黄久贵

（宝山钢铁股份有限公司冷轧薄板厂，上海　２００４３１）

摘  要：采用金相显微镜、扫描电镜和电化学分析方法，研究了基板金相结构对镀锡板锡铁层特性和锡层结合力的影响。结果表明，晶粒细小的镀锡基板获取的镀锡层较为粗糙，且镀锡层存在明显的孔隙；随着镀锡基板晶粒的增大，镀锡层的孔隙减少，且镀层均匀致密；晶粒粗大的镀锡基板沉积锡层的自腐蚀电位明显大于晶粒细小的镀锡基板表面镀锡层；晶粒粗大的镀锡基板表面沉积锡层的结合力较好。

关键词：金相结构；镀锡板；锡层；结合力；晶粒

１前言

镀锡板是在冷轧低碳薄钢板双面上镀覆纯锡，其集钢的强度和成形性与锡的耐蚀性、焊接性和外观性于一体，被广泛应用于食品制罐、饮料制罐工业、容器、冲压制品、包装材料及制作玩具、瓶盖等［１，２］。随着我国食品、轻工、汽车及家电工业的发展，对包装材料的需求不断扩大，但同时铝材、塑料、复合材料和硬纸板等包装新材料不断涌现，电镀锡板作为食品或非食品容器包装材料面临的市场竞争压力越来越激烈，这就要求必须不断提高镀锡板的产品质量和降低生产成本。

镀锡板生产工艺较为复杂［３］，不同的生产工艺可改变镀锡基板的晶粒特征和物理特性。镀锡基板的晶粒特征对镀锡板的生产工艺及其产品质量均有着非常明显的影响，如电镀过程锡的电化学生长机制及其与基板的结合力。由于镀锡层硬度较低，且生产过程中与其接触的辊系或部件较多，镀锡层与基板的结合力差可能导致镀锡机组辊系粘锡缺陷、镀锡板表面的小白点缺陷等，而关于这方面的研究报道较少［４－５］。本文通过金相显微镜分析各基板的金相组织，采用电化学方法和涂层划痕实验分析相应的镀锡基板特性和锡层结合力的差异，对提高镀锡板产品质量有着重要的意义。

２实验

实验用镀锡基板为宝钢的低碳钢板，分别剪取５０ｍｍ×４０ｍｍ尺寸４种不同材料的基板，并用６００＃砂纸打磨以确保其相同的表面状态。观察其金相组织，之后，经碱洗、水洗、酸洗、水洗，采用弗洛斯坦法进行电镀锡以获取锡层厚度为５．６ｇ／ｍ２的镀锡板（１＃～４＃）。

板表面形貌，进行电化学测试，即标准三电极系统，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片，工作电极为样品，留出工作面，其他表面以聚四氟乙烯和石蜡封固。进行电位极化曲线测试时，扫描速度为０．２ｍＶ／ｓ；进行循环伏安测试时，扫描速度为１０ｍＶ／

ｓ。腐蚀介质为３．５％（质量分数）ＮａＣｌ溶液，测试温度为室温。采用自动涂层划痕仪，以ＨＢ或２Ｂ铅笔为探头，改变探头的加载力，依据加载力在镀锡层表面的变化表征锡层的结合力［６］。

３结果与讨论

３．１不同工艺条件下镀锡基板的金相结构

图１为不同镀锡基板的金相结构。由图１可知，４＃镀锡基板的晶粒明显粗大、均匀，单位面积下晶粒的个数少，晶界密度低，且无碎小晶粒。这可能是由于４＃镀锡基板碳、锰等杂质元素含量低、硬度小，导致其晶粒具有较好的延展性。因此，在压下率相同的轧制制度下冷轧板基体的晶粒能保持较好的完整性；同时，退火温度高和保温时间长的罩式退火工艺促使基板晶粒长大更充分［６，７］。１＃镀锡基板表面存在较多的细小晶粒，且大小不均，这可能是由于轧制工艺不同、轧制总压下率不同导致晶粒沿轧制方向被拉伸，完整的大晶粒被破碎，晶粒进一步趋于细化，从而使退火过程的再结晶动力增加，形核率较高［７

