酸性镀锡镀液稳定性及镀层可焊性等性能研究.pdf

摘要摘要本文主要是对紫铜毛细管外表面进行酸性光亮镀锡工艺的改进而展开研究在全面分析国内外酸性电镀锡工艺的研究成果和存在问题的基础上，主要对酸性光亮镀锡的稳定剂及电镀工艺进行了探索性改进，针对电镀液稳定性的提高和镀层可焊性提高进行了研究，同时对镀层其他部分性能和电镀液的部分性能进行了初步研究改进了现有稳定剂X 一2 0 6 ，加入锌粉进行V 2 0 5 的还原、6 0 ℃恒温水浴、外加电流进行电离以及用纯锡板进行还原等方法，都能使V z 0 5 溶解在已有稳定剂X ．2 0 6 中但只有加入锌粉进行还原和6 0 ℃恒温水浴两种方法能经得起室温老化试验电镀液的稳定性研究表明，6 0 C 恒温水浴使V 2 0 5 溶解的引入方法，能够长期保持电镀液的稳定性，并确定了电镀液的最终配置方法钒化合物的加入，明显提高了稳定剂X 一2 0 6 的稳定性能，其原理主要是低价钒离子能有效的清除镀液中的溶解氧，防止S n ”的氧化同时，在本F 百镀液的体系中加入C e ( S 0 4 ) 2 ，电镀液的稳定性没有得到提高，相反加速s n ”离子的氧化与水解研究了脉冲参数对镀锡层可焊性的影响，并对其作用机理进行初步探讨。

脉冲参数的不同选择，对镀锡层可焊性影响很大通过正交试验，对其可焊性进行比较，得到最佳的电镀参数：占空比1 0 ％，脉冲周期1 0 0 m s ，平均电流密度15 A ／d m 2 ，搅拌速度2 0m i n 一脉冲镀层可焊性的影响因素进一步研究表明，其与平均电流密度、脉冲周期及搅拌次数呈二次函数关系，而与占空比呈线性关系在相同的平均电流密度下，其可焊性明显优于直流镀层这可能是由于脉冲电流减少了阴极附近的浓差极化，同时减少了镀层中的杂质，使其可焊性得到改善扫描电镜、金相等分析表明，脉冲镀锡层与毛细铜管外表面紧密地咬合在一起，之间没有孔洞和间隙，结合性能优异镀层的显微照片显示了平均电流密度影响了镀层的微观结构，电流密度较小时，V ，> V ．，镀层主要以层状生长，在垂直于基体方向上生长较慢，微观照片上，镀层表面的小颗粒相对少一些当电流密度大较大时，V ， V z ) w h e nt h ec u r r e n td e n s i t yw a sl o w e r ，a n dc y l i n d r i c a lg r o w t h ( V ∥ C O 、—c 0 0 H 、一S 0 3 H 、一S H 、—_ N H 2 等) 和非极性的亲油基团( 碳氢链) ，他们吸附在油污和溶液之间的界面上，其憎水基团指向油污，而亲水基团指向溶液，定向地排列，使油一溶液界面张力大大降低，除油效果显著。

3 ．2 ．2 酸洗浸蚀除锈工艺除去金属表面的锈层，有机械法、化学法和电化学法三类机械除锈是对表面锈层进行喷沙、研磨、滚光或擦光等机械处理，在制品表面得到整平的同时，除去表面的锈层化学法除锈是用酸或碱溶液对金属制品进行强浸蚀处理，使制品表面的锈层通过化学作用和浸蚀过程所产生氢气泡第三章镀层可焊性研究的机械剥离作用而被去除电化学法除锈是在酸或碱溶液中对金属制品进行阴极或阳极处理除去锈层本实验除锈工艺采用化学除锈法铜及铜合金的强浸蚀通常使用硝酸、硫酸和盐酸的混合酸铜合金的各组分在不同酸溶液中的溶解速度不同，薄壁铜及铜合金制品的浸蚀常使用适当加热的硫酸溶液，此时硫酸对铜及各合金组分的溶解较缓慢，而对铜的氧化物则能够很好的溶解，不容易发生过腐蚀现象薄壁铜材的浸蚀工艺见表3 ．2 所不表3 ．2 薄壁铜材的浸蚀配方成分( g ，L ) 及工艺条件l23硫酸( H 2 S 0 4 )3 0 ～5 01 0 01 0 0重铬酸钾( K 2 C r 0 7 )1 5 05 0硫酸高铁[ F e 2 ( 8 0 4 ) 3 ]1 0 0温度( ℃)4 0 ～5 04 0 - 5 04 0 ～5 0时间f s l1 ～51 ～5l ～5由于本实验的电镀基材主要是毛细铜管，且锈蚀不是很严重，因此不需要进行强浸蚀，只需进行弱浸蚀去除铜管表面薄的氧化皮。

