２０１３年第６期 梅山科技 ・２７・ 浅析梅钢ＭＳＡ电镀锡工艺及缺陷控制技术 陆永亮 曹关霞 （１．梅山钢铁公司技术中心２．梅山钢铁公司冷轧厂 南京２１００３９） 摘 要：阐述了梅钢电镀锡机组生产流程和工艺技术特点，以及采用新型环保电镀液体系 的优势，并分析了电镀锡产品的主要缺陷及其控制措施。 关键词：电镀锡；镀液；黑灰；木纹；淬水斑 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ＭＳＡ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ Ｔｉｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｆｅｃｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｔ Ｍｅｉｇａｎｇ Ｌｕ Ｙｏｎｇｌｉａｎｇ Ｃａｏ Ｍｅｉｘｉａ ｆ １．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｍｅｉｓｈａｎ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ． ２．Ｃｏｌｄ Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｍｅｉｓｈａｎ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００３９、 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｔｉｎｎｉｎｇ；ｐｌａｔｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｓｍｕｄｇｅ；ｗｏｏｄ ｇｒａｉｎ；ｑｕｅｎｃｈ ｓｔａｉｎ 镀锡板是两面镀有纯锡的冷轧低碳薄钢板 或钢带，其集钢的强度和成形性同锡的耐蚀性、可 焊性和光亮外观于一体，因而在很多领域都得到 了广泛的应用 。 环系统。电解碱洗使用的是中间导电体法，有４ 组电极板，可定时切换，电极上析出气体的搅拌和 剥离作用增强了除油效果。电解酸洗是带钢浸于 硫酸溶液中，通过电极的电化学作用，除去带钢表 面的氧化膜，同时活化带钢表面。 以电解酸洗为例，简单介绍电解酸洗的极性 反应： 梅钢电镀锡采用了国际上最新一代的ＭＳＡ （甲基磺酸）工艺，取代了传统的ＰＳＡ（苯酚磺酸） 工艺，实现绿色生产，使梅钢成为中国第一个使用 环保电镀技术的镀锡板制造企业。镀锡产品具有 阴极：４Ｈ ＋４ｅ一２Ｈ２ ｆ 阳极：２Ｆｅ一４ｅ ２Ｆｅ“ 防腐蚀能力强、坚固、美观、成形性好等诸多优点， 广泛应用于食品及各种容器、冲压制品、包装材料 和非食品工业，如食品罐、化工罐、喷雾罐、瓶盖， 碳酸饮料罐、包装材料等。 １梅钢电镀锡工艺概述 梅钢电镀锡机组设计生产能力为２Ｏ万ｔ，可 生产厚度０．１８～０．５５ ｍｍ、宽度７００～１ ０５０ ｍｍ ２Ｈ２０—４ｅ Ｈ ＋０２ Ｔ 另外，在带钢表面还有硫酸对氧化铁的溶解 反应：Ｈ２ＳＯ４＋Ｆｅ２０３ Ｆｅｓ０４，因此酸洗液中Ｆｅ 含量不宜超过１２ ｇ／Ｌ。 １．２电镀段工艺 梅钢电镀锡电镀工艺是国内外最先进的电镀 工艺，采用ＭＳＡ电镀工艺和不溶性阳极工艺，并 在带钢两端增设了边缘罩。 １．２．１ 电镀锡原理 的镀锡板，２００９年１０月进入正式生产阶段，该机 组采用了先进的生产工艺和新型ＭＳＡ环保镀液 体系，提升了电镀锡的工艺技术水平。