀锡量为2.8克/米2时，只需要接通三个槽，在有七个镀锡槽机组中，只接通第一号和第六、七号槽。在生产差厚镀锡板时，接通槽数比例应当与镀锡量比例尽量一致。例如，对于5.6/2·8克/米2镀锡量，5.6克/米2镀锡量一面接通六个槽；而2.8克/米2一面接通三个槽。三、最大电流密度氟硼酸亚锡电解液有一种可承受最大电流密度，这是由该电解液性能所决定。但是在生产中能否实际使用，又是由整流器供电能力来决定。这是依照下面公式来计算：式中imax——最大电流密度(安/分米2)；Izh—一台整流器可供最大电流(A)；b—一带钢宽度(米)；L——浸入电解液中一根阳极长度(米)。如果一台整流器可供最大电流为9000安，带钢宽度为600毫米时，依照上式，就能得到50安/分米2最大电流密度。当带钢宽度增大时，电流密度变小。四、最小电流密度氟硼酸亚锡电解液最小电流密度为10安/分米2，低于此值时，就也许会浮现带钢局部镀不上锡现象。在生产中，为了防止在带钢局部装不上锡现象，电流密度平均值应控制在15安/分米2以上。普通控制办法是；在带钢速度发生较大变化时，采用接通或关闭几种整流器办法，来控制最小电流密度平均值不低于15安/分米2。第十二节差厚镀锡板带钢两面镀层厚度相等镀锡板称等厚镀锡板。带钢两面锡层厚度不相等镀锡板称差厚镀锡板。在镀锡板某些使用场合下，规定一面锡层较厚，一面锡层较薄。这样可以节约锡消耗，减少生产成本。差厚镀锡板生产办法基本上与等厚镀锡板同样。但是在生产差厚镀锡板时，带钢两面镀锡电流大小不同。此外，还多了一套差厚镀锡板打印装置，将锡层薄一面或厚一面、及其镀锡量标记清晰。打印装置安装在4号S辊组和软熔装置之间。它由支承辊、打印辊及其附属设备等构成。打印辊上套有橡胶圈。镀锡带钢运营时，打印辊也转动，打印辊上橡胶圈将打印溶液打印到带钢上，带钢上沿轧制方向形成约1毫米宽打印溶液留下线条标记。镀锡带钢软熔后，在光亮镀锡板表面上形成暗色条纹。依照顾客规定，标记可以打印在锡层厚一面，也可以打印在锡层薄一面。打印在锡层薄一面时线条为虚线。在镀锡板原则中规定，用线条之间距离和毫米数来表达两面锡层厚度。图7–7中a、b、c、d分别表达两面锡层为8.4／2.8，11.2／2.8，11.2／5.6，15.1／5.6克／米2差厚镀锡板。图7–7差厚镀锡板锡层厚度表达法第十三节电解液循环从工艺规定来说，电解液循环可以使镀液成分均匀，减少浓差极化。此外，设立电解液循环系称，能使电解液配料以便，便于贮存及可进行电解液温度控制。电解液循环系统如图7–8所示。它由两个贮存槽、泵、冷却器、离心分离器及配料系统等构成。用管路与电镀锡槽相连。此外，在支路中还设有电解液蒸发系统及脱锡装置。工作时，用泵将电解液从贮存槽中打入电镀锡槽，电解液从电镀槽下部送入，从上部液面处溢流口流出、排入贮存槽，不断进行循环。停机时，电镀锡槽中电解液从下部排放口所有排入贮存槽中。在进行电镀生产过程中，电解液普通只是被冷却。这是由于电解时电流热效应会使电解液温度逐渐升高。温升值大小由整流器功率决定。调温控制是依照输入和输出管道中两个测温器温差来调节。这个温差值决定循环量大小和启动循环泵数目。图7—8电解液循环系统离心分离器设有两台。电解液循环通过离心器后，其中悬浮物杂质用离心分离办法被除掉，从而保持电解液清洁。第十四节电解液回收镀锡带钢以高速离开最后一种镀锡槽时，虽然用挤压干辊挤下大某些电解液，但是在带钢表面上依然残留有电解液。