轴瓦电镀锡线的设计

2022-04-07张永红

电镀与涂饰 2022年3期

张永红

（重庆跃进机械厂有限公司，重庆 402160）

由于市场销量扩大，笔者所在公司的旧电镀锡线已无法满足供货的需求，急需新设计1条年产量34万片的轴瓦电镀锡自动线。

轴瓦基体是在钢壳上浇铸锡锑合金制成的，属于形状较复杂的半圆零件。本文通过对近几年轴瓦电镀锡工艺的总结，选择较优的轴瓦镀锡生产工艺，根据所采用的工艺及规划的年生产纲领，进行工艺的设计和相关计算，然后设计镀锡线平面布置图、新工艺流程，列出主要工艺设备一览表。全线采用PLC(可编程逻辑控制器)控制，自动化程度、生产效率和产量都得到了提高。

1 轴瓦电镀锡新工艺

1.1 工艺流程

上挂→化学除油→热水洗→冷水洗→电解除油→热水洗→冷水洗→电解酸洗→逆流水洗→活化→逆流水洗→镀锡→回收→逆流水洗→中和→逆流水洗→纯水洗→热纯水洗→烘干→下挂。

新工艺在旧工艺的基础上增加了电解酸洗和回收2道工序：电解酸洗用于除锈，解决镀层结合力不好的问题；回收用于回收镀锡液，有助于节约药品，减少废水中重金属锡的排放量。

1.2 主要工序的配方和工艺条件

1.2.1 化学除油[1]

1.2.1.1 主要作用

轴瓦在库存和机械加工过程中难免会粘附一些润滑油、防锈油等油污，电镀锡前必须除去油污，否则镀层结合力不好，有花斑、麻点等缺陷。化学除油具有工艺简单、操作容易、成本低廉，除油液无毒、不燃等特点，但它的乳化能力较弱，主要作用是“预除油”。

1.2.1.2 溶液组成和工艺条件

NaOH 30 ～ 50 g/L，Na2CO330 ～ 50 g/L，OP-21 乳化剂 1 ～ 3 g/L，温度 50 ～ 70 °C，时间 5 ～ 8 min，溶液循环过滤。

1.2.1.3 注意事项

(1) 化学除油液的使用寿命有限，要定期分析除油液成分，及时补加相关试剂，及时通过过滤清除溶液中的油污。若除油液污染或老化严重，应及时更换。

(2) 化学除油液的温度不宜过高，以50 ～ 70 °C为宜。

(3) 要防止化学除油液蒸发时工件露出液面的部位因干化而引起镀层质量问题。工件在除油槽中的深度应恰当，保证除油液稍有蒸发时也不至于使工件露出液面，平时也要根据溶液的蒸发情况随时补充水分。

1.2.2 热水洗和冷水洗

1.2.2.1 主要作用

工件完成化学除油后，应先采用50 ～ 70 °C热水清洗，再用流动冷水洗。热水洗能够快速洗去附着在工件表面的油渣和残液，流动冷水洗可以进一步洗掉残留液体，防止化学除油液被带入电解除油中。

1.2.2.2 注意事项

(1) 工件与清洗水应充分接触。

(2) 不要忽视挂钩的清洗。清洗槽较浅，带挂具清洗时若挂具上部未浸入水中，在卸挂和干燥时，挂具上残留的溶液便会污染工件，引起镀层发花，出现斑点。

(3) 工件提出清洗槽后，挂具在槽上方停留片刻，以减少工件表面带出的碱液。

(4) 清洗时要防止工件遭到机械损伤。

1.2.3 电解除油[1]

1.2.3.1 主要作用

电解除油能进一步清除工件表面的油污，保证镀层结合力。

1.2.3.2 溶液组成和工艺条件

NaOH 15 ～ 25 g/L，Na2CO320 ～ 30 g/L，Na3PO420 ～ 30 g/L，温度 50 ～ 70 °C，阳极电流密度 5 ～ 10 A/dm2，时间5 ～ 10 min，阴极为316L不锈钢板，溶液循环过滤。

1.2.3.3 注意事项

(1) 电解除油一般采用铁板作为阴极，但在旧电镀锡线上生产时发现铁板在潮湿环境中锈蚀严重，影响导电，因此新镀锡线改用316L不锈钢板作为阴极。

(2) 由于电解除油时阴极表面不断产生氢气，工件(阳极)表面不断产生的氧气具有乳化作用，因此电解除油液中可以少加或不加乳化剂。过多的乳化剂会在液面形成泡沫并粘附在零件表面，不易清洗，也影响电极表面气体的逸出。当大量析出的氢气和氧气被液面上的泡沫覆盖，一旦遇到电极与挂具接触不良而产生电火花时，就会引起爆炸，造成安全事故。

1.2.4 电解酸洗[2]

