电镀锡工艺(电化学相关资料)

第六章 电镀锡的预处理 第一节 概述 带钢在电镀锡以前的表面状态及洁净程度是获得优良镀锡层的先决条件。在锈蚀或粘有油污的带钢表面上，就不能获得光亮，结合力良好，耐蚀性能优越的镀层。生产实践表明，镀层出现脱落、起泡、花斑等缺陷，往往是由于镀锡前的预处理不当造成的。所以，带钢电镀锡前的预处理是镀锡板生产过程中一个很重要的环节，必须十分重视。 预处理的任务是除去带钢表面上的油污或者其他有机物质，和带钢表面上的氧化物，如铁锈等，使带钢在进行电镀锡前具有一个清洁的无氧化物存在的活化表面。 预处理工艺包括带钢的脱脂和酸洗，以及其附设的刷洗和冲洗等。脱脂又分化学脱脂和电解脱脂。要根据带钢表面污垢状况来选择适当的工艺和操作方法。

第二节 化学脱脂 一、目的 化学脱脂又叫化学除油。在电镀锡生产中习惯称作化学脱脂。化学脱脂是为生产二次冷轧镀锡板而设置的。送到镀锡车间的二次冷轧带钢，其表面上残留有较厚的轧制油和轧辊磨损物。轧制油又常被润滑油和液压油污染。这些油污必须首先采用化学脱脂和刷洗的方法，然后采用电解脱脂的方法才能除去。经过化学脱脂和刷洗后，二次冷轧带钢表面上的油污大约能除去90～95％。 生产普通镀锡板时，在其原板上的油污过多的情况下，也可首先经过化学脱脂，再经过电解脱脂。但一般情况下可以不必经过化学脱脂。这时，在化学脱脂槽内充以70～85℃的水来保护设备，这样也可以减少后面的电解脱脂工序的热量损耗。 二、设备 化学脱脂设备包括一个脱脂槽、沉没辊、托料辊、脱脂液循环系统及其后面的l号刷洗机等。 槽子的结构分为上下两部分。在槽子上部有一溢流孔，用来控制液面的位置。槽子下部分的底部有一个供清扫槽内脏物的门，侧面还有一个窥孔窗，用来观察穿带时的带钢情况和检查沉没辊情况。底部还有液体输入口和排放孔。槽子下部两侧还设有装卸沉没辊的圆形孔，沉没辊经该孔插入和抽出。 槽子上部和下部都是钢板焊接而成的。钢板都衬有硬橡胶，槽子内壁有5毫米厚，外部有3毫米厚的硬橡胶，以防止化学液体腐蚀。 带钢从化学脱脂槽出来以后，进入l号刷洗机进行刷洗。 1号刷洗机由四根刷辊、四根托辊和两根挤干辊组成。刷辊是由单块圆片尼龙刷组装成的。刷辊在气缸的作用下压在带钢上，以每分钟1500转的速度沿带钢运行方向转动刷洗带钢。在油污特别多时，刷辊还可逆带钢运行方向转动刷洗带钢。四根刷辊中，有两根刷洗带钢上表面，两根刷洗带钢下表而，带钢是弯曲通过1号刷洗机的。见示意图6—1。

图 6–1 刷洗机示意图 1号刷洗机刷洗时所用的溶液与化学脱脂槽内的溶液相同，溶液是通过循环系统由地下室贮存槽提供的。若不带溶液干刷会烧坏刷毛。 三、脱脂机理 油按照其化学性质可分为两大类：皂化类油和非皂化类油。化学脱脂就是要除掉钢板上的两类油。对于皂化类油是利用脱脂液中的氢氧化钠与皂化类油发生皂化反应而除掉。对于非皂化类油是利用该溶液中的表面活性物质的乳化作用而除去。 皂化类油是指各种动物油和植物油。其主要成份是各种高级脂肪酸的甘油脂，称甘油三酸脂，它的通式是(RCOO)3C3H5。甘油三酸脂是由高级脂肪酸和甘油所构成的，其反应式如下：

