摘要：通过对热镀锡铜线生产工艺的分析,探讨了废锡的成分及产生的原因,提出了减少废锡产生的几种工艺措施。实践表明,采用适当的工艺,可以有效地减少废锡,提高锡的利用率。
关键词：镀锡铜线；热镀锡；废锡；利用率
镀锡铜线的生产工艺主要是对铜线表层进行镀锡处理，目前镀锡铜线主要应用于橡皮绝缘电缆的导电线芯和仪表安装线的导电芯，以及用作电缆的外屏蔽编制层和电刷线。镀锡层的主要作用是防止绝缘橡皮和铜线直接接触后橡皮发粘，铜线芯发黑变脆及提高导电芯的可焊接性能，目前铜线镀锡工艺除少数企业采用电解镀锡~拉丝~连续退火的工艺外大多数企业采用的经济效益和生产效率较高的热镀锡工艺生产镀锡铜线。
一、慨况
镀锡圆铜线在电线电缆行业中的使用非常广泛,镀锡圆铜线所起的主要作用有:a.抗氧化和防腐蚀;b.提高铜线的可焊性,防止导线端头松散;c.减少接头的接触电阻;d.用于编织屏蔽场合时,可很好地抑制高频干扰,屏蔽静电等;e.橡胶电缆长期运行时,铜线会与橡胶中的硫起反应使橡胶发黏,降低电缆的使用寿命,而镀锡圆铜线表面的锡能起保护的作用。根据目前的生产方式,铜线镀锡可以通过热镀锡工艺和电镀锡工艺实现。其中热镀锡工艺属物理加工,锡在高温下熔融并附着在铜线表面;电镀锡(冷镀锡)工艺与热镀锡结晶方式不同,是通过电解后吸附锡原子,锡与铜线的附着性更好。但热镀锡工艺具有设备投入低、效率高、工艺操作简单便捷等优点,在电线电缆行业中应用最为普遍。目前直径为0.1~0.5 mm热镀锡圆铜线的生产工艺(包括采用二次热镀锡工艺以提高镀锡圆铜线质量的方法)比较成熟,但直径大于0.80 mm的热镀锡圆铜线,受设备、工艺等诸多因素影响较大,成品质量不易控制。
二、废锡产生的原因
从企业生产现场拉看，废锡的产生主要有三类现象：一类是锡液表面的锡皮和锡灰；其次是铜线进入锡液时接触面溅起的锡珠；还有一类是漂浮在锡液表面的锡块，这种锡块熔点较高，很难正常使用。从化学成分上来看锡皮和锡灰主要是锡的氧化物和锡的氯化物等组成。氧化物产生的主要原因在于镀锡过程中处于熔化状态的锡液直接接触空气，造成锡液表面和空气中的氧发生化学反应生成SnO、SnO 2。氯化物产生的主要原因在于国内的镀锡生产线采用的是HCl和ZnCl2、NHCl 4的水溶液作为酸洗剂和助镀剂，酸洗过的铜线未经其它处理直接进行镀锡工艺加工，造成铜线表面的残留物与锡锭发生化学反应，从而产生锡的氯化物等物质。助镀剂具有一定的还原性，会还原锡液表层的氧化膜，同时也会消耗不分锡夜。锡珠产生的主要原因是因为线材快速进入高温锡液时，低温的助镀剂迅速气化而溅起的锡液。工业上俗称的“硬锡”是铜含量为1%~4%的铜锡合金，在生产过程中，铜线连续侵入锡液中，铜材表层的原子在锡液中不断扩散，最终形成Cu 3 Sn等铜锡合金。而且这类合金化合物熔点较高，比锡液的密度要小，能够在锡液的表层形成固态悬浮物。在长时间的生产过程中，铜锡化合物的含量不断增加，会在锡液表层形成“硬锡”。因为表层的锡液温度相对较低，再镀锡的过程中锡液表层会慢慢的变得粘稠，比逐渐硬化，最终将锡缸的液面大部分覆盖。
三、减少锡渣的途径
1.减少锡的氧化物和氯化物。减少锡的氧化物可以从两个途径着手:一是覆盖锡液表面,减少锡液与空气的接触面积;二是提高锡液本身的抗氧化性能。许多生产厂家在处理这类问题时,选择使用成本低廉、操作方便的固体覆盖剂,如云母粉、木炭粒等。使用木炭粒作覆盖剂时,最好选择硬木煅烧的木炭。将木炭粉碎过筛后去掉粉末和大块木炭,选取呈红豆大小的粒状木炭覆盖在锡液表面,既可隔氧,又可将氧化锡部分还原,还可吸附铜线从助镀剂槽带入锡缸的助镀剂溶液。另外,还有一些生产厂家采用液体覆盖剂。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这类覆盖剂通常为无机盐混合物,在室温时呈固态粉末状,在热镀锡温度下熔融成液态,具有良好的覆盖效果。