軟熔處理工藝對(duì)鍍錫板耐蝕性的影響

陳海春，薛昊

軟熔處理工藝對(duì)鍍錫板耐蝕性的影響

陳海春，薛昊

（沈陽(yáng)理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110159）

為了使鍍錫板獲得更好的耐蝕性和表面光亮性，在表面進(jìn)行軟熔處理。使用電化學(xué)工作站研究不同軟熔工藝處理的鍍層的電化學(xué)性能并通過(guò)中性鹽霧試驗(yàn)對(duì)比鍍層的耐蝕性能。實(shí)驗(yàn)證明，軟熔處理可使鍍錫板的耐蝕性和光亮性得到大幅度的提升，得到光亮平整的鍍層，最佳處理工藝為軟熔功率420 W，時(shí)間10 s，淬水溫度30~40 ℃。

鍍錫； 軟熔； 耐蝕性

鍍錫板是一種具有耐蝕性、導(dǎo)電性、耐變色性、可焊性的功能材料[1-2]，被廣泛應(yīng)用于食品包裝、集成電路、汽車、醫(yī)藥等行業(yè)[3]。但電鍍板的錫層附著力差且表面光澤度低，必須通過(guò)軟熔使錫層在瞬間融化以固溶體形式鋪展，冷卻凝固后形成光亮的表面附著在基體上。軟熔處理后的鍍錫層的結(jié)合力增強(qiáng)且孔洞少，易焊，能夠明顯增強(qiáng)鍍錫板的耐蝕性能[4]。鍍錫層的軟熔處理主要包括電阻軟熔、感應(yīng)軟熔和聯(lián)合軟熔三種方式[5-6]。感應(yīng)軟熔加熱速度快，可有效減少錫層的氧化且不會(huì)出現(xiàn)電阻軟熔的電弧燒點(diǎn)，因此被廣泛研究與應(yīng)用。

本文在已有的鍍錫層基礎(chǔ)上利用軟熔手段進(jìn)一步提升鍍錫板的耐蝕性能，探究軟熔處理工藝對(duì)鍍錫層的影響，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)獲得最佳軟熔處理工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)材料為二次冷軋板，規(guī)格為50 mm×50 mm×1.4 mm，制備工藝為，除油(除油劑，80 ℃，1 min)→熱水洗（60 ℃）→水洗→酸洗（H2SO4，60 g·L-1, 25 ℃，2 min）→活化→鍍錫→水洗→烘干→軟熔→淬水吹干。以尺寸為150 mm×60 mm×5 mm的鈦板為陽(yáng)極，鍍液成分為甲基磺酸亞錫40 mL·L-1，甲基磺酸32 mL·L-1，輔助劑11 mL·L-1，添加劑12 mL·L-1。

使用CHI660E型電化學(xué)工作站，以鉑電極作輔助電極，飽和甘汞電極（SCE）作參比電極，被測(cè)鍍錫板為工作電極的三電極體系，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5% NaCl條件下測(cè)試不同軟熔條件的鍍錫板的電化學(xué)性能。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB-T 10125—1997進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)（NSS），測(cè)試鍍錫板出現(xiàn)黃色銹蝕的時(shí)間，以判斷不同軟熔工藝的鍍錫板的耐腐蝕性。

2 結(jié)果與討論

2.1 軟熔功率對(duì)鍍錫板耐蝕性能的影響

選用錫的熔點(diǎn)溫度232 ℃作為軟熔溫度，時(shí)間10 s，其他條件相同，分別在350、380、420、450、480 W的功率下進(jìn)行軟熔，比較不同軟熔功率對(duì)鍍錫板耐蝕性能的影響。

