汽车端子表面酸性镀硬化锡工艺

赵平堂*,凌文丹

(鹤壁汽车工程职业学院汽车零部件功能材料研究中心,河南 鹤壁 458030)

汽车端子表面酸性镀硬化锡工艺

赵平堂*,凌文丹

(鹤壁汽车工程职业学院汽车零部件功能材料研究中心,河南 鹤壁 458030)

介绍了一种用于汽车端子表面处理的酸性镀硬化锡工艺,配方和工艺条件为:硫酸亚锡35 ～ 50 g/L,浓硫酸100 ～ 120 mL/L,硬化剂Z 15 ～ 25 mL/L,开缸剂P 30 ～ 40 mL/L,温度15 ～ 25 °C,阴极电流密度2 ～ 5 A/dm2,滚速6 ～ 8次/min,连续过滤.介绍了工艺参数控制和镀液维护的注意事项.所得硬化锡层呈光亮、均匀的银白色,结晶致密,耐蚀性、插拔力和防变色能力均合格.

铜;黄铜;电镀;硬化锡;耐蚀性;插拔力

汽车端子主要采用黄铜或青铜材料,在潮湿或高温的环境下容易氧化变色,导致接触电阻升高而影响端子导电性.锡是银白色金属,无毒,具有良好的焊接性、导电性、延展性及防护性[1].为了解决端子的氧化问题,一般会在汽车端子上电镀抗氧化性能力强及导电性好的锡防护层[2].然而由于锡镀层硬度较低、摩擦因数大,其在提高端子防护能力的同时,也提高了电镀端子的插拔力,使端子装配的难度加大.另外,以黄铜作为基体时,锡镀层容易在锌扩散时发生变色,因此黄铜基体镀锡前需预镀0.5 μm厚的铜或镍镀层[3].针对上述问题,笔者课题组研制了一种汽车端子酸性镀硬化锡工艺,镀层呈光亮、均匀的银白色,延展性好,长时间存放仍可保持良好的焊接、防变色性能,同时镀层硬度提高,摩擦因数降低,解决了汽车端子镀锡后插拔力过大导致的装配困难问题.该硬化锡镀液稳定、易控,无需添加稳定剂,能满足高强度连续运转的要求,适用于电子元器件、汽车接插件的连续电镀生产.

1 酸性镀硬化锡工艺

1.1 工艺流程

该工艺主要针对铜及其合金,工艺流程为:阴极除油(Na3PO450 ～ 60 g/L,Na2CO330 ～ 40 g/L,水玻璃10 ～ 15 g/L,温度50 ～ 60 °C,不锈钢板阳极,阴极电流密度3 ～ 5 A/dm2,槽电压10 ～ 12 V)→超声波清洗→10%(质量分数,下同)硫酸活化→去离子水洗→镀硬化锡→去离子水洗→5%磷酸钠溶液中和(60 °C)→去离子水洗→60 °C去离子水洗→超声波清洗→烘干.黄铜件镀锡应预镀0.5 μm厚的铜或镍.

1.2 电镀硬化锡

硫酸亚锡35 ～ 50 g/L,浓硫酸100 ～ 120 mL/L,自制硬化剂Z 15 ～ 25 mL/L,自制开缸剂P 30 ～ 40 mL/L,温度15 ～ 25 °C,阴极电流密度2 ～ 5 A/dm2,滚速6 ～ 8次/min,连续过滤.

1.2.1 镀液配制

(1) 往洗净的镀槽中加2/3去离子水,缓缓加入所需量的浓硫酸,待溶液冷却至40 °C后加入计量的硫酸亚锡,边加边搅拌使其溶解.

(2) 在不断搅拌下加入计量的开槽剂P、硬化剂Z,加去离子水至规定体积并搅拌均匀.

(3) 待溶液冷却至工艺温度(夏天启用制冷机),过滤溶液(清除原料中的不溶性杂质).

(4) 经2 ～ 4 h低电流密度(0.5 ～ 1.0 A/dm2)电解处理即可试镀.

1.2.2 工艺条件控制和镀液维护

(1) 硫酸盐镀锡对Cl-颇为敏感,一般Cl-的质量浓度不能超过100 mg/L.应采用去离子水配制和补充镀液,采用活性炭处理时不能用含氯化锌的活性碳,以防带入Cl-.

(2) 锡阳极纯度在99.9%以上,防止因阳极溶解而带入过多杂质.