甘油 高级脂肪酸 甘油三脂 式中 R表示各种脂肪酸的饱和烃基或不饱和烃基。 皂化类油与碱发生皂化反应，生成可溶于水的肥皂和甘油。皂化反应的通式是：

(RCOO)3C3H5 + 3Na0H → 3RCOONa + C3H5(OH) 3 甘油三酸脂 氧氧化钠 肥皂 甘油

非皂化类油是指矿物油。如汽油和各种润滑油、机油等。矿物油虽然也称油，但与动植物油的成分和性质不同。矿物油是各种烃类等碳氢化合物的混化物。这类油不溶于水，与碱不起皂化作用。但它们能在一定条件下形成乳化液。因此非皂化类油依赖乳化作用也比较容易从带钢表面上除去。 所谓乳化液，就是两种彼此不溶解的液体的混合物，其中一种液体呈极细小的小滴散布于另一种液体的整个体积中。两种彼此不溶解的液体混合物形成乳浊液的过程叫乳化。能促进乳化的物质叫乳化剂。 乳化剂的作用原理如下： 乳化剂是一种表面活性剂，它的结构是具有两种相矛盾的基团：一种是憎水的，一种是亲水的。在除油过程中，首先是乳化剂吸附于油与溶液的介面上，憎水基团与带钢表面上的油产生亲和作用，而亲水基团指向去油溶液(图6—2)。在表面活性剂分子的作用下，油污与带钢表而引力减弱。借助去油溶液的对流、搅拌作用，油污逐步从带钢表面脱离而呈极细小的球，散布在去油溶液中，变成乳化液状态。

图6—2乳化剂作用原理示意图 四、化学脱脂剂的组成和工艺条件 化学脱脂剂是一种白色粉末。它由氢氧化钠、磷酸三钠、碳酸钠、硅酸钠、络合剂和湿润剂等组成。这种脱脂剂配制成脱脂溶液对油污有良好的溶解、皂化、乳化作用和具有必要的载污能力及可洗去性。这种脱脂剂的具体成分如下：

氢氧化钠(NaOH) 78％ 磷酸三钠(Na3PO4·12H20) 10％ 碳酸钠(Na2CO3) 2％ 硅酸钠(Na2SiO3) 5％ 三乙醇胺 2% 壬基酚聚氧乙烯化合物 2% 水 l％

化学脱脂溶液是用软水溶解上述脱脂剂配制而成的，其浓度为4～6％。在新配制的化学脱脂剂溶液中，还应该加入约0.5克/升的钾皂。溶液的工作温度范围在70～85℃之间。 脱脂时间由带钢经过脱脂槽时速度来确定。在使用一个槽时，脱脂时间大约在0.6～1.2秒之问。 化学脱脂液应每班分析一次。其使用寿命取决于带钢上的附着油量和循环系统中贮存槽的脱脂溶液贮量。此外，停机时还要冲洗脱脂槽和管道，清除沉渣和其他污物，延长脱脂液使用寿命。 五、各种成分对化学脱脂效果的影响 氢氧化钠： 氢氧化钠是一种强碱，它具有很强的皂化作用，但它的湿润作用和乳化作用很差。 提高氢氧化钠的浓度加快，能使油脂的皂化速度加快，但浓度过高，会使皂化生成的肥皂难于溶解。 磷酸三钠。 磷酸三钠具有良好的缓冲作用，可在一定程度上维持脱脂液的碱度恒定： Na3PO4 + 3H2O = 3NaOH + H3PO4 此外，它具有一定的表面活性能力，然而它的乳化作用比硅酸钠低。 磷酸三钠水洗性极好，不但其本身容易从带钢表面洗净，还能促使硅酸钠容易从带钢表面洗去。 硅酸钠： 硅酸钠具有较好的表面活性能力，当与其它表面活性剂组合时，能很好地湿润带钢，对带钢表面上的矿物油起乳化、分散作用，除去带钢表面上的矿物油。但它的水洗性很差，较难从带钢表面洗净。残留在带钢表面上的硅酸钠经酸洗后会变成不溶性残渣，影响镀锡层的结合力。所以化学脱脂液中的硅酸钠含量应严格控制。 碳酸钠： 碳酸钠也具有良好的缓冲作用。也可在一定程晓上稳定溶液的碱度。然而它水解后碱性不高。 Na2CO3 + 2H2O = 2NaOH + H2CO3 └→CO2↑ + H2O 三乙醇胺： 三乙醇胺是一种乳化剂，它辅助磷酸三钠起络合作用。在去油过程中，三乙醇胺的憎水基团吸附着油，亲水基团与去油溶液中的水分子相结合，在油——溶液介面形成吸附层。由于三乙醇胺分子的定向排列，油与溶液界面张力大大降低，在溶液循环对流冲击下，油污脱离带钢表面，以细小的颗粒分散于溶液中。三乙醇胺分子把油粒包围在中间，防止它重新聚合成大油珠，再粘附到带钢上。 壬基酚的聚氧乙烯化合物： 壬基酚的聚氧乙烯化合物也是一种表面活性剂，在脱脂液中它主要起湿润作用，使溶液能较好湿润带钢，加速除油过程。 钾皂： 钾皂是一种发泡能力很强的表面活性剡。在新配制的化学脱脂溶液中，皂化反应尚未发生，不存在肥皂、溶液的发泡能力太小，故应当加入少量的钾皂促使溶液发泡。 六、工作条件对化学脱脂效果的影响 温度的影响： 化学脱脂液的温度一般控制在70～85℃之间。以便能除去皂化类和非皂化类油。提高温度可以加速动植物油的皂化反应，形成的肥皂在热碱中也易溶解。同时还能降低油的粘度，降低油与带钢的表面张力，促进乳化过程。因此，提高温度可以加快除油过程。但是温度大高，消耗的热能增加，溶液大量蒸发还会恶化工作环境。尚且带钢在进入下一处理工序的途中还会干燥，使残留在带钢表面的物质难以除去。 溶液循环的影响： 化学脱脂液的循环起着搅拌溶液的作用。搅拌溶液能促使除油过程。因搅拌溶液能更换高速运行着的带钢周围的乳化液层，同时由于机械的力量，可以从带钢表面带走个别的油滴。 化学脱脂液的循环系统如图6-3所示。它由处理槽、贮存槽、配料槽、循环泵和管道等组成。循环泵设有两台，一台工作，一台备用。

