[发明专利]镀锡的方法和最佳电流密度范围宽的镀锡液

说明书

本发明提供了一种镀锡液和一种能在高电流密度下用锡电镀钢板的方法，以生产一种镀锡钢板(所谓镀锡板)，该方法具有宽的最佳电流密度范围。

镀锡板发明于13世纪后半叶到16世纪中叶，主要通过热浸镀法生产。20世纪初期，完善了用锡连续电镀钢板的工艺过程。在该工艺过程中，把卷材中的钢板连续地脱脂、酸洗、用锡电镀并且经过熔融处理、化学处理和涂油。通常通过暴露于碱性溶液中、电解、以及使用刷子的机械处理方法进行脱脂，以便从钢板上去除冷轧润滑油等物质。通过钢板在硫酸等物质的水溶液中的浸渍或电解来进行酸洗，以减少和除去钢板上形成的氧化物。在含有Sn离子的电镀液中通过电镀进行镀锡。熔融处理的目的是保证镀锡板的亮度和耐腐蚀性。通过感应加热或电加热进行所说的熔融处理，把锡的镀层加热到锡的熔点以上的温度，然后立即用温水将锡淬冷。化学处理的目的是为了防止锡涂层的氧化。在化学处理过程中，镀锡钢板经过浸渍或电解处理在其上形成一铬酸盐薄膜。涂油处理的目的是赋予镀锡板抗划伤性能和防锈性能。用ATBC(乙酰三丁基柠檬酸酯)或DOS(癸二酸二辛酯)等油对钢板进行涂层。另外，在一些应用中，钢板可以不经过热浸渍涂层和化学处理。虽然一般是使几十吨重的卷材中的钢板以300-400m/min的线速度通过来完成上述的连续处理的，但是，由于连接新卷材等操作条件，可以使钢板以100m/min的线速度通过。

在如上所述的镀锡板生产的所有步骤中，镀锡步骤是最重要的步骤，下面将作详细解释。

苯酚磺酸电镀液和卤素电镀液已经在工业中用作镀锡液(如，TheTechnology of Tinplate,London Edward.Arnold Ltd.,p213(1965))，并且世界上大约80％的镀锡板生产线应用苯酚磺酸电镀液。最近几年，为了保护环境，已经考察了甲基磺酸电镀液(Metal Finishing,January,AESF,p17(1990))的应用，而且该电镀液已经在世界上的一些生产线上投入实际使用。

用这样的电镀液，用锡电镀钢板时，该钢板作为阴极。虽然镀锡的电流密度依赖于镀锡板生产线速度的变化而变化(线速度高时电流密度高，线速度低时电流密度低)，其变化幅度必须在由生产的镀锡板的质量所确定的最佳电流密度范围之内。这里所说的镀锡板的质量是指柯氏试板(K-plate)条件(参见ASTM A632，例如，ATC电流(合金锡耦合电流)最高为0.12μA/cm²,ISV(铁溶解值)最高为6.9mg/51ml,TC(锡晶体)#最高为9，所包括的外观性能有时取决于应用)。而且，当电镀电流密度太低时，一个所谓的“低电流现象”发生，此时形成电镀缺陷，损害了外观性能以及耐腐蚀性。另外，电流密度太高时，电流效率迅速降低，即所谓的“过烧电镀”发生，此时，所镀的锡变成粉状而且形成电镀缺陷，损害了镀锡钢板的外观性能以及耐腐蚀性。因此，镀锡必须在最佳电流密度范围内进行，此时，低电流现象和过烧电镀都不会发生，即基本不会形成电镀缺陷。在传统的工业化镀锡板生产线中，最佳电流密度范的下限为5-10A/dm²，上限为20-30A/dm²。

如上所述，线速度和镀锡的电流密度范围之间存在密切的关系。例如，为了提高镀锡板的生产率，增加线速度是令人满意的。然而，只能在高电流密度下进行的镀锡方法不能令人满意。所说的镀锡方法不能应用于工业用途，除非应用所说的方法甚至在低电流密度的情况下也能够生产高质量的镀锡板，所说的低电流密度是在所说的方法中的最佳电流密度范围内，因为该方法不能适应连接新卷材时镀锡板生产线出现的加速和减速情况。

近年来，在镀锡板制品和其它产品，例如，铝、玻璃瓶和纸容器之间的成本竞争已经非常激烈。为了经济地生产高质量的产品，有必要高速度运行镀锡板生产线以提高生产率并且保持产品的质量。当运用传统技术进行镀锡板生产线的高速运行时，必须安装较长的镀锡槽以满足由于高速运转而减少的镀锡时间。因为该安装需要巨大的投资，所以在传统技术下的高速运转不适合工业化的镀锡板生产线。

另一方面，众所周知镀锡电流的增加可以通过增加待镀锡钢板附近的边界层的物质传递量来获得，即通过增加Sn离子的浓度或增加电镀溶液的流速来获得。然而，不能通过上述生产过程显著增大上述提到的最佳电流密度范围。所以，传统技术不能与连接新卷材时的镀锡板生产线的加速和减速相对应，从而不适合所说的生产线。