摘要：研究了甲磺酸电镀Pb—Sn合金的电解液组成，讨论了主盐、游离酸、稳定剂的质量浓度以及阴极电流密度对Pb—Sn合金镀层中Sn含量的影响。采用Hull槽试验方法确定了甲磺酸电沉积Pb—Sn合金镀层的阴极电流密度范围。根据研究结果确定了甲磺酸体系电镀Pb—Sn合金润滑镀层的工艺规范。
关键词：甲磺酸；电镀；铅一锡合金；润滑镀层
中图分类号：TQ153．2 文献标识码：A
引 言
减摩涂层是降低航空发动机磨损的有效手段，铅一锡合金镀层是一种有效的减少摩擦阻力的润滑性功能镀层。铅一锡合金电镀使用高浓度、高污染的氟硼酸体系还比较多。甲磺酸用于电镀的研究最早是在1940年，但直至1980年才开始在工业上应用，现用于镀锡、铅和铅一锡合金工艺日益增多，这主要是由于它与氟硼酸盐工艺比较有如下优点：1)镀液毒性小、废水易处理；2)对设备的腐蚀性小；3)降低了镀液中Sn抖的氧化，可减少锡渣的生成；4)对陶瓷和玻璃材料不侵蚀，可应用于半导体器件的镀覆，因此，近年来电镀工作者比较关注甲磺酸体系镀铅一锡合金工艺口。
文献研究结果表明，甲磺酸体系镀液与氟硼酸体系性能相当，综合分析可以采用甲磺酸体系镀覆具有减摩功能的铅一锡合金镀层，具有很好应用前景。
1 实 验
1．1 试剂
甲磺酸，化学钝(上海化学试剂厂)；甲磺酸铅、甲磺酸亚锡及添加剂均自制。
1．2 仪器设备
SID高频开关电镀电源(金顺怡公司)、霍尔槽试验仪(广州二轻所)。
1．3 镀液配制和方法见文献
2 结果与讨论
2．1 霍尔槽试验结果
为了评价镀液性能，确定添加剂含量，分别在250mL标准霍尔槽中加入0、2、4、6、8mL添加剂。试验结果表明，加入量分别为2、4mL时，镀层灰白，细致光滑区域最宽，因此确定添加剂在8～16mL／L效果最好，实验选择12mL／L。
在霍尔槽中试验电流1A时，近阴极处4～5mm区域镀层呈灰色粉末，镀层结晶粗大，亮白区宽3～4cm，远阴极处约2cm无镀层；在霍尔槽中试验电流4A时，近阴极处约1．5 cm 区域镀层呈灰色粉末，镀层结晶粗大；亮白区宽6 cm，远阴极处约1 cm无镀层，根据计算公式：
JK=I(4．47—4．13 lgL)
电流密度在2～5．5A／dm2范围内结晶细致平滑，因此电流密度初选在2～6A／dm2。
2．2 主盐对镀层的影响
甲磺酸铅及甲磺酸亚锡是镀液的主盐，控制游离甲磺酸在140 g／L，镀液中sn。 质量浓度对镀层成分影响如图1，Pb抖质量浓度的影响如图2。
由图可以看出，单方面增加主盐离子质量浓度，其在合金镀层中含量也相应增加，且呈线性关系。由于镀覆减摩功能涂层需要高铅低锡镀层(Sn7 ～159／6)，相应镀液也是高铅低锡，因此镀液中锡离子的变化对镀层成分的影响度要大于铅离子。
2．3 游离甲磺酸的影响
由甲磺酸根的结构可知，分子中的O可提供孤对电子，与Pb计、Sn抖形成络合物，甲磺酸是溶液的主要成分之一，具有增强溶液的导电性，缓解亚锡离子被氧化的作用，因此在确定主盐浓度后，甲磺酸应保持在上限。
2．4 电流密度与合金成分关系
对Pb抖90 g／L、Sn件15 g／L、CH4sO。(游离)150g／L、添加剂12mL／L的镀液进行实验，测定在不同电流密度获得的镀层中锡的含量，结果见图3。
从图3中可以看出，在低电流密度区( <3 A／dm2 )，镀层中锡质量分数为14．5 ，电流密度大于3A／dm2时，镀层中锡开始迅速增加，电流密度为3．8A／dm2时镀层中锡的质量分数达18．5 ，增加电流密度，镀层中锡的质量分数基本保持在19 。因此，根据镀层高铅低锡的要求，最终确定电流密度为2～3A／dm2。
2．5 稳定剂的影响
图4是稳定剂对合金镀液稳定性的影响。试液Sn抖初始质量浓度为7．84 g／L，存放6周后，加有1mL／L 稳定剂的试液Sn抖质量浓度为5．98 g／L，为原液质量浓度的73．6 。而加入4mL／L稳定剂的试液Sn。 质量浓度为7．23 g／L为原液质量浓度的92．2 ；不含稳定剂的试液Sn抖质量浓度为0．52 g／L，为原液质量浓度的6．6 ，这表明其稳定效果与稳定剂质量浓度有密切关系，因此必须保证镀液有足够的稳定剂，才能有较好效果。
3 结 论
1)通过Hull槽试验，确定甲磺酸铅一锡合金电镀电流密度为2～
2)甲磺酸铅一锡电镀中，主盐质量浓度对镀层成分影响最大，单方面增加主盐质量浓度，其在合金镀层中质量分数相应呈线性增加；游离甲磺酸起维护阳极正常溶解，提高溶液的电导率和分散能力，因此其质量浓度不宜过低；
3)根据上述研究结果，得到甲磺酸体系镀铅一锡合金减摩镀层的工艺规范如下：
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