熱浸鍍錫

熱浸鍍錫

熱浸鍍錫是採用熱浸鍍方法的鍍錫工藝,可獲得結合力好、耐腐蝕性強、光亮的結晶鍍層。熱浸鍍錫鋼板(即馬口鐵)是最早套用的熱浸鍍鋼板,近些年來,由於錫資源的緊張,電鍍錫已在若干領域取代了熱浸鍍錫,但在一些需要厚鍍層及電器、無線電工程等方面,熱浸鍍錫仍被套用。 熱浸鍍錫塗層的特點是:耐腐蝕(有機酸),無毒,焊接性好,表層光亮且不易變色,可進行印刷及裝飾。因此,多年來一直在包裝業、及食品罐頭中套用。

概述

錫是白色且有金屬光澤的金屬,具有耐變色、柔軟、無毒和延展性好等特點。錫鍍層具有優良的耐蝕性、可焊性和裝飾性,廣泛套用於電子元件、滑動部件、連線器和裝飾件等。 熱浸鍍過程是金屬基體與鍍層金屬之間通過互滲、化學反應、擴散等方式形成冶金結合的合金鍍層。因此,鍍層與基體之間有很好的結合力,與電鍍和化學鍍比,熱浸鍍的鍍層較厚,其耐腐蝕性能也有較大提高。錫晶花工藝是在熱浸鍍錫後,經過特殊的處理工藝,使錫鍍層呈現出美麗的規則花紋,富有立體感,使錫制裝飾品具有藝術的效果。

熱浸鍍錫原理

鐵一錫系二元狀態有兩個γ相及一個α相。兩個γ相,一個在780~900℃,含錫量為62(wt%);一個在910~1390℃,含錫量為2(wt%)。α相是錫在α鐵中的固溶體,錫在α鐵中的溶解度(wt%):750℃時為9.3%;900℃時為17.5%。

FeSn相含80.95(wt%)錫,為四角晶體組織,脆性大且硬度高,是鐵和錫之間的中間層,能使錫與鐵結合好;FeSn相含68.0(wt%)錫,穩定保持溫度750℃;FeSn相含58.62(wt%)錫,穩定保持溫度900℃;Fe3Sn相含41.47(wt%)錫,穩定保持溫度880℃;1130℃以上為金屬混合物的液相區。在300℃時,鐵與錫相互反應生成FeSn,例如,在熱浸鍍錫時,經過前處理的鋼板進入含有氯化銨及氮化鋅的熔劑層,形成鐵錫合金。

ZnCl+2HO→Zn(OH)+2HCl

FeO+2HCl→FeCl+HO

Fe+2HCI→FeCl+H↑

生成的氯化亞鐵(FeCl)與煉錫(Sn)反應,生成SnCl及FeSn。

3Sn+FeCl2=SnCl2+FeSn

生成的化合物FeSn,一部分附在鋼板上,另一部分進入錫槽形成錫渣。附著FeSn層的鋼板再講入煉錫中浸鑄錫。

熱浸鍍錫工藝

1、適合熱浸鍍錫的材料

含碳低於0.2%的低碳鋼適於熱浸鍍錫;中、高碳鋼較為困難。鑄鐵件常在噴砂(丸)後,先電鍍一層鐵、銅、鎳後,再進一步熱浸鍍錫。紫銅、黃銅、青銅等銅合金製件都可以熱浸鍍錫。

2、單張薄鋼板的熱浸鍍錫

經過平整精加工的帶鋼,剪下成規定尺寸的原板,送至熱浸鍍錫處理,其工藝流程為:

初酸洗→電解酸洗→熱浸鍍→洗滌→拋光塗油→乾擦整理→包裝。

下面簡單介紹其中的鍍錫裝置,見下圖。

鍍錫裝置 鍍錫裝置

它是由錫鍋和鍍錫機組成。在附設了連在一起的電解酸洗機的鍍錫裝置中,酸洗機也就是鍍錫裝置的餵料機。用磁性輥將原板一張一張送進去,此時鋼板表面已被水潤濕,首先經過熔劑層,緊接著進入熔融的錫液中。錫液的溫度為300~400℃,用裝在錫鍋中的煤氣加熱器進行加熱。