为了保证基体在进入镀液时不带入其它杂质，本实验只用稀硫酸对铜基体进行弱浸蚀，具体工艺如表3 ．3 所示表3 ．3 稀硫酸除锈浸蚀工艺条件配方成分( g ／L ) 及工艺条件硫酸( H 2 S 0 4 )3 0 ～5 0温度( ℃)室温时间( s 12 0 ～3 0第三章镀层可焊性研究3 ．3 实验方法3 ．3 ．1 电镀液的配制电镀液的配制：S n S 0 43 0 ～4 0 9 ／L浓H 2 8 0 47 5 ～8 0 m l ／L—X 一2 0 74 0 ～8 0 m l ／L ．G ．1 0 33 0 ～5 0 m l ／L所用试剂均为分析纯级，用去离子水配制镀液，电镀实验在1 0 0 0 m l 赫尔槽中进行3 ．3 ．2 正交实验设计本实验采用如图1 ．4 所示的单向矩形方波脉冲电流对紫铜毛细管进行试镀，所用电源为S D M 一3 0 型数控脉冲电镀电源采用正交实验法，对最佳工艺参数进行确定对镀层性能的主要影响因素有平均电流密度、脉冲周期、占空比以及搅拌速度等四因素选择电镀参数如表3 ．4 所示每因素有四水平，采用正交表L 1 6 ( 4 ’) 表3 ．4 实验选用的电镀参数3 ．3 ．3 镀锡层可焊性评价镀层可焊性是指在一定的测试条件下，镀层易于被熔融焊料所润湿的特性。

其特点包含两方面的意义：一是焊接的结合力，即“焊接质量”，用给定时间内润湿力的大小来衡量：二是焊接所需的时间，用规定达到某种润湿程度所需的时间来衡量因而可焊性的测试通常包括这两方面的内容测定镀层可焊性的方法主要有槽焊法、球焊法和润湿称重法等第三章镀层可焊性研究( 一) 槽焊法将浸有标准助焊剂的试样，浸到电热式焊料槽中，焊料温度控制在2 3 5 士2 ℃，经3 s 后取出，观察试样表面的润湿情况以判断可焊性的优劣 二) 球焊法将涂敷有助焊剂的引线水平地放置在熔融成球状的焊料上( 见图3 ．2 a ) ，焊球的大小以引线的直径而定引线下落到焊球中，焊球均匀的一分为二从引线接触到加热块的瞬间开始( I N3 ．2 b ) ，到焊球把引线整个包住时( 图3 ．2 c )为止，这个时间即为钎焊时间劣易力劢图3 ．2 球焊法钎焊过程示意图( 三) 润湿称重法将涂有助焊剂的试样从一个灵敏的称上悬吊下来，浸到熔融焊料槽中，使试样一端插入到一定深度这时作用在试样上的浮力和界面张力的垂直分力的合力，有传感器测定并转化成电压信号，有数字电压表显示出来然后用打印机或记录仪将它作为时间的函数记录下来由润湿称重法测试的典型润湿曲线见图3 ．3 。

