PSA镀锡板镀层痕量铅调控与组织性能研究

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镀锡板具有无毒、美观、耐腐蚀性等特点,被广泛应用于食品、饮料等包装行业,全球每年应用于食品、饮料包装行业的镀锡钢板高达1300万吨。但在镀锡板工业生产中使用的锡含有微量的Pb,在电镀过程导致镀锡液中含有微量杂质Pb,Pb与Sn为第Ⅳ族元素,性质相近,标准电极电势比较接近(Pb:一0.126 V,Sn:一0.136 V),在电镀过程极易产生共沉积。随着食品工业对包装材料环保要求的越来越高,镀锡板下游用户对镀锡板镀层中铅含量的要求也越来越严格,有越来越多的用户提出镀层中铅含量≤0.01%的要求。随着人们对食品安全的日益重视,相信在不久的将来,更严格的镀锡板镀层中铅含量国内标准也将出台,因此对镀层铅含量的控制迫在眉睫,对镀锡产品Pb的沉积机理和对策研究已经成为当务之急。本文采用实验室自制的电镀设备进行电镀作业,研究了MR低碳铝镇静钢在苯酚磺酸(PSA)体系下电镀锡时镀层痕量铅的影响因素,通过原子吸收光谱、辉光放电光谱、扫描电镜等表征了镀层结构的铅痕量及镀层形貌,并通过电化学方法分析了镀层的耐蚀性能。随着镀液温度的升高,镀层中的痕量铅逐渐降低,在镀液温度超过40℃后,铅含量迅速降低。当镀液温度为40℃时,镀层晶粒最小,腐蚀电流最小,结晶紧密、细致,耐蚀性最好。因此,兼顾镀层质量和镀层中铅含量,在电镀过程中维持镀液温度在40-50℃。随着电镀电流密度的升高,镀层中的Pb含量逐渐升高。当电流密度为25 A/dmm2时出现一定程度的降低,且镀锡层的结晶趋于均匀、细致,镀层的腐蚀电流逐渐降低,耐蚀性更好。在保证其它因素相同的条件下,研究镀液成分对镀层Pb含量的影响。研究得出:镀液中的S042-、Fe2+对镀层中的Pb含量基本无影响。随着镀液中Sn2+浓度的升高,镀层中的铅含量逐渐降低,当镀液中Sn2+为32g/L时,继续增加Sn2+含量,则镀层中的铅含量几乎无变化。在一定的浓度范围内,添加剂EN和ENSA对镀层中Pb的影响趋势相同,即随着浓度的增加,镀层中的铅含量先降低后升高。随着镀液中Pb含量的增加,镀层中的Pb元素含量明显增加。随着PSA含量的增加,镀层中的铅含量逐渐降低,当镀液中的PSA含量为18 g/L时,镀层中的铅含量有最低,为102 ppm。继续提高PSA含量,镀层中的铅含量又增加。通过分析20℃、30℃、40℃下镀液的阴极极化曲线可知:随着温度的升高,锡在阴极上的沉积电位正移、极限电流密度增大,即阴极极化减弱。通过分析镀液中有机添加剂添加前后的阴极极化曲线,可以得出:加入添加剂后镀液的极化能力明显增强,镀液的稳定性明显改善,对提高镀锡效率和镀锡板表面质量有重要作用。通过对镀锡量为2.8 g/m2的镀锡板分析可得:Pb元素在镀层表面含量比较高,随着镀层深度升高,Pb含量逐渐降低。镀锡板表面和合金层氧含量最高,此间Pb富集也最严重,可能由于氧与锡反应生成氧化锡,氧化锡的增多降低了阴极极化电压,电化学反应向Pb沉积偏移,易造成Pb富集。
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