第一节 电镀锡铅合金
锡铅合金镀层呈浅灰色，较柔软，孔隙率低，化学稳定性好，耐蚀性高，可焊性好。合金层中锡含量不同时，其性能和用途也各不相同。
在钢带上电镀一层含锡质量分数为5%～15%的合金镀层，可提高防腐能力、焊接性、与油漆的结合力，并有一定的润滑性。含锡质量分数为6%～20%的合金镀层，可用作轴承减磨镀层。含锡质量分数为10%～40%的合金镀层，可用于提高电子元器件引线的可焊性。含锡质量分数为60%～63%的合金镀层，可用作印刷版的抗腐蚀和焊接镀层。在纯锡层中加入质量分数为1%～3%的铅合金成分，能防止生长锡须。
工业上广泛使用的是氟硼酸盐溶液，柠檬酸溶液近年来在生产中也有实际应用，部分使用的还有烷基磺酸盐溶液，焦磷酸盐溶液、氨基磺酸盐溶液等在工业上尚未正式应用。
一、氟硼酸盐镀锡铅合金
氟硼酸盐镀锡铅合金溶液成分简单，可以得到各种成分的合金镀层。使用高均镀能力镀液时，均镀能力可达80%，能满足印刷版小孔电镀的要求。加入合适的添加剂能得到光亮镀层。溶液维护简单，镀层成分容易控制，能使用合金阳极。
但是，氟硼酸盐溶液腐蚀性强，废水处理较为复杂，成本高。
1．镀液组成和工艺条件
典型的氟硼酸盐镀锡铅合金镀液组成及工艺条件见表13－1。
表13－1 典型的氟硼酸盐镀锡铅合金镀液组成及工艺条件
2．镀液中各组成的作用
(1)铅离子和锡离子:是镀层中的合金成分，而二价锡离子对镀层组分影响最大，改变二价锡离子，可控制镀层中铅的含量。
(2)氟硼酸:主要作用是保证锡铅合金阳极正常溶解，可使镀层结晶细致，延缓二价锡水解，稳定电解液。
(3)胶体物质、添加剂、光亮剂:主要是改善镀层的均镀能力，使结晶细致，提高镀层光亮度。
3．工艺条件的影响
(1)阴极电流密度:提高阴极电流密度可以提高镀层的沉积速度，但过高的电流密度将导致镀层粗糙、疏松，甚至呈树枝状烧焦。此外，当电流密度提高时，将偏离平衡共沉积，有利于电位较负的锡析出，镀层中锡的相对含量增加，但增加量很小。
(2)温度:升高镀液温度，会加速Sn2+的氧化反应而生成Sn4+，同时也会加速添加剂的分解和光亮剂的消耗，致使镀液浑浊和镀层粗糙。所以，通常将温度控制在15～20℃。目前，国内外已在开发宽温光亮剂，其镀液温度可适当提高。
(3)阳极:电镀过程中，阳极溶解电流效率接近100%，几乎不发生阳极钝化现象。因此，合金阳极的成分应与要镀的镀层成分大致相同，阳极纯度应在99.9%以上。在光亮镀Sn—Pb合金时，阳极电流效率高于阴极，为防止镀液中金属离子浓度的升高，可使用石墨或镀铂钛板等不溶性阳极。另外，为了减少Sn4+的生成，也应避免采用空气搅拌。
4．溶液的配制
(1)根据配制体积，分别计算出氟硼酸铅、氟硼酸亚锡、氟硼酸等的用量。
(2)分别溶解以上三种药品，然后在镀槽内混合。
(3)加水至配制体积，然后加入其他成分，搅拌均匀后试镀。
注意:明胶用冷水浸泡12h以上，再用热水溶解后加入。
5．镀液的维护与杂质的去除
(1)镀液的维护。
①用与镀层成分相同的阳极和聚丙烯织物阳极套。阳极可以用铸造的、压延的或用球形阳极。
②经常分析调整铅、锡离子含量，以维持正常的合金成分。注意:溶液中二价锡离子含量越高，电流密度越高，镀层含锡量越高。
③溶液中吊一个硼酸袋，以免产生游离的氢氟酸。
④不能使用空气搅拌，以防Sn2+氧化。
(2)杂质的去除。