R 赠 罂恐天 4 fB ．D l ／E图3 ．3 润湿曲线A 、试样进入焊料槽：B 、焊料槽停止上升；c 、润湿开始；D 、达到力的均衡；E 、试样开始离开焊槽；F 、试样完全离开焊料槽勘第三章镀层可焊性研究实验结果有两种评定：a 、达到给定润湿程度所需时间：如零交时间，即从试样开始浸入熔融焊料中，到F = 0 时所需的时间( 图3 ．3 中的G 点) 零交时间俞小，可焊性俞好b 、给定时间内达到的润湿程度：润湿力F 越负，可焊性越好但一般用F占理论润湿力的百分数表示完全润湿时的理论润湿力可按下式计算：F 理= 一0 ．4 P + 0 ．0 8 V其中F 理——理论润湿力( m N ) ；P ——试样的周长( f i l m ) ；V ——试样浸入熔融焊料部分的体积( m m 3 )本课题所采用的可焊性评价方法，是在D A N F O S S 公司企业标准‘4 8 1 的基础上，把槽焊法进行了一定改进，使镀锡毛细铜管经过软火灼烧，再观察试样表面的润湿程度，以判断可焊性优劣，即用润湿程度来标定可焊性具体方法如下所述把经过电镀的毛细铜管试样，水平安装在匀速移动机上用软火，模拟焊接时的高温现象，把软火喷枪固定在支架上，使火焰外焰能够灼烧到试样。

打燃软火喷枪的同时，开启匀速移动机，以5 m m ／s 的速度水平移动镀锡毛细铜管示意图如图34 所示图3 ．4 在水平移动机上进行可焊性检测示意图由于锡的熔点只有2 3 1 ℃，所以当镀锡层经过软火高温灼烧时将熔化，经过火焰后重新凝固凝固后的镀锡层，与基体的结合能力将有所变化，表现为镀层表面的平整度，即镀层与基体的润湿程度，此润湿程度作为检验可焊性的标准第三章镀层可焊性研究通过扫描电镜( S E M ) 对镀锡层形貌进行观察可焊性的优劣由融化后镀层的润湿程度进行判定，在放大5 0 倍的照片上，画间距为O ．9 e r a 的1 0 ×1 0 网格，对内部平整的小方格进行计数，以此作为润湿程度，也就是可焊性的判据通过正交试验及可焊性检测，选择合适的电镀脉冲参数，以提高镀锡层的可焊性3 ．4 结果分析讨论3 ．4 ．1 正交实验结果根据3 ．3 ．2 所设计的正交试验，本实验有四因素四水平，采用正交表L 1 6 ( 4 5 ) ，要补入空白列E ，共试验1 6 次试验指标是镀层与基体的润湿程度，润湿程度由3 - 3 ．3 所述方法，在1 6 组试样的放大照片上，进行划格标定，分别对每种实验组合结果进行可焊性评价，正交试验数据处理及极差分析如表3 ．5 所示。

从试验结果之和K 及其算术平均值k ，可以看出，最佳电镀参数为A 2 8 2 C I D 2 E 4 ，即平均电流密度1 ．5A ／d m 2 ，脉冲周期1 0 0m s ，占空比1 0 ％，搅拌次数2 0 次／m i n 从极差分析可知，A 因素平均电流密度和C 因素占空比，对镀层可焊性影响同样显著，B 因素脉冲周期次之，D 因素搅拌速度影响最小第三章镀层可焊性研究3 ．4 ．2 直流电镀与脉冲电镀的比较用相同的前处理工艺处理毛细铜管，在赫尔槽中分别进行直流电镀和脉冲电镀电流密度选为1 ．5 A ／d m 2 ，脉冲电镀时，脉冲周期1 0 0m s ，占空比1 0 ％，搅拌速度2 0 次／m i n ，电镀时间为6 m i n 直流镀层与脉冲镀层经过可焊性检测后进行比较，用3 ．3 ．2 所述方法标定后，示于图3 ．5 图3 ．5 a 是直流镀层，从中可以看出，直流镀层经检测后，表面凹凸不平，与基体的润湿能力不到5 0 ％，且镀层结构较为疏松而图3 ．5 b 显示，经检测后的脉冲镀层表面仍然很平整，润湿程度达到9 5 ％以A 2 ，且镀层结构致密直流镀层的润湿能力比脉冲镀层的润湿能力相差甚远。

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