MSA与PSA体系电镀锡工艺对比

摘要：对比了苯酚磺酸(PSA)体系和甲基磺酸(MSA)体系电镀锡液的抗氧化能力和环保性，以及两种体系所得镀锡板的锡层均匀性、黑灰程度和铁溶出值。结果表明，MSA体系镀液的化学需氧量、总有机碳量和锡泥产生率远远低于PSA体系镀液。与PSA体系镀锡板相比，MSA体系镀锡板的锡镀层更均匀、致密，黑灰程度和铁溶出值都更低。

关键词：电镀锡；苯酚磺酸；甲基磺酸；环保

电镀锡带钢(马口铁)具有强度高、焊接性好、耐腐蚀、无毒等特点，被广泛用于新能源汽车电池壳、医疗器械、家电外壳以及化工桶、气雾罐、食品包装等产品的生产。

以往大多数电镀锡机组使用的是“弗洛斯坦法”工艺，采用PSA(苯酚磺酸)体系电镀液。但是PSA体系中含苯酚类物质，产生的废水中COD(化学需氧量)和TOC(总有机碳)较高，对人体有害，必须经过严格的无害化处理才能排放。废液处理过程较繁琐，而且存在处理不彻底的风险，成本较高。随着环保要求的日益严格，PSA电镀锡工艺已经不适用于当前形势的发展。在此背景下，不少电镀锡机组更换了较环保的MSA(甲基磺酸)体系电镀液，其废液处理简单，因此很快就在国内外发展壮大。本文对比了PSA体系和MSA体系电镀锡工艺的特点。

1 PSA和MSA体系镀液的性能对比

1.1 抗氧化能力

电镀锡液中的二价锡容易被氧化成四价锡，再水解生成α锡酸和β锡酸。其中β锡酸很稳定，与硫酸不相溶，会在电镀液中形成黄色胶体，即锡泥。锡泥产生量是衡量锡电镀液抗氧化能力的一项重要指标。提取MSA体系电镀液测得其锡泥产生率为1.3%，远低于PSA体系的锡泥产生率(4.6%)。因此，MSA体系电镀液的抗氧化能力相较于PSA电镀液更强，锡耗较低，有利于降低生产成本。

1.2 环保性能

MSA、PSA体系电镀液的COD分别为7.5g/L和235g/L，后者约为前者的31倍；MSA电镀液的TOC为9.4g/L，PSA电镀液的TOC为96g/L，后者约为前者的10倍。这说明MSA体系电镀液的COD和TOC均低于PSA体系电镀液，环保性能远远优于PSA体系电镀液。

2 PSA 和 MSA 体系镀锡板的性能对比

2. 1 微观结构

取在电流密度5A/dm2下制备的镀锡量为5.6g/m2的镀锡板，采用FEI Quanta-650FEG型热场发射扫描电镜观察锡层和锡−铁合金层的微观结构，结果如图1和图2所示。从中可见，MSA体系镀锡层均匀、致密；PSA体系镀锡层有较多微小孔洞，致密性较差。两种体系的锡−铁合金层形貌相近，无明显差别。

2. 2 边部镀锡量

如图3所示，从镀锡板边缘向内依次截取8个直径为50mm的试样，依据GB/T1838–2008《电镀锡钢板镀锡量试验方法》，采用EDTA(乙二胺四乙酸)滴定法检测其边部镀锡量，结果见图4。对于镀锡量相同的镀锡板，使用MSA体系时边部镀锡量与目标镀锡量更接近，厚度分布更均匀，边缘效应大大降低。

2.3 黑灰级别

黑灰主要由弥散分布在锡层表面的SnO和SnO2组成，直径为0.2~12μm，主要影响镀锡板的表面质量及各层之间的结合力。评价黑灰的具体操作如下：将滤纸置于镀锡板表面，再在滤纸上放置直径75mm、质量1kg的圆柱形砝码，垂直于镀锡板轧制方向匀速拖动滤纸30cm，观察滤纸的发黑情况并进行评级，代表级别的数字越大表示黑灰程度越严重。从表1可知，各种镀锡量的MSA体系镀锡板的黑灰程度均低于PSA体系镀锡板。

2.4 铁溶出值

采用以色列Quality by Vision公司生产的STANNO Metal 9000型镀锡量分析仪，在0.01A/cm2的电流密度下电解镀锡板，以检测Sn–Fe合金层中的锡量。参考GB/T22316–2008《电镀锡钢板耐腐蚀性试验方法》，采用PHG(孔隙率法)测定镀锡板的铁溶出值，结果见表2。从中可知，镀锡量相同时MSA体系镀锡板的铁溶出值都低于PSA体系镀锡板的铁溶出值。随镀锡量增大，两种体系镀锡板的铁溶出值都减小，但是在去掉锡层后的铁溶出值会增大。这说明锡层对合金层具有保护作用，能够抑制合金态铁的溶解。

3 结语

目前国内多数产线已逐步使用MSA体系代替PSA体系进行电镀锡生产。虽然MSA体系电镀锡较环保，但目前还存在一些不足，如化学药品成本较高，对工艺参数的控制要求严格。随着今后环保要求的日益严格以及生产工艺的不断成熟，MSA体系必将代替PSA体系成为电镀锡生产的主流工艺。

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