①每年用活性炭处理3～4次，每次用10～15g/L的活性炭，使溶液变为无色，再重新加添加剂。平日可用霍尔槽帮助调整添加剂含量。
②防止带入铜杂质，以免低电流密度区发黑，产生半润湿问题，铜杂质可用低电流密度电解除去。
6．常见的故障及排除的方法(表13－2)
表13－2 电镀铅锡合金常见故障及排除的方法
续表
二、柠檬酸光亮镀锡铅合金
柠檬酸体系镀液避免了氟硼酸镀液污染环境的缺点且镀液稳定，对各类杂质敏感性小，维护方便，镀层光亮、细致、均匀，可焊性好，能满足各种条件的使用要求，抗二氧化硫腐蚀能力优于镀银。对不同材料，应选用不同的中间镀层(如镀镍、镀铜)以提高耐蚀能力，并可防止产生“锡扩散、锡晶须”现象。这种体系的镀Sn—Pb合金已获得了实际应用。
1．镀液组成及工艺条件
柠檬酸光亮镀锡铅合金工艺条件见表13－3。
表13－3 柠檬酸光亮镀锡铅合金工艺条件
续表
①上海通讯设备厂等单位研制。
2．镀液中各组成的作用
(1)氯化亚锡和醋酸铅:是主盐，其浓度取决于所需镀层的成分。但应注意，添加剂的加入会改变离子的阴极析出方式，故铅的沉积速度往往低于锡的沉积速度，因此，溶液中的锡铅比要低于镀层的锡铅比。
(2)柠檬酸:是锡的配合剂，增加阴极极化。
(3)醋酸铵或EDTA－2Na:是铅的配合剂。
3．工艺条件的影响
(1)pH值:pH值过低，柠檬酸络合能力减弱，造成镀层粗糙;pH值过高，镀液的稳定性降低，镀液浑浊，镀层外观质量下降。因此，硼酸作为缓冲剂加入，以保持一定的溶液pH值，柠檬酸与醋酸铵也有一定的缓冲作用。
(2)温度:温度对光亮剂在阴极上的吸附有明显影响，提高温度可适当减少光亮剂的用量;温度超过35℃时，镀液不稳定，出现浑浊，镀层外观变差。镀液的温度最好控制在10～25℃。
(3)电流密度:阴极电流密度增加，可导致镀层中Sn量增加;由于阳极电流效率大于阴极电流效率，阳极电流密度的增大，也将导致镀液中金属离子浓度增加过快，易造成镀液中锡铅比例失调。因此，应将电流密度控制在工艺条件确定的范围内。
另外，对于光亮镀Sn—Pb合金镀层来说，镀液中必须加入一定的光亮剂。
4．溶液的配制
(1)根据配制体积，分别计算出氯化亚锡、柠檬酸等，加热溶解。
(2)称取计量的醋酸铅，加入已溶解好的溶液中。
(3)在搅拌的状态下加入光亮剂等添加剂。
(4)稀释到规定的体积，过滤试镀。
5．镀液的维护与杂质的去除
(1)镀液的维护。
①加强零件的镀前处理。防止油污、锈迹带入镀槽，恶化镀液。
②每周对镀液的主要成分分析一次，并及时调整至工艺范围。
③坚持每天打捞掉入镀槽的零件。防止杂质的积累，污染镀液。
④每季度对镀液进行一次大处理。
(2)杂质的去除。
①硫酸根:硫酸根在溶液中生成白色硫酸铅沉淀，悬浮于溶液中，使镀层灰暗，析氢增加，可过滤除去。
②四价锡:四价锡过多会使镀液出现浑浊，电流效率降低，镀层发脆，应过滤除去。
③金属杂质铜、锌等:金属杂质，特别是铜，使阴极析氢增加，锌使镀层发黑且影响镀层的可焊性，应电解除去。
④微量硝酸根:微量硝酸根使镀层发暗，用电解法除去。
6．常见的故障及排除的方法
电镀铅锡合金常见故障及排除的方法见表13－4。
表13－4 电镀铅锡合金常见故障及排除的方法
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