在正常状况下，带钢速度为300米／分时，带钢上约有8~15厘米3／米2残留电解液被带出。依照带钢速度换算，相称于约有150~600升／小时电解液被带出。设立电解液回收系统目，就是回收这某些要被带出损耗电解液。一、回收槽普通状况下，电镀锡机组中设有两个电解液回收槽。对于较高带钢速度电镀锡机组，应设立三个回收槽。槽子出口设有挤干辊。从电镀槽出来带钢在回收槽中被漂洗，洗下带钢上残留电解液，达到回收电解液目。带钢经回收槽后，仍约有5厘米3／米2电解液被带走，这是正常损耗。电解液回收办法如图7–9所示。在2号回收槽中不断加入冷凝水，2号槽中漂洗水通过溢流上流入1号回收槽。含电解液浓度较高1号槽漂洗水排入电解液贮存槽。在设立三个回收槽机组中，在3号槽中加冷凝水，漂洗水经2号槽再流入l号槽。带钢离开回收槽时带走漂洗水中电解液浓度，决定于冷凝水加入量，带入电解浓度、挤干辊状况、回收槽数目及带钢速度。当带钢速度为300米／分，冷凝水加入量为600升／小时时，各回收槽漂洗水中含电解液浓度分别为：1号槽40％，2号槽8~l0％。在设立三个回收槽时，分别为：l号槽45%，2号槽10~12％。3号槽2~3%。电解液回收效率可从表7—5中看出。表7—5电解液回收效率图7—9电解液回收循环漂洗示意图二、电解液蒸发由于在电解液回收时。每小时要在回收槽中加入600升冷凝水，导致电解液体积不断增长。而在电解液工作温度为35~40℃时，依照空气湿度，电解液自然蒸发为20~100升／小时，普通仅为50升／小时。为了保持电解液体积不变，必要蒸发掉电解液中水分约550升／小时。为此，每小时应有3~8米。电解液通过电解液蒸发器(图7–10)进行蒸发，然后又将浓缩电解液导入电解液贮存槽。图7一10电解液蒸发器蒸发器用低压工作，该低压是由蒸汽喷射泵产生。蒸发l立方分米电解液中多余水分时，约需l一2吨压力为5公斤／厘米2，温度为200℃蒸汽和20~50米3水。只有当回收电解液不不大于其回收成本时，蒸发器工作才故意义。图7–1l为电解液回收和蒸发示意图。回收时，最后一种回收槽电解液浓度尽量低，其浓度应每班化验一次。图7–11电解液回收和蒸发示意图第十五节电解液脱锡氟硼酸亚锡电解液镀锡时，阴极效率为94~98％，而阳极效率为100％，加上锡阳极在通电时及生产差厚镀锡板某些锡阳极不用时化学溶解3%，阳极效率达到103%。因此，二价锡离子从锡阳极下溶解到电解液里多，从电解液里沉积到阴极带钢上少，导致电解液中二价锡离子浓度增长，超过了二价锡离子正常浓度范畴。这就会使电解液工作条件发生变化，影响镀层质量。为了维持电解液中二价锡离子在28~32克／升正常范畴内，必要对电解液进行脱锡。脱锡是在电解液主循环系统支路中进行。脱锡装置示意图如图7–12所示。图7—12脱锡装置示意图脱锡原理与电镀锡时相似。脱锡槽中装有电解液，通以直流电流，用电解办法使二价锡在阴极上还原，析出金属锡。与电镀锡不同是，脱锡时使用阳极为不溶时阳极，阴极为一块一块钢板。这样，脱锡时，电解液中二价锡得不到补充，以达到提取电解液中多余二价锡目。不溶性阳极基体材料是钨板，其表面上镀覆有约15微米铂铑合金层，其中铂占80％，铑占20％。这种阳极材料对氟硼酸亚锡电解液稳定性很高。当阳极电流密度为5安／分米2时，它可用二年以上。但当使用电流密度增高时，阳极使用寿命缩短。