(3) 定期分析镀液中的锡离子和硫酸浓度,及时补加,经常通过赫尔槽试验检验镀层外观和镀液性能.

(4) 开槽剂P在配制镀液及电镀过程中加入,主要用于控制沉积速率,并维持镀层成分平衡,实现镀层结晶细致.开槽剂P的消耗量为150 ～ 300 mL/(kA.h).

(5) 硬化剂Z是一种金属配合物,实现与锡共沉积,提高镀层硬度,其消耗量为100 ～ 200 mL/(kA.h).

2 镀层性能

2.1 外观和微观形貌

采用X射线测厚仪测得施镀硬化锡2 min的黄铜基汽车端子表面的锡层厚度为1.05 μm,呈光亮、均匀的银白色(见图1).在FEI Sirion 200场发射扫描电子显微镜下观察,镀层结晶致密、无孔隙(见图2).

图1 电镀硬化锡的汽车端子照片Figure 1 Photo showing the automotive electrical terminals electroplated with a hardened tin coating

图2 硬化锡层的表面形貌Figure 2 Surface morphology of hardened tin coating

2.2 其他性能

按照汽车行业标准QC/T 417-2001《车用电线束插接器》中的4.16条款和4.3条款,分别对0.5 μm铜/2.13 μm普通锡试样(电镀普通锡配方和工艺为:硫酸亚锡60 g/L,浓硫酸50 g/L,酚磺酸40 g/L,2-萘酚1 g/L,二羟基二苯砜5 g/L,温度20 ～ 30 °C,阴极电流密度1 ～ 4 A/dm2,滚速6 ～ 8次/min,连续过滤)和0.5 μm铜/1.05 μm硬化锡试样进行48 h中性盐雾(NSS)试验以及插入力和拔出力测定.另外,将两种试样同时放入150 °C的烘箱中保持12 h,通过加速扩散来考察其防变色能力,结果列于表1.

表1 汽车端子表面电镀普通锡与硬化锡的性能Table 1 Properties of common and hardened tin coatings electroplated on the surfaces of automotive electrical terminals

从表1可知,两种试样的插拔力和防变色能力合格.与0.5 μm铜/2.13 μm普通锡相比,0.5 μm铜/1.05 μm硬化锡的插入力及拔出力都更低,抗盐雾腐蚀能力也更强.

3 结语

采用酸性镀硬化锡工艺处理的汽车端子的耐蚀性较电镀普通锡有所提高,而且镀层的厚度降低,生产成本降低,端子的插拔力也降低,降低了端子的装配难度,防变色能力合格.目前该工艺已在天海集团的电镀生产中得到应用.

[1] 《表面处理工艺手册》编委会.表面处理工艺手册[M].上海: 上海科学技术出版社, 1991.

[2] 赵平堂.甲基磺酸盐SnPb合金电镀在带材电镀中的应用[J].材料保护, 2000, 33 (3): 13-14.

[3] 赵平堂.黄铜基体镀锡变色原因的分析[J].电镀与环保, 2005, 25 (2): 44.

Acid hard tin electroplating process applied to surface of automotive electrical terminals

ZHAO Ping-tang*,LING Wen-dan

An acid hard tin electroplating process applied to surface treatment of automotive electrical terminal was introduced.The bath composition and process conditions are as follows: stannous sulfate 35-50 g/L, concentrated sulfuric acid 100-120 mL/L, hardening agent Z 15-25 mL/L, makeup P 30-40 mL/L, temperature 15-25 °C, cathodic current density 2-5 A/dm2, rolling rate 6-8 times per minute, and continuous filtration.Matters needing attentions in process parameters control and bath maintenance were described.The hardened tin coating obtained thereby is bright, uniform, and silvery white,and features compact grains and qualified corrosion resistance, mating/unmating force and anti-tarnish property.

copper; brass; electroplating; hardened tin; corrosion resistance; mating and unmating force

TQ153.13

B

1004 - 227X (2017) 19 - 1044 - 03

10.19289/j.1004-227x.2017.19.005

First-author's address:Hebi Automobile Engineering Professional College, Hebi 458030, China

2017-07-25

2017-09-25

赵平堂(1967-),男,河南濮阳人,博士,高级工程师,主要研究表面处理技术、汽车零部件功能材料.

作者联系方式:(E-mail) zhaopingtang@126.com.

[ 编辑:周新莉 ]