圖1為不同軟熔功率下的鍍錫板的極化曲線。從圖1和表1中可得，隨著軟熔功率的增大，腐蝕電位變正，腐蝕電流在420 W時(shí)達(dá)到最小為1.066×10-7A，極化電阻為310 W時(shí)的5.6倍。這說(shuō)明軟熔過(guò)程可有效降低鍍錫層的自腐蝕傾向，且在充分軟熔的條件下耐腐蝕性能達(dá)到最優(yōu)。當(dāng)功率繼續(xù)增加，腐蝕電位繼續(xù)正移但腐蝕電流反而增大，說(shuō)明高溫氧化膜層對(duì)腐蝕的阻礙有一定的作用，但軟熔功率超過(guò)了限度而達(dá)到過(guò)軟熔狀態(tài)時(shí)，表面出現(xiàn)了氧化斑點(diǎn)反而使耐蝕性降低。

圖1 不同軟熔功率下的鍍錫板的極化曲線

表1 不同軟熔功率下的鍍錫層的極化數(shù)據(jù)

圖2為不同軟熔功率下的鍍錫板交流阻抗圖。從圖中可知，隨著功率的增大，阻抗弧的半徑增大，當(dāng)功率達(dá)到420 W時(shí)阻抗弧達(dá)到最大，此時(shí)的耐蝕性能最優(yōu)，當(dāng)功率繼續(xù)增大時(shí)，阻抗弧反而減小。

圖2 不同軟熔功率下的鍍錫板交流阻抗圖

結(jié)合電化學(xué)測(cè)試的相關(guān)結(jié)果，對(duì)被測(cè)試片進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)來(lái)觀察分析鍍錫層的腐蝕情況。經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的鹽霧試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

圖3 鹽霧試驗(yàn)后不同軟熔功率的鍍錫層表面形貌

a，e試片的表面出現(xiàn)了大面積的黃色銹蝕，且腐蝕程度較大。b,d膜層的銹蝕相較于a，e膜層明顯減少，且腐蝕程度較輕，鍍層相對(duì)光亮。c試片表面未見(jiàn)腐蝕，且鍍層光亮平整，顯示出很好的耐蝕性能。此結(jié)果完全符合電化學(xué)測(cè)試所得到的結(jié)果，當(dāng)軟熔功率為420 W時(shí)，鍍錫層耐蝕性最佳。

2.2 軟熔時(shí)間對(duì)鍍錫板耐蝕性能的影響

軟熔溫度為232 ℃，功率420 W，設(shè)定時(shí)間梯度為6、8、10、12、14 s，其他條件相同，比較不同軟熔時(shí)間對(duì)鍍錫板耐蝕性能的影響。

圖4為不同軟熔時(shí)間的鍍錫板的極化曲線。結(jié)合圖4和表2可知，隨著軟熔時(shí)間的延長(zhǎng)電位不斷正移，在10 s時(shí)電位最正為-0.462 V，此時(shí)的極化電阻最大為344 043.7 Ω·cm-2，自腐蝕降低，腐蝕速度減慢。但是時(shí)間繼續(xù)增加電位沒(méi)有再正移，腐蝕電流增大，耐蝕性反而減弱。

圖4 不同軟熔時(shí)間的鍍錫板的極化曲線

表2 不同軟熔時(shí)間下的鍍錫層的極化數(shù)據(jù)

圖5為不同軟熔時(shí)間下的鍍錫板交流阻抗圖。鍍層阻抗顯示出容抗特性且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)弧的半徑增大。時(shí)間為10 s時(shí)，阻抗弧半徑達(dá)到最大。較短的加熱時(shí)間降低了鍍層流平的作用，使對(duì)鍍層不能很好地流平，導(dǎo)致鍍錫層耐腐蝕性的降低。若加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)使錫層迅速地發(fā)生氧化反應(yīng)，鍍層表面形貌產(chǎn)生破壞和缺陷。

結(jié)合電化學(xué)測(cè)試的相關(guān)結(jié)果，對(duì)被測(cè)試片進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)來(lái)觀察分析鍍錫層的腐蝕情況。經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的鹽霧試驗(yàn)，結(jié)果如圖6所示。