图6—3化学脱脂循环系统示意图 第三节 电解脱脂 一、目的 在生产普通镀锡板时，一般情况下只采用电解脱脂来除掉带钢上的油污，而不需使用化学脱脂。这是因为普通镀锡板的原板退火后只经过平整，带钢表面比二次冷轧带钢表面要干净得多，用电解脱脂的方法就能将其表面的油污彻底除净。 在生产二次冷轧镀锡板，用化学脱脂方法除掉带钢表面的90～95％油污后，余下的5～l0％的油污用电解脱脂方法除去。 在生产普通镀锡板而进行电解脱脂时，其溶液除了能进行皂化反应和乳化作用，除掉带钢表面的油污外，还增加了电解除油的方法，因而电解脱脂比化学脱脂速度快，除油更彻底，就是牢固地附着在带钢表面和被轧入带钢孔隙深处的油污(如轧入带钢孔隙深的二次冷轧油)，在电解电流的作用下也能有效地除去。 用于电镀锡带钢的电解脱脂方法有中间导体法和导电辊法。在下面的设备部分中主要介绍中间导体法所用的设备。 二、设备 电解脱脂设备由两个脱脂槽、一个冲洗槽，各个槽子所属辊子、脱脂液循环系统等组成，槽子结构与化学脱脂槽相似。其它设备也基本一致。不同的是，槽内增加了电极极板和两电板之间的绝缘隔板。 电解脱脂的电极极板是普通低碳钢板。极板的形状是平板或栅栏式的。每一个槽的电极与一台8KA的整流器相连，整流器送给脱脂的电源电压最大为30伏。由于脱脂槽壁衬有橡胶，电流不会越过槽壁而发生旁路损耗。为了强迫电流从极板经槽液到达带钢，而极板与极板之间不发生短路，在两电极之间还安装了一块绝缘隔板。隔板是钢板外包以橡胶制成，或者使用塑料板。 三、电解脱脂机理 电解脱脂的机理是带钢作为阴极或阳极时，在带钢表面相应地析出氢气泡或氧气泡，把附着于带钢表面的油膜破坏。小气泡从油滴附着的带钢上脱离而滞留于油滴的表面上，并停留在油与脱脂液的交界面上，由于新的气泡不断析出，小气泡逐渐变大，因此油滴在气泡的作用下而脱离带钢表面，被气泡带到脱脂液中去。 在电解脱脂中最常用的方法是中间导体法(图6—4a)，即带钢不直接和电源相连接，电源是接在带钢入口部分和出口部分两组电极极板上。当入口部分的极板接阳极时，出口部分的极板接阴极。此时，电流从阳极经过脱脂液到达带钢，然后在带钢内部继续前进，到达与出口部分的极板相对应的位到，并从带钢又经过脱脂液到达阴极。

图6—4电解脱脂的中间导体法和导电辊法 在入口部分，与阳极极板相对应的带钢，相对于阳极板来说，电位要负，则为阴极。此时在带钢上析出氢气。当带钢运行到出口部分与阴极极板相对应的位置时，带钢相对于阴极极板来说，电位要正，则为阳极。此时在带钢上析出氧气。这样，带钢通过同一个脱脂槽时，就经历了先阴极后阳极的两个脱脂过程。 电解除油时的析出气体的过程实质上是电解水： 2H2O = 2H2↑ + O2↑