浅析镀锡铜线热镀法废锡产生的原因及对策

饶锦武，章新亮，严 静，孙雄飞

（江西省铜及铜产品质量监督检验中心，江西 鹰潭 335000）

镀锡铜线的生产工艺主要是对铜线表层进行镀锡处理，目前镀锡铜线主要应用于橡皮绝缘电缆的导电线芯和仪表安装线的导电芯，以及用作电缆的外屏蔽编制层和电刷线。镀锡层的主要作用是防止绝缘橡皮和铜线直接接触后橡皮发粘，铜线芯发黑变脆及提高导电芯的可焊接性能，目前铜线镀锡工艺除少数企业 采用电解镀锡～拉丝～连续退火的工艺外大多数企业采用的经济效益和生产效率较高的热镀锡工艺生产镀锡铜线。

但是，热镀锡工艺存在着能耗较高及锡锭利用率较低的问题，热镀锡法一般能耗为电镀法能好的2倍左右，锡锭的使用率也仅有40%～60%，甚至更低。因此，如何提高铜线镀锡过程中锡锭的使用率，成为相关企业非常关注的一个问题。

1 废锡产生的原因

从企业生产现场拉看，废锡的产生主要有三类现象：一类是锡液表面的锡皮和锡灰；其次是铜线进入锡液时接触面溅起的锡珠；还有一类是漂浮在锡液表面的锡块，这种锡块熔点较高，很难正常使用。

从化学成分上来看锡皮和锡灰主要是锡的氧化物和锡的氯化物等组成。氧化物产生的主要原因在于镀锡过程中处于熔化状态的锡液直接接触空气，造成锡液表面和空气中的氧发生化学反应生成SnO、SnO2。氯化物产生的主要原因在于国内的镀锡生产线采用的是HCl和ZnCl2、NHCl4的水溶液作为酸洗剂和助镀剂，酸洗过的铜线未经其它处理直接进行镀锡工艺加工，造成铜线表面的残留物与锡锭发生化学反应，从而产生锡的氯化物等物质。助镀剂具有一定的还原性，会还原锡液表层的氧化膜，同时也会消耗不分锡夜。

锡珠产生的主要原因是因为线材快速进入高温锡液时，低温的助镀剂迅速气化而溅起的锡液。

工业上俗称的“硬锡”是铜含量为1%～4%的铜锡合金，在生产过程中，铜线连续侵入锡液中，铜材表层的原子在锡液中不断扩散，最终形成Cu3Sn等铜锡合金。而且这类合金化合物熔点较高，比锡液的密度要小，能够在锡液的表层形成固态悬浮物。在长时间的生产过程中，铜锡化合物的含量不断增加，会在锡液表层形成“硬锡”。因为表层的锡液温度相对较低，再镀锡的过程中锡液表层会慢慢的变得粘稠，比逐渐硬化，最终将锡缸的液面大部分覆盖。

2 提高锡液利用率的途径

2.1 减少锡的氯化物和氧化物

氯化物的减少的主要途径是通过调整助镀剂的配方，达到降低氯离子的浓度，从而减少氯化锡的产生。

减少锡的氧化物主要有两个途径：一是将锡液的表面覆盖起来，达到减少表面锡液与空气接触的目的；二是提高锡液本身的抗氧化能力。处理这类问题可以使用云母粉、木炭粒等固体将锡液表面覆盖。使用木炭作为覆盖剂时，应选择直径5mm左右的木炭粒覆盖在锡液表面，这样既可以隔离氧，又可以将部分氧化锡还原，还可以吸附助镀剂溶液[1]。

目前，很多的企业在锡液中添加抗氧化性物质，如磷元素、稀土元素铈等，从而增加锡液的抗氧化能力。这种方法并不需要将抗氧化物覆盖在锡液表层，可以避免覆盖物进入到刮锡模而产生废线，而且锡液表层清洁无遮挡物，更便于工人操作，推广价值较高。

2.2 减少“锡珠”的产生

图1 热镀锡圆铜线的生产设备示意图

锡珠的产生原因是铜线进入锡液时快速产生气体导致锡液溅出而产生。要达到减少锡珠的产生就要做到：①应尽可能地去除退火后残留在铜线表面的冷却液；②应合理控制酸洗槽中铜线表层年福德助镀剂，在铜线进入锡缸前应尽量保证铜线表层干燥。

2.3 减少“硬锡”的方法

“硬锡”是镀锡铜线产生废锡最主要的原因之一。根据扩散原理，温度越高，原子的扩散速度越快。因此温度越高“硬锡”的产生就越多，单纯考虑减少“硬锡”的角度，应在保证镀锡层质量和满足铜线退火软化性能要求的前提下尽量降低锡液的温度。

在锡液中添加一些微量元素，以降低扩散系数，降低铜向锡液中扩散的速度。上海电缆研究所孙欣等研究人员认为[2]，铅元素能够较好的抑制铜元素在锡液中的扩散，江西理工大学部分研究人员实验发现金属元素铋、镍、锑及部分稀土元素，以及非金属元素磷，也能够减少“硬锡”的产生。

“硬锡”的产生原因也比较多种，锡液本身的纯度越高，能够有下减少“硬锡”的产生，在实际生产中应实时监控锡液的成分，控制其中痛的含量不超过1%，如有超过，可使用硫磺粉除去锡液中的铜元素[3]。

3 结语

目前在生产镀锡铜线的过程中不可避免的会产生废锡，但通过适当的方法及工艺可以有效地提高金属锡的利用率，以达到节约原材料的目的。实际生产证明，采用以上措施，加强工艺控制，可以减少50%的废锡的产生。