圖5 不同軟熔時(shí)間下的鍍錫板交流阻抗圖

圖a能明顯看出鍍層表面的黃色銹蝕產(chǎn)物，且腐蝕程度深面積大，鍍錫層表面光澤度差。圖b的腐蝕程度比a有了明顯的減弱，但仍可見(jiàn)黃色腐蝕產(chǎn)物且表面光澤度很差。圖c鍍層表面未見(jiàn)腐蝕且表面光滑平整。圖d雖然也未見(jiàn)腐蝕但鍍層光澤度與c相比有較大的差距。圖e的涂層又重新出現(xiàn)腐蝕點(diǎn)，但腐蝕程度較輕光澤度較差。此結(jié)果與電化學(xué)測(cè)試結(jié)果相同，軟熔時(shí)間為10 s時(shí)能夠得到耐蝕性最佳的鍍錫層。

圖6 不鹽霧試驗(yàn)后不同軟熔時(shí)間的鍍錫層表面形貌

2.3 軟熔淬水溫度對(duì)鍍錫板耐蝕性能的影響

軟熔溫度為232 ℃，功率420 W，軟熔時(shí)間為10 s，其他條件相同，設(shè)定不同的淬水溫度分別為20、30、40、50、60、70、80 ℃，比較不同軟熔時(shí)間對(duì)鍍錫板耐蝕性能的影響。

圖7為不同淬水溫度的鍍錫板鹽霧試驗(yàn)后的表面形貌。由圖中可看出，圖b、c的鍍錫層顯示出了優(yōu)異的耐蝕性能，腐蝕面積小，腐蝕程度輕。隨著淬水溫度的升高，耐蝕性明顯下降，d-g的鍍層表面出現(xiàn)了不同程度的腐蝕點(diǎn)且腐蝕程度不斷加深。結(jié)晶學(xué)理論認(rèn)為軟熔錫層的結(jié)晶過(guò)程分為晶核的形成和長(zhǎng)大兩個(gè)階段[7]；淬水溫度較低時(shí)，結(jié)晶形核率增加，晶體可均勻致密覆蓋在基體表面，而溫度低于限度時(shí)會(huì)縮短晶粒長(zhǎng)大的時(shí)間[8-9]，致使鍍層不夠致密產(chǎn)生露底。

圖7 不同淬水溫度的鍍錫板鹽霧試驗(yàn)后的表面形貌

3 結(jié) 論

1）軟熔處理能夠有效地提升鍍錫板的耐蝕性和表面光亮度，最佳的軟熔條件為軟熔功率420 W，時(shí)間10 s，淬水溫度30~40 ℃。

2）軟熔時(shí)間決定鍍層表面的流平性，使得大孔縮小進(jìn)而提升鍍層耐蝕性。

3）淬水溫度決定鍍層的結(jié)晶過(guò)冷度，對(duì)鍍層的晶核形成過(guò)程有影響。在最佳的淬水溫度范圍內(nèi)能夠獲得結(jié)晶致密，耐蝕性良好的鍍錫層。

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Effect of Reflow Treatment on Corrosion Resistance of Tin Plate

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（Shenyang Ligong University, Shenyang Liaoning 110159, China）

In order to obtain better corrosion resistance and surface brightness of tin plate, reflow treatment was carried out on the surface. The electrochemical performance of the coatings treated with different reflow processes was studied by using an electrochemical workstation, and the corrosion resistance of the coatings was compared through a neutral salt spray test. The experiment proved that the reflow treatment greatly improved the corrosion resistance and brightness of tin plate, and obtained a bright and smooth coating. The best treatment process conditions were determined as follows: the reflow power 420W, the time 10s, the quenching temperature 30 ~ 40 ℃.

Tin plating; Reflow; Corrosion resistance

2019-12-10

陳海春（1967-），女，朝鮮族，副教授，碩士，研究方向：分析化學(xué)教學(xué)。

TQ153.1+3

A

1004-0935（2020）09-1066-04