脱锡时阳极面积与阴极面积之比1:1.2～1.5。由于阴极电流密度很小，阴极极化作用便很小，在阴极钢板上沉积锡层晶粒粗大，形成疏松树枝状锡层。当阴极上镀覆了约20毫米厚锡层时，就必要更换阴极钢板。更换前，应将脱锡槽中电解液排入电解液贮存槽。在脱锡过程中，为了防止树枝状锡层不断长大，导致阴极与阳极短路，应及时打掉这些树枝状锡，至少每班打一次。沉落在槽底锡粒必要每周收集一次。从槽底收集锡粒和镀上锡层阴极钢板，送阳极锻造问重新熔化，用来制造新阳极。脱锡时通电时间，取决于电解液中二价锡含量增长量。依照生产经验，生产较厚锡层镀锡板时，电解中二价锡含量增长得比生产较薄锡层镀锡板时要快些。因此，生产较厚锡层镀锡板时，所需要脱锡时间也相应较长。第十六节锡消耗在电镀锡生产时所消耗原材料中，最重要、最昂贵原材料是锡。为了使锡正常消耗尽量小，必要全面理解锡消耗因素。锡消耗是指投入电镀锡生产中总锡量减去可以回收锡量。回收锡量涉及用过旧阳极、脱锡中所获得锡，及锡泥中含锡量和熔炉表面锡渣。旧阳极和脱锡中所获得锡可以送熔锡炉熔化，铸成锡阳极而直接回收。锡泥和锡渣应重新加热还原而回收。消耗锡涉及镀锡板所需要镀锡量、超厚锡层和工艺损耗。锡物料平衡如图7–13所示。图7–13锡物料平衡镀锡量所消耗锡约占锡阳极溶入电解液中锡91.7％。镀锡量普通是按照顾客所规定锡层牌号，从理论上计算出来一项锡消耗。如果实际测得镀锡量比理论计算镀锡量高，而其她条件又是不变话，则生产出是超厚镀锡量。这时，就要检查操作时所给定电流与否恰当，锡层测厚仪与否发生了故障。工艺损耗涉及带出和喷溅损耗、漏损损耗、以及边沿效应损耗。由于影响工艺损耗因素诸多，在生产中必要仔细观测，查找因素。为了减少工艺损耗，必要注意如下几种问题：在电解回收循环液中，最后一种回收槽中冷凝水量应调节恰当，减少电解液喷溅；注意检查电解液循环系统中密封性，防止漏损；防止电解液中二价锡含量升高；保持阳极位置排列对的，防止边沿效应过大。复习题镀锡板生产办法有哪些?写出氟硼酸亚锡电解液组极和工作条件。写出氟硼酸和氟硼酸亚锡技术条件。写出氟硼酸亚锡电解液配制顺序。简述电镀锡时电流传递过程。简述电镀锡时阴极和阳极反映过程。锡电结晶涉及哪两个过程?两者之间有何关系?简述电解液各组分作用。什么是电镀锡添加剂?10.简述氟硼酸亚锡电镀液三种添加剂重要作用。11.镀液温度对镀锡层质量有何影响?12.电流密度对镀锡层质量有何影响?13.镀液搅拌对镀层质量有何影响?14.电镀锡时为什么会产生边沿效应?如何减小边沿效应?15.什么是差厚镀锡板?16.试述电解液循环意义。17.氟硼酸亚锡电解液为什么要进行脱锡?18.电镀锡生产过稃巾如何回收锡?

第八章锡层软熔第一节概述带钢在电镀锡槽中镀上锡层，呈乳白色，也没有光泽。在显微镜下观测，这种锡层是微粒状锡粒，附着力也比较差。如果将镀锡带钢加热到锡熔点232℃以上，带钢表面锡层就熔化，流动并产生金属光泽。锡层熔化后，及时浸入水中，使之变成光亮镀锡板。在软熔过程中，一某些锡与带钢起反映，形成金属间化合物FeSn2，即锡铁合金层。锡铁合金层使锡层在带钢上有良好附着力，并能提高镀锡板抗腐蚀性能。软熔工序涉及镀锡带钢助熔剂解决、软熔、淬水等。在生产差厚镀锡板时，镀锡带钢经助熔剂解决后，增长了如前面所述打印标记工序。在采用硫酸亚锡镀锡法、卤素法机组中，软熔工序中普通不采用助熔剂解决办法。