梅钢电镀 锡工艺主要由前处理段、电镀段、软熔段和钝化段 梅钢电镀锡机组采用不溶性阳极，电镀所需 的锡离子是通过专门的溶锡装置生成，梅钢电镀 锡电镀工艺见图１。 ４部分组成，下面简单介绍各段生产工艺。 １．１前处理工艺 前处理段包括化学碱洗、电解碱洗、电解酸洗 ３个部分，均采用立式工作槽，有的工作液循 电镀锡的工作原理是电镀槽中的锡离子在直 流电的作用下，被电解沉积到带钢上的一种电化 ・２８・ 梅山科技 ２０１３年第６期 槽、解一溶一锝一Ｉ 学反应过程。主要发生的电极反应如下： 阴极：Ｓｎ ＋２ｅ ｓｎ ２Ｈ ＋ｅ ２［Ｈ］一Ｈ２ ｆ 阳极：４０Ｈ一一４ｅ—｝２Ｈ２０＋０２ Ｔ 镊粒添加装置 一黼图锡 撕仪 图１梅钢电镀锡机组电镀工艺示意图 １．２．２ ＭＳＡ电镀液体系 ＭＳＡ镀液主要组成包括甲基磺酸、二价锡离 子、助滤剂、添加剂、抗氧化剂。ＭＳＡ镀液作为一 种新型的环保型镀液，主要优点体现在： １）镀液的核心成分甲基磺酸是一种天然硫 的衍生物，无毒、环保； ２）有很宽的操作窗口，镀液中的主要组分浓 度控制范围分别是：ｓｎ １０～３０ ｇ／Ｌ，游离酸３０～ ５Ｏ ｍＬ／Ｌ，添加剂２０～４０ ｍＬ／Ｌ，抗氧化剂１０～３０ ｍＬ／Ｌ，硫酸１～３ ｇ／Ｌ，宽泛的组分控制范围易于 操作，有很强的灵活性； ３）电流密度范围宽，生产低镀锡量镀锡板时 可采用低电流密度进行镀锡，降低电能消耗； ４）ＭＳＡ镀液体系的锡泥量约２％（ＰＳＡ锡泥 量为４％～５％），降低锡粒的消耗； ５）锡离子控制目标低于ＰＳＡ镀液，可以降低 镀锡过程中镀液的带出量，即降低锡的消耗。 １．２．３ 不溶性阳极＋边缘罩 梅钢电镀锡机组采用不溶性阳极，还在带钢 两端增加了边缘罩，见图２。 不溶性阳极主要优点是避免了更换极板的 麻烦。电镀液在图１中的电镀液循环槽和锡溶解 槽之间循环，通过向锡溶解槽内吹氧气与金属锡 粒反应来得到ｓｎ“，反应方程式为：Ｓｎ＋２Ｈ ＋ １／２０：一Ｓｎ“＋Ｈ ０，可以通过调节吹氧量来控制 Ｓｎ¨生成的速度，从而保证了镀液中ｓｎｎ浓度的 稳定。 边缘罩主要作用是罩在高速运行的带钢两 边缘罩 图２ 不溶性阳极和边缘罩示意图 端，通过调节边缘罩到带钢边部的距离来屏蔽部 分电流，防止带钢边部镀锡量的积聚增厚，保证镀 锡板表面镀锡量的均匀性 。 １．３软熔工艺 在常规采用弗洛斯坦溶液快速电镀锡的锡层 中存在大量的孔隙，因而要对其进行软熔处理。 软熔的目的是将电镀锡板加热到锡的熔点（２３２℃） 以上，使锡层在瞬间熔化，由此获得光亮的锡 层 Ｊ。梅钢电镀锡采用联合软熔法，见图３。 马弗炉 ２号导电辊 ｌ号 槽 图３联合软熔工艺示意图 该方法吸取了电阻软熔和感应软熔加热方法 的优点，可根据需要调整加热曲线，通过严格控制 合金层的厚度，获得高耐蚀性能的镀锡板。梅钢 电镀锡软熔装置的感应线圈行程为２ ５００ ｍｍ，通 过调整线圈高度来调整合金层的厚度与质量。锡 层软熔后立即在７５～９０℃的淬水槽中进行冷却， 来获得光泽良好的带钢表面。 １．４钝化工艺 镀锡板经软熔和淬水处理后，在带钢表面形 成一层ＳｎＯ和ＳｎＯ：，ＳｎＯ是不稳定氧化物，不具 耐蚀性，因此需要进行钝化处理。梅钢电镀锡采 陆永亮 曹美霞 浅析梅钢ＭＳＡ电镀锡工艺及缺陷控制技术 ・２９・ 用重铬酸钠阴极钝化工艺，钝化的目的是将ＳｎＯ 转化为稳定的ＳｎＯ：，并在锡层表面形成一层含铬 水合氧化物的钝化膜。