[发明专利]高速镀锡方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求与2005年12月29日提交的美国临时申请第60/755,584号的优先权，该申请的全文通过参考结合于本文。

发明领域

本发明涉及制造镀锡的金属。具体地，本发明涉及电解制备镀锡金属的方法。

发明背景

锡能耐腐蚀，并用作在如钢的耐腐蚀性低的金属上的保护涂层。施加锡涂层的一种方法是将钢板浸入熔融锡中。然而，这种方法很浪费，因为这种方法通常产生的锡层的厚度大于需要的厚度。因此，已开发了电解法，电解法能产生较薄和更均匀的锡层。例如，Kitayama在美国专利第4,181,580号中公开将锡电镀在钢带上，该专利的内容通过参考结合于本文。

在对钢带进行高速锡化(tinning)时，首先用一系列的碱清洁剂对钢带进行清洁，除去油和油脂。然后使钢进行几次水清洗，然后用稀释的酸(“酸洗”)溶液进行漂洗，再通入电解镀浴中，在钢表面形成一层锡。沉积的锡层通常具有光滑的无光表面。

通常有两种镀锡溶液用于带钢镀锡浴。FERROSTAN体系含有苯酚磺酸(HOC₆H₄SO₃H，PSA)和硫酸亚锡，而RONASTAN体系含有甲磺酸(CH₃SO₃H，MSA)和甲磺酸亚锡。例如，Thompson在美国专利第5,312,539号，Copping在美国专利第6,251,255号中揭示将MSA用于电解浴，该两篇专利的内容通过参考结合于本文。例如，Ooniwa在美国专利第4,936,965号和Dulcetti在美国专利第6,921,472号中揭示使用PSA酸电解浴，该两篇专利的内容通过参考结合于本文。

镀覆后，通常用水对镀覆的带材清洗两次。清洗后，镀覆的带材进入熔剂溶液(如，“酸熔剂”溶液)，然后进行空气干燥。术语“熔剂”表示有助于软熔(reflow)操作的物质。然后，镀覆的带材在软熔炉中加热至略高于锡的熔点(约232℃)，通常在软熔炉中加热至约240℃。锡层熔化，在钢基材上形成锡表面层和表面下的含锡和锡-铁合金的扩散层。加热(“软熔”)后，将镀覆的带材浸入水中快速冷却或骤冷，产生具有光面的锡表面层。

镀覆后进行清洗步骤的目的是尽可能多地从锡表面除去镀覆电解质溶液的组分。从镀浴中除去电解质时，一些镀覆电解质会保留在锡表面作为“废液(dragout)”。废液的组成中可包括水、镀覆酸(即，PSA或MSA)、亚锡盐、溶解的电镀添加剂。由于镀浴组分的废液代表着经济损失，并且因为在电镀操作期间涉及的蒸发或气体夹带而使镀浴损失一些水的原因，清洗溶液通常为逆流流动，使随着镀覆的带材被拖入清洗溶液中的清洗水以及镀浴组分返回到镀覆溶液。

如在O’Driscoll的美国专利第6,409,850号和Allen的美国专利第2,719,820号中讨论的(该两篇专利的内容通过参考结合于本文)，助熔剂的目的是从锡表面除去氧化物并降低软熔时熔融锡的表面张力，从而防止软熔期间发生锡的不均匀流动。这种不均匀的流动在骤冷后可能产生不均匀的表面(如，“木纹(woodgrain)”)。助熔剂的例子包括氯化氢、氯化亚锡、氯化锌、氯化铵、棕榈油、葡糖酸、谷氨酸、柠檬酸、酒石酸、柠嗪酸、白屈氨酸、白屈菜酸、环己烯-1，2-二甲酰亚胺(dicarboximide)、各种萘酚二磺酸和各种羟基苯磺酸，包括PSA。虽然PSA能用作良好的助熔剂，但是MSA因为形成发蓝斑点(blue stain)(如下面讨论的)而不适合用作助熔剂。

当使用含PSA的FERROSTAN镀覆溶液时，由于从镀浴和前面的清洗步骤带入，该酸熔剂溶液中PSA的浓度通常约为0.1-1.0％。含0.1-1.0％的PSA的酸熔剂溶液在软熔后产生光亮的粘着表面层。但是，因为在含PSA的镀覆溶液中存在游离的酚，并且因为PSA固有的低电导率，因此寻求PSA之外的电解质。

含MSA的镀覆溶液对操作人员更友好，因为这种镀覆溶液不含酚，导电性大于含PSA的镀覆溶液。另外，MSA是非氧化酸，能最大程度地减少亚锡离子(Sn⁺²)氧化为锡离子(Sn⁺⁴)。锡离子形成锡浆料，一种从溶液沉淀的不溶性氧化物的浆料，导致锡从电镀体系损失。将MSA用于镀覆溶液时，酸熔剂溶液因为从镀浴带入而含有MSA。当MSA存在于酸熔剂溶液中时，软熔后表面层有时具有不希望有的发蓝雾度，发蓝雾度会使锡表面外观变差，并且还可能影响表面层的耐蚀性。