表面残油量对二次冷轧镀锡板耐蚀性的影响

2014-01-30顾云飞毕筱曼邵忠财

电镀与环保 2014年2期

顾云飞，毕筱曼，邵忠财，王远

（1.沈阳兴华航空电器有限责任公司，辽宁沈阳110021；2.沈阳理工大学，辽宁沈阳110168）

0 前言

二次冷轧镀锡的带钢板材（DR材）比普通镀锡板材薄，但它的机械强度较高。通过二次冷轧工艺，不仅减薄了带钢，还可以获得一定的表面粗糙度，改善平整度，满足客户的需要。DR材经过镀锡后具有耐蚀性好、外观光泽、无毒及在有机溶液中稳定等特点，可用于耐压容器的罐身和底、盖等［1］。

二次冷轧板是要求冷连轧在一次冷轧—退火之后，再经二次轧制得的板材。由于压下率较高，需要使用性能较好的轧制油润滑，并起到冷却的作用。但轧制过程产生的铁、碳较多，残留轧制油，给后续电镀锡工艺造成一定困难。因此，有必要研究表面残油量对镀层耐蚀性的影响［2-3］。

1 实验

1.1 实验条件

采用相同的工艺对未清洗的原板、清洗2s左右的原板和清洗干净的原板进行电镀，分析镀层的质量及软熔后的形貌和耐蚀性。

电镀条件为：电流密度2.5A／dm2，电镀时间60s，温度45℃。

1.2 性能检测

采用53X型正置金相显微镜及SSX-550型扫描电镜观察镀层的表面形貌。采用上海辰华仪器公司生产的CHI 650A型电化学工作站测试材料的电化学性能。采用DCTC 1200P型盐雾箱测试镀层的耐盐雾腐蚀性能。

2 结果与讨论

2.1 表面形貌

电镀后观察不同试片上所得镀层的表面形貌，分析表面残油量对镀层质量的影响，结果如图1和图2所示。

由图1可知：试片表面的残油量越大，镀层的光泽度越差，颜色发暗，镀层不均匀。从图2中可以看到：与正常镀层相比，含油试片上得到的镀层缺陷较多。这是由于电镀时油膜的阻挡使很多部分并未沉积上镀层，沉积的锡晶粒排布非常疏松，使镀锡层多孔，进而降低耐蚀性。

2.2 电化学分析

2.2.1 循环伏安测试

在PSA镀锡液中，分别对未清洗的试片、清洗2s后的试片和清洗干净的试片进行循环伏安测试。图3为三种试片的循环伏安曲线。测试时起始电位设为稳定电位，扫描速率为5mV／s。

图1 不同试片上所得镀层的金相图

图2 表面残油量对镀层形貌的影响

图3 不同试片的循环伏安曲线

由图3可知：曲线1从稳定电位（-0.35V）扫描至-0.45V时没有明显的变化；当扫描到-0.47 V时，阴极电流迅速增大，但并未发现锡的沉积，只是表面有气泡，此阶段应为析氢反应；当电位负扫至-0.55V时，出现较为明显的还原峰，说明此时达到了锡离子的析出电位，出现锡的沉积。曲线2从稳定电位扫描至-0.63V时阴极电流也迅速增大，但其还原峰出现的位置较曲线1的负移约80mV；继续向负扫描，阴极电流继续增大，但并未再出现明显的还原峰。曲线3的扫描过程同曲线2的相似，但锡还原峰的位置负移约70mV。相比较，曲线2和曲线3的析氢段相对较长。因为该析氢段的电流密度范围大，所以析氢量也大。可见，电镀过程中试片表面如果附着了油膜，会增大镀液中物质传递的阻力。

2.2.2 交流阻抗测试

对不同试片上所得镀层进行交流阻抗测试，分析表面残油量对镀层耐蚀性的影响，结果如图4和图5所示。

图4 不同镀层的阻抗图

图5 不同镀层的Bode图

由图4可知：清洗干净的试片上所得镀层的阻抗弧半径最大，未清洗的试片和清洗2s后的试片上所得镀层的阻抗弧半径较小，其中未清洗的试片上所得镀层的阻抗弧最小。从图5中的低频区阻抗值也可以得出相同的结论，即清洗干净的试片上所得镀层的阻抗值大于其他两种镀层的。所以，两种含油试片上得到的镀层质量差，软熔后孔隙相对较大、缺陷较多，合金层疏松，耐蚀性较干净试片上所得镀层的差。

2.2.3 Tafel曲线测试

对不同试片上所得镀层进行Tafel曲线测试，分析表面残油量对镀层耐蚀性的影响，结果如图6所示。

图6 不同镀层的Tafel曲线

由图6可知：清洗干净的试片上所得镀层的自腐蚀电位只有-0.788V，自腐蚀电流也相对较小；而其他两种镀层的自腐蚀电位都较低，自腐蚀电流较大，极化电阻较小。这说明有油膜存在的镀层，其表面可能存在较大的缺陷。在相同的条件下，存在缺陷的镀层导致基体与腐蚀介质接触的几率增大，腐蚀倾向要明显大于干净试片上所得镀层的，耐蚀性较差。

2.3 盐雾试验

对不同试片上所得镀层进行盐雾试验，每隔1h观察一次表面状态，并记录出现腐蚀的时间。

实验结果表明：盐雾试验一段时间后，三种状态的镀锡板均出现不同程度的铁锈，说明腐蚀介质已穿过镀层渗透至基体，从而发生较为严重的腐蚀。相比较而言，清洗干净的试片上所得镀层出现腐蚀的时间较晚，而其他两种试片上所得镀层在2h之内均出现腐蚀，其中未清洗的试片上所得镀层在很短时间内就出现了明显的点蚀，随后腐蚀面积逐渐扩大。干净试片电镀后获得的镀层连续，孔隙率小，所以耐盐雾性能较好，腐蚀面积也较小；而含油试片上得到的镀层存在缺陷，镀层的连续性差，孔隙率大，所以耐盐雾性能差，相同时间内的腐蚀面积也较大。盐雾试验的结果与电化学测试的结果相吻合。