1.2.4.1 主要作用

电解酸洗不仅可以去除残留的锈斑，还能对工件内表面产生微观粗化作用，有利于电镀层的牢固附着。

1.2.4.2 溶液组成和工艺条件

硫酸40 ～ 60 g/L，阳极电流密度3 ～ 6 A/dm2，时间0.5 ～ 1.0 min，常温，阴极为316L不锈钢板，溶液循环过滤。

1.2.4.3 注意事项

(1) 酸洗槽要配上塑料盖，并带有抽风装置，以减轻酸的挥发，改善工作环境。

(2) 严格控制酸洗时间，防止工件过腐蚀。

1.2.5 逆流水洗(活化前)

采用自来水进行二级逆流水洗，去除工件表面残留的酸洗液。

1.2.6 活化

1.2.6.1 主要作用

由于电解酸洗过程中工件表面有氧气析出，使工件表面发生轻微氧化，生成肉眼看不到的薄氧化膜，

该氧化膜会显著降低镀层结合力，因此活化是电镀锡前的必要工序。通过氟硼酸的侵蚀活化使工件表面氧化膜溶解，露出活泼的金属界面，从而提高后续电镀层与基体之间的结合力。

1.2.6.2 溶液组成和工艺条件

HBF460 ～ 80 g/L，时间0.5 ～ 1.0 min，常温，溶液循环过滤。

1.2.6.3 注意事项

(1) 酸槽要配上塑料盖，并有抽风装置，以减轻酸挥发，改善工作环境。

(2) 严格控制酸洗时间，避免活化不良。

1.2.7 逆流水洗(活化后)

采用自来水进行二级逆流水洗，去除工件表面残留的活化液。

1.2.8 电镀锡[3]

采用直流电镀法，以锡板作为阳极(阴阳极面积比1∶2)，溶液组成和工艺条件为：Sn(BF4)2(氟硼酸亚锡)40 ～ 60 g/L，HBF470 ～ 90 g/L，H3BO320 ～ 30 g/L，对苯二酚 4 ～ 8 g/L，胨 1 ～ 3 g/L，温度 18 ～ 30 °C(由恒温装置控温)，阴极电流密度0.5 A/dm2，时间4.5 ～ 14.0 min，阴极移动15 ～ 30次/min，溶液循环过滤。

本工艺要求锡镀层厚度1 ～ 3 μm，施镀时间(t)依镀层厚度而定，依据法拉第第一定律[4][即式(1)]计算得到。

式中δ是镀层厚度(单位：cm)，γ是镀层密度(锡的密度为7.2 g/cm3)，Jk是阴极电流密度(单位：A/cm2)，K是电化学当量[取2.214 6 g/(A·h)]，η是阴极电流效率(取95%)。

1.2.9 回收

电镀锡溶液回收和利用是降低电镀成本和减少污染的重要手段。在电镀水洗线上增设回收槽，工件从电镀锡液中取出后，先在回收槽的水中浸渍0.5 min，使工件表面约60%的电镀锡液溶解其中。可将回收槽的水溶液直接补充到镀锡槽里，再次利用，既节省了大量贵重试剂(如氟硼酸亚锡和氟硼酸)，又减少了重金属锡的排放。

1.2.10 中和

在酸性电镀锡后用30 ～ 45 g/L的Na2CO3溶液中和轴瓦表面残留的酸，温度35 ～ 45 °C，时间0.5 ～ 1.0 min，溶液循环过滤。

1.3 产品质量要求

(1) 要求锡层厚度在1 ～ 3 μm范围内。

(2) 结合力良好：先在(160 ± 10) °C的烘箱中恒温30 min，接着放入室温水中2 min，取出后肉眼观察镀层，应无起泡和剥落。

(3) 锡镀层呈光亮的银白色，表面光滑，无结瘤，不允许有鼓泡、起皮、漏镀、麻点、裂纹、锈迹等缺陷。

2 电镀锡线的平面布置和主要工艺设备

根据电镀锡的工艺流程，产线平面布置如图1所示，表1列出了主要工艺设备及其参数。

表1 主要工艺设备一览表Table 1 List of primary equipment

图1 电镀锡线的平面布置图Table 1 General layout of the production line for tin electroplating

3 废水处理

3.1 前处理工序酸、碱废水的处理

化学除油、电解除油、电解酸洗、活化等前处理工序的清洗水合并后流入调节池，进行自然中和，自然中和后废水一般呈酸性，还需投药进行中和。

3.2 镀锡层漂洗废水的处理

镀锡后的漂洗废水流入单独的收集池，加入10%石灰水(主要成分是氢氧化钙)，调节至中性后加入2%氯化钙溶液，使废水中残余的氟离子与钙离子结合生成氟化钙沉淀。此后废水与沉淀进入一级沉淀池，依次加入混凝剂、重金属捕集剂和絮凝剂，使氢氧化锡沉淀和氟化钙沉淀加速聚积，沉淀体积增大。再将废水与沉淀混合物排入二级沉淀池，进一步分离水和沉淀物。通过污泥泵将沉淀抽入压滤机中压滤成饼状，交由有资质的单位处理。分离出的水调节pH到6 ～ 9即可排放。