这两种覆盖剂也有其不足之处。使用木炭覆盖时,难以避免木炭颗粒或木炭粉进入刮锡模中,从而导致废线的产生,影响生产的正常进行。此外,当出现断线等情况需要重新“穿线”时,木炭层给操作带来了一些不便。使用液态覆盖剂虽然效果好,但这种覆盖剂一般为共晶盐类,具有强烈的吸潮性和腐蚀性,停产时会对设备和环境产生强烈的腐蚀作用,因此,很多厂家已经放弃使用。目前,越来越多的厂家开始采用向锡液中添加某些抗氧化性元素,如磷、稀土铈等,来提高锡液的抗氧化能力。由于磷的的化学活性高于锡,锡液中的磷将优先氧化而保护锡。同样,由于稀土铈的化学活性很高,铈在锡液表面迅速生成一层致密的氧化膜,对锡液具有抗氧化的保护作用,能有效地减少氧化锡的产生。这种方法由于锡液表面没有覆盖剂,可避免覆盖剂进入到刮锡模而产生废线。同时,洁净的锡液表面给操作也带来了许多方便,具有很好的推广价值。锡液表面存在的致密氧化膜对锡液有一定的保护作用,在生产顺利的情况下,不应随意去破坏这种氧化膜。另外,通过调整助镀剂的配方,降低氯离子浓度,可减少氯化锡的产生,这也是降低锡消耗的途径之一。
2.减少“锡珠”的产生。从“锡珠”产生的原因可以看出,铜线进入锡液时溅出“锡珠”是不可避免的,但可采取一些措施来减少其产生的数量。显然,铜线表面的水分或粘附的液态助镀剂越多,溅出的“锡珠”会越多,而且产生的氧化锡也会随之增多。因此,在工艺上应保证:(1)退火后用水冷却的铜线应尽可能地挥发掉表面的水分;(2)在酸洗槽中铜线表面粘附的助镀剂不宜过多,在进入锡缸前应尽可能晾干。由于“锡珠”可以直接回收利用,实际生产中可在锡液表面的上方悬挂一排耐高温的布料,以阻挡锡珠“溅”往锡缸外,从而能回收“锡珠”。这一方法简单,能十分有效地减少锡的损耗。
3.减少“硬锡”的方法。“硬锡”是三种废锡中产生数量最多的一类。在生产过程中需要及时地清理浮在表面的“硬锡”,以防铜线被碰断而造成废品。同时,随着锡缸液面的下降,要防止“硬锡”嵌入刮锡模中,以保证生产顺利进行。因此,“硬锡”的产生不仅浪费金属锡,还给生产带来了不便。根据热扩散原理,锡液的温度越高,铜原子向锡液中扩散的速度越快,这种废锡形成得越多。尤其某些厂家采用硬铜线镀锡时,为了同时达到软化退火的目的,锡液的温度往往控制在350℃以上,“硬锡”产生的数量会因此更多。另外,铜线线径越大,锡“硬”得也越快。这是因为,一方面对大线径的铜线镀锡,锡液的温度会控制得更高些;另一方面,线径越大,浸润的表面积越大,铜原子向锡液中扩散的数量也越多。因此,在保证镀锡层质量和满足铜线退火软化性能要求的前提下,应适当降低锡液温度以减缓“硬锡”的产生。在锡液中添加某些微量元素,可降低扩散系数,减缓铜向锡液中扩散的速度。铅可以有效地抑制铜在锡液中的溶解,减少甚至消除“硬锡”的产生，但是往往会对镀锡铜线成品的RoHS检测有一定影响，故一般不采用。另外锡液中添加适量的金属元素镍、锑、铋和一些稀土元素,以及非金属元素磷,“硬锡”产生的数量明显减少,这可能是由于这些元素对铜向锡液中的扩散有抑制作用的缘故。锡液本身的纯度对“硬锡”的产生有重要影响。使用纯度低的锡锭或杂锡,“硬锡”产生的数量必然会增多。
目前在生产镀锡铜线的过程中不可避免的会产生废锡，但通过适当的方法及工艺可以有效地提高金属锡的利用率，以达到节约原材料的目的。实际生产证明，采用以上措施，加强工艺控制，可以减少50%的废锡的产生。
参考文献
[1]吴燕.提高镀锡铜线质量的初探[J].电线电缆.2016,(4):44-46.
[2]钱瑞.新型金属镀层材料在镀层铜线上应用[J].电线电缆,2016,(1):33-35.
论文作者:李杰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：铜线论文; 镀锡论文; 表面论文; 工艺论文; 木炭论文; 表层论文; 氯化物论文; 《电力设备》2019年第6期论文;