依照加热带钢办法不同，锡层软熔可分为电阻软熔、感应软熔和这两种办法同步采用联合软熔。第二节助熔剂解决采用氟硼酸亚电解液镀锡带钢在软熔前应通过助熔剂解决。这是由于通过电解液回收槽后镀锡带钢表面依然残留有少量电解液，在软熔淬水时，这些残留电解液中锡盐会发生水解，影响锡层表面质量。经助熔剂解决后可以进一步起到清洗作用、减轻这种不良影响。此外，锡层在软熔前粘上熔剂成分后，可以减少熔融锡表面张力，使锡层在熔化状态时能均匀分布在带钢表面上。助熔剂解决是让带钢持续通过一种装有助熔剂溶液槽子，进行浸渍解决。助熔剂溶液是在地下室配料槽中配制成，用泵打入熔剂槽。带钢从助熔剂槽中出来后，经挤干辊挤干，然后经热风吹干，以减少软熔加热时热量损耗。助熔剂溶液配方和工作条件有下面两种：一、氯化铵1~2克/升Cl-温度60~80℃pH2~4二、氯化锌44%氯化铵56%Cl-浓度1.5~4.5克/升温度60一80℃PH3~6在第一种配方中，所用氯化铵和盐酸是工业纯。盐酸用来调节pH值。PH值普通控制在2.5。当pH值增高时，加入盐酸使它减少，当pH值下降时，添加氯化铵。如果氯离子浓度因被带钢带走而损耗，则用添加氯化铵来补充溶液中氯离子浓度。如果氯离子浓度正常，而pH值下降时，就应当先用水把溶液稀释，然后再加入氯化铵来提高溶液pH值。助熔剂浓度可以用导电率测量仪测定，pH值可以用pH值测量仪持续测定。浓度分析和pH值测定。每班必要进行两次。在助熔剂解决时，残留在带钢表面锡盐被水解后，成为锡泥沉积在熔剂贮存槽底。每周应更换助熔剂一次，并将槽底锡泥清除干净。第三节锡层软熔解决1．电阻软熔电阻软熔是镀锡带钢在两个导电辊之间，被通过带钢交流电加热软熔办法。所用交流电源由两台变压器供应，交流电为50赫兹，电压为100~200伏。电阻软熔装置如图8一l所示。它由两个导电辊、两个扼流圈、一种软熔塔、软熔塔顶部转向辊、一种淬水槽等设备构成。导电辊不能接地。为了保证导电辊与带钢有良好接触，每个导电辊上还带有两个压紧辊。同步，导电辊表面应保持非常清洁，以防止带钢与导电辊因局部接触不良而产生电弧烧点。为此，导电辊上还装有风动可调由毛粘块和油石块构成清扫装置。工作时，该装置沿导电辊轴向方向来回移动，清扫和研磨导电辊表面。图8—1电阻软熔装置示意图为了防止电流沿带钢跑至机组其她部位，迫使电流在两个导电辊之间集中加热带钢，在入口导电辊和出口导电辊外侧各装有一种扼流圈。扼流圈是用硅钢片迭合起来一种矩形方框，起扼止电流外流作用。然而，带钢从扼流圈中间通过后来，仍有约3.5％电流被带走。软熔塔重要起保温罩作用。软熔塔顶部转向辊表面衬有硅橡胶。这种硅橡胶辊内通冷却水进行冷却，使它在经受大概200℃温度时，也不会发生变形。软熔塔顶部转向辊有三个，除了用来使带钢转向外，还可用来调节软熔塔内带钢长度。若要使通过软熔塔内带钢长度减少时，带钢可只绕过上面两个转向辊；若要使通过软熔塔内带钢长度参加时，带钢则要绕过三个转向辊。这重要取决于电阻软熔时加热功率。在软熔塔带钢出口侧开有一种矩形小孔，供操作者观测软熔线到淬水槽水面高度。软熔时，带钢加热时间和加热温度应控制在很窄范畴内。软熔时间普通在几秒内完毕。软熔时带钢温度加热到锡熔点232℃以上，最高不得超过310℃。加热时间过长，加热温度过高，会使镀锡板表面产生过多氧化亚锡，减少镀锡板表面质量。此外，温度太高，还会使板形变坏。加热时间