熔劑是由90%的氯化鋅和約10%的氯化銨組成,還必須加入適量的水,使它能在180~220℃時,保持適當的沸騰狀態,並用原板上所黏附的水,不斷地進入熔劑層中作為補充水。熔劑因含有水,在一定的溫度發生分解而生成鹽酸,起到助鍍活化鋼板表面的作用,並能提高和促進合金層的連續性。

經過熱鍍錫的原板,經過導向板進入與錫鍋聯體的棕櫚油層(即棕櫚油槽),形成一層油膜,其作用是防錫液接觸空氣發生氧化,同時,讓原板的錫層在熔融狀態下,通過浸沒在棕櫚油層中的三對軋輥,調整錫層的厚度和均勻性。當錫液溫度為310~330℃時,鋼板的移動速度控制在7~10m/min之間。為了保證油的適當黏度和防止油膜過厚,棕櫚油的溫度保持在235~240℃之間。

鋼鐵製件的熱浸鍍錫

1、脫脂和酸洗處理

所有的製件都必須進行良好的前處理,方能保證穩定的鍍層質量,其操作過程與要求同熱浸鍍鋅,這裡不再闡述。

2、熔劑處理

熔劑成分 熔劑成分

3、單鍋鍍錫工藝

工件浸水溶性助鍍劑後稍做停留,便可浸入到280~325℃的錫鍋中,並應較緩慢地通過覆蓋在錫液面的熔劑層,在錫液中保持一定的時間使工件熱透。引出時應先將覆蓋層扒開,以免掛渣。浸鍍小型零件,可採用專用掛具,也可將零件裝入籃筐中。浸入速度應適當,壁厚的件可慢些,薄壁件可快些,大致在13~50mm/s之間,取出速度也可參照此數值。

為了除去工件表面黏附的過量的錫,可用離心機甩掉。通常採用的做法是:在工件離開錫面時,將工件底部的邊角與錫液面輕輕接觸,由於表面張力的作用,錫珠被錫液“吸走”,然後將工件冷至室溫,若工件表面仍有熔劑黏附,可用1%鹽酸水溶液或5%~10%檸檬酸水溶液浸漬,然後再用冷水漂洗乾淨即可。

單鍋鍍錫所得到的鍍層質量一般,它主要用於釺焊連線件以及要求外觀質量不高的工件。鍍層厚度根據實際需要確定,一般控制在1.5~5.0μm之間。

4、雙鍋鍍錫

①工件經浸水溶性助鍍劑後,先浸入覆蓋熔劑層的錫鍋,進行首次鍍錫,整個過程與單鍋鍍錫大致相同。

②第二次浸鍍在另外一個錫鍋內進行,第二個錫鍋的工作溫度維持在235~270℃之間,視工件大小而定,通常為250℃。在第二個錫鍋表面覆蓋一層油脂,包括棕櫚油、動物脂肪或合成礦物油,切記勿使錫液溫度過高,以免使油脂變質和鍍層氧化變色。

雙層鍍錫的過程,與前面講的單張鋼板熱浸鍍錫極為相似,可獲得高質量的鍍層。它與單鍋相比,具有以下特點。

a、在第二個錫鍋中,由於溫度低,所以錫液中含鐵量很低,鐵對錫液的污染大為減少,保持了錫液的純淨度,所以形成的鍍層光潔明亮。

b、工件從第一個錫鍋中帶出的殘留溶劑,會在工件浸入或提出的過程中,被第二個錫鍋上覆蓋的油層所吸附,提高了鍍層光整性。

c、浸鍍後,錫層表面有一層油膜存在,對鍍錫層在儲存運輸過程有保護作用。

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