主要发生以下两个反应： ＳｎＯ＋Ｎａ２Ｃｒ２０７＋Ｈ２０ ＳｎＯ２＋Ｎａ２Ｃｒ２０７＋Ｈ２ Ｔ Ｃｒ，Ｏ， 一＋１４Ｈ ＋６ｅ— Ｃｒ ＋７Ｈ，Ｏ 经过阴极钝化处理后，带钢表面的ＳｎＯ转化 为稳定的ＳｎＯ ，同时在电流作用下，Ｎａ Ｃｒ ０ 中 的Ｃｒ”被还原成Ｃｒ¨，部分生成金属铬。Ｃｒ¨立 即生成稳定的水合铬离子［ｃｒ（Ｈ ０） ］ ，这种铬 合物与溶液中被还原的金属铬一起沉积在带钢表 面，可以提高镀锡板的耐腐蚀性能。 ２ 电镀锡产品缺陷分析 在电镀锡生产过程中，由于各种设备因素和 环境因素，镀锡板会产生各类缺陷，下面简单介绍 电镀锡产品常见的３类缺陷。 ２．１ 黑灰 黑灰是一种高度弥散分布在带钢表面的微 粒，颗粒大小在０．２～２．５ ｔｘｍ，其主要成分为锡的 氧化物（ＳｎＯ是黑灰的主要成分）。黑灰不仅影 响产品的外观，还影响锡层与钝化膜之间、钝化膜 与涂料之间的结合力 Ｊ。 黑灰不仅与软熔段工艺有关，还和原板的表 面清洁度，前处理对残碳、铁粉的去除能力，以及 从软熔到淬水之间的工作参数有关。黑灰产生的 主要原因有：①在软熔段及软熔至淬水之间由于 高温被氧化；②在钝化液中由于化学氧化生成。 控制措施：①锡的熔点为２３２ ｏＣ，当锡层在 ２１０ ｏＣ左右时会迅速生成ＳｎＯ，所以要尽量避免 带钢在２１０℃左右停留过长时间；②在氧化气氛 中，锡很容易失去电子被氧化，所以控制钝化工艺 参数，是防止ＳｎＯ生成的重要手段。 ２．２木纹 木纹缺陷由漫散反射条纹和镜面反射条纹交 替组成，在所形成的涡状圆形结构中包含有明暗 相问的同心环或圆弧 Ｊ。 木纹缺陷主要发生在软熔段，在进行交流电 电阻加热的过程中，熔化锡层所需要的热能实际 上是以一系列电流脉冲的形式来提供的，在连续 脉冲作用下，软熔线迅速向前推进；但在交变电流 的每一周期中的低功率部分，软熔线可能发生停 滞，并且出现物理学中的“反湿润”现象。 控制措施：①适当降低镀锡原板粗糙度；②调 节化学碱洗、电解碱洗和电解酸洗的效果，调节软 熔电压和电流；③在标准范围内，适当提高镀锡 量，但不视作消除木纹的最佳办法。 ２．３淬水斑 淬水斑是带钢表面出现白色或灰色不规则云 状斑，象粘附了污水又干燥了的残迹那样的污斑。 淬水斑是由淬水槽中杂质微粒和带钢入水瞬 间水面的不稳定沸腾的双重影响造成。淬水斑系 由波纹状凹凸不平的小斑点的集合，该缺陷大多 发生在镀锡量较少的镀锡板上，表面凹凸不平造 成的光散射使镀锡板光亮表面暗些，影响外观。 控制措施：根据带钢的厚度和机组运行速度， 调节淬水槽温度，以及冷却水喷射深度、角度、压 力；若喷嘴堵塞，要及时处理。 ３ 结语 随着梅钢电镀锡机组的投产，先进生产工艺 和ＭＳＡ电镀液体系的应用，使梅钢电镀锡机组在 环境友好、节能减排的道路有了重大的突破，梅钢 电镀锡产品的产量和质量都在不断提升，机组运 行和缺陷控制技术水平也在逐步提高。随着包装 和非包装材料的更新，对各种高质量、高性能的镀 锡板的需求必然会激增，可以预计电镀锡板在今 后仍有广阔的市场，且呈增长趋势。 参 考 文 献 ［１］王筱留．钢铁冶金学（炼铁部分）［Ｍ］．北京：冶金工业出版 社．１９９９：２２４—２２８． ［２］ 沈磊．电镀锡机组边缘罩控制的改进．上海应用技术学院 学报：自然科学版，２００６（１）：３２—３４． ［３］ 国际锡研究所．镀锡板指南［Ｍ］．周其良，译．北京：冶金工 业出版社，１９８９． ［４］ 马亚丽．浅谈电镀锡板的生产工艺技术．制造业自动化， ２００８（３）：８２—８４． ［５］ 曹美霞．梅钢电镀锡机组软熔工艺特点及其对质量的影 响．梅山科技．２００９（４）：６Ｏ一６２． （编辑：夏敏）