，８］。

３．２不同金相结构对镀锡板特性的影响

图２为不同金相结构相应的镀锡板表面形貌。由图２可知，晶粒细小的镀锡基板其镀锡层较为粗糙，且镀锡层存在明显的孔隙。随着镀锡基板晶粒的增大，镀锡层的孔隙减少，且镀层均匀致密，如图２ｄ所示。这主要是由于晶格的完整性和放电效率直接影响着镀层晶核形成及长大，而镀锡基板中含有碳、锰、硅、磷和硫等杂质元素，且碳、锰元素随着基板强度升高其含量也随之增加，这些杂质元素主要富集在晶界处，而电镀过程中锡晶核很难在这些元素晶界处形核生长，但是基板晶粒粗大处很容易生长锡晶核。因此，晶粒粗大的镀锡基板表面沉积的锡层致密、孔隙少［９］。图３为电化学极化曲线，晶粒粗大的镀锡基板镀锡层自腐蚀电位明显大于晶粒细小的镀锡基板镀锡层。这主要是由于其相应的镀锡层的致密性和

孔隙率所决定。

３．３不同金相结构对镀锡层结合力的影响

图４为不同金相结构相应的镀锡层划痕曲线。由图４可知，对于１＃镀锡基板的镀锡层，

２Ｂ探头的加载力为５．２Ｎ时，划痕曲线出现了拐点。对于２＃镀锡基板的镀锡层，加载力为５．５Ｎ时，划痕曲线出现了拐点。对于３＃镀锡基板的镀锡层，加载力为６．１Ｎ时划痕曲线出现了拐点。而对于４＃镀锡基板的镀锡层，加载力为８Ｎ时划痕曲线出现了拐点。由此可知，４＃镀锡基板的镀锡层与基板的结合力明显好于其他镀锡层。这主要是由于电镀过程中，锡晶粒易沉积在晶粒粗大的镀锡基板上，且电流效率明显高于晶界处锡沉积的电流效率，进而决定了晶粒粗大的镀锡基板表面沉积镀锡层结合力要好于晶粒细小的镀锡基板表面锡层结合力。

４结论

基板金相结构对镀锡板的特性和锡层结合力有着明显的影响。晶粒细小的基板获取的镀锡层较为粗糙，且镀锡层存在明显的孔隙。随着基板晶粒的增大，镀锡层的孔隙减少，且镀层均匀致密。电化学极化曲线表明，晶粒粗大的基板沉积锡层的自腐蚀电位明显大于晶粒细小的基板。以２Ｂ铅笔为探头，依据加载力在镀锡层表面的变化，在晶粒粗大的基板表面沉积锡层的探头加载力达８Ｎ，结合力较好。

参考文献：

［１］  兰兴华．世界镀锡板生产能力和生产技术改进［Ｊ］．中国金属通报，２００５，

（２）：１２－１３．

［２］  宋加．我国镀锡板生产技术的发展及几点建议［Ｊ］．轧钢，２００７，２４（４）

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［３］  朱国和，李建中，邓比涛，等．基板组织对镀锡板锡铁合金属及其耐蚀性的影响［Ｊ］

．轧钢，２０１２，２９（４）：８－１１．

［４］  王晓东，黄久贵，李建中，等．ＴＦＳ产品特性及国内外发展现状［Ｊ］．轧钢，

２００８，２５（４）：３５－３８．

［５］  罗德先．世界镀锡板工业的回顾与展望［Ｊ］．世界有色金属，２００１，（９）：１０－１２．

［６］  刘小兵，成旦红，王徐承，等．电镀锡板表面抗划伤性的研究［Ｊ］．电镀与精饰，

２００２，２４（５）：４０－４３．

［７］  祖国胤，王磊，王威，等．退火对轧制包覆碳钢／铝夹层带材组织与 性能 的 影响 ［Ｊ］．东北大学学报 （自 然科 学 版），２００９，３０（８）：１１２７－１１３４．

［８］  叶卫平，方安平．冷形变量和加热速率对ＩＦ钢罩式退火再结晶晶粒尺寸分布的影响［Ｊ］．钢铁研究学报，２００１，１３（４）：３８－４１．

［９］  黄久贵，李宁，朱晓东，等．镀锡工艺参数对合金层形貌及耐蚀性的影响［Ｊ］．

电镀与环保，２００４，２４（１）：４－５．