电解酸洗方式对镀锡带钢性能的影响

安成强， 安 恺， 张文静， 博 炜

（1.沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳110159；2.东北大学，辽宁 沈阳110819；3.上海梅山钢铁股份有限公司，江苏 南京210039）

0 前言

镀锡板是两面都镀有纯锡的低碳冷轧薄带钢［1-2］。电镀锡薄钢板通常是将冷轧薄带钢通过碱洗、酸洗、电镀等工序处理而成的。带钢的酸洗工艺主要有化学酸洗和电解酸洗两类。电解酸洗因具有腐蚀能力强、速度快、清洗质量好等优点，在电镀锡机组中得到了广泛的应用［3］。电解酸洗时，工件既可以作为阳极，也可以作为阴极，还可以阴阳极交替酸洗。本实验主要研究了阴极酸洗、阳极酸洗、阴阳极交替酸洗对带钢及镀锡层的影响。

1 实验

1.1 试样的制备

将厚度3mm 的低碳冷轧薄板加工成50mm×50mm。先用脱脂剂洗去试样表面残留的油污，再用蒸馏水冲洗干净后酸洗、电镀锡。电解酸洗采用70g／L的H2SO4溶液，温度35℃，电流1.0A，时间20s。将两个铅-锡合金分别作为电解阳极、阴极，接通电源。分别将试样进行阴极酸洗、阳极酸洗和阴阳极交替酸洗。随后将酸洗过的试样进行电镀锡，温度45℃，电流0.4A，时间30s。

1.2 酸洗效果的评价

（1）硫酸铜点滴试验

将配制好的硫酸铜溶液滴在酸洗过的原板上，记下试片变色的时间。在每个试片上滴3次，取平均值。

返锈试验：将酸洗过的原板放入5%的NaCl溶液中，10s后取出，与垂直线成45°角靠在烧杯壁上，观察并记录出现锈蚀点的时间。

（2）电化学测试

通过PARSTAT 2273型电化学工作站对原板进行阳极极化和阴极极化测试。采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极（SCE），辅助电极为铂电极，工作电极为待测试样，工作面积为1cm2。腐蚀介质为3.5%的NaCl溶液。

（3）中性盐雾试验

试验设备为DCTC1200P 型盐雾腐蚀试验箱。参照《盐雾腐蚀试验方法》（GB／T 10125—1997）进行中性盐雾试验。腐蚀介质为5%的NaCl溶液，喷雾方式为连续喷雾。以样品表面出现腐蚀产物的面积来评价镀锡层的耐蚀性［4］。

（4）金相显微镜观察

采用BM-53XA 型扫描电子显微镜观察不同酸洗工艺所得镀锡层的表面形貌。

2 结果与讨论

2.1 不同酸洗工艺对原板的影响

2.1.1 耐蚀性

阴极酸洗、阳极酸洗、阴阳极交替酸洗的效果不同。首先，将试样放入连接好的阳极区酸洗20s，用蒸馏水洗净、吹干后，备用。同样，将试样通过阴极区酸洗20s。最后，将试样通过阳极区、阴极区各酸洗10s，取出、洗净后吹干。通过硫酸铜点滴试验和返锈试验，研究不同酸洗方式对带钢表面氧化皮去除效果的影响。

表1 不同酸洗工艺对原板耐蚀性的影响

由表1可知：三种电解酸洗方式对于去除带钢表面氧化皮都有一定的作用。其中，阳极酸洗的硫酸铜点滴时间、返锈时间大于阴极酸洗的；阴阳极交替酸洗的硫酸铜点滴时间和返锈时间最短，说明其去除带钢表面氧化皮的效果最好。

在试样作为阳极的电解过程中，氧气可引起锈皮的物理剥离。但是，阳极酸洗速率低，金属容易过腐蚀。当试样作为阴极时，表面产生氢气，氢气的逸出也可加快酸洗速率。氢气析出多而致密，故去除表面氧化皮的速率快，而且阴极产生的氢气是阳极产生氧气的两倍，所以阴极电解的酸洗效果比阳极电解的好。但是，在酸洗过程中新生态的氢容易进入金属材料的内部，使材料发生氢脆。

阳极酸洗时，虽然没有渗氢，但金属极易过腐蚀，且酸洗效果一般。阴极酸洗虽然可避免金属的过腐蚀，但有渗氢的倾向。先阴极酸洗后阳极酸洗的交替电解酸洗，可排除渗入的氢，也提高了带钢镀锡生产的质量［5］。

2.1.2 电化学测试

用电化学工作站分别测试试片在硫酸中的阳极极化和阴极极化行为，结果如图2所示。

图2 试片的阳极极化曲线和阴极极化曲线

在电解过程中主要的电解反应如下：

借助于电解时产生的氢气和氧气，使试片表面的氧化物爆裂疏松。当试片作为阳极时，表面产生氧气，氧化膜发生电化学反应而溶解，从而起到消除氧化皮的作用。反应式如下：

当试片作为阴极时，试片表面发生还原反应，生成氢气。正是由于这种原理，采用阴阳极交替电解酸洗去除残留氧化膜的效果最佳。

2.2 不同酸洗工艺对镀锡层的影响

2.2.1 镀锡层的金相形貌

分别将三种方式酸洗后的镀锡层进行金相显微镜测试，观察镀锡层的覆盖情况。测试结果见图3。

图3 不同酸洗方式下所得镀锡层的金相显微镜照片

镀锡层的金相照片进一步表明：阴阳极交替酸洗后的镀锡层覆盖较完整，有少量凸起物氧化膜，且膜层较均匀、细致；阴极酸洗后的镀锡层形貌优于阳极酸洗的；阳极酸洗后镀锡层覆盖不完全，说明其在一定条件下去除带钢表面氧化膜的效果稍差。

2.2.2 镀锡层的盐雾试验

表2为经过不同酸洗方式后电镀锡试样在中性盐雾试验中的锈蚀情况。经过96h后，记录镀锡层的锈蚀面积。由表2可知：阴极酸洗后镀锡层表面锈蚀面积小于阳极酸洗后的。前处理采用阴阳极交替酸洗后的镀锡层出现锈蚀面积最小，说明其耐蚀性最好。由此可知，镀锡前处理采用阴阳极交替酸洗可提高镀锡层的表面质量及耐蚀性，给生产带来可观的参考价值。

表2 中性盐雾试验结果

3 结论

研究了前处理工艺中不同电解酸洗方式对带钢及镀锡板耐蚀性的影响。结果表明：采用阴阳极交替酸洗后，带钢表面氧化皮处理干净，且电镀得到的镀锡板晶粒细化，镀层更加致密，耐蚀性较好；阴极酸洗效果仅次与阴阳极交替酸洗的，而阳极酸洗的效果最差。综合阴极和阳极电解酸洗的优点，有助于获得较好的表面质量。

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