专利名称：镀锡金属板的制造方法
技术领域：
本发明涉及镀锡金属板的制造方法，特别涉及采用冷气动力喷涂和冷轧平整处理的镀锌金属板的制造方法。
背景技术：
镀锡金属板是一类重要的材料，在冶金、饮料、电子等行业都有极其重要的应用。镀锡钢板是一种两面镀有纯锡的冷轧低碳薄钢板，它用于制作食品罐不仅有着悠久的历史，也有着其不可取代的地位。同时镀锡层是一种可焊性良好的涂层，镀锡铜板在电子元件及印制板等领域应用十分广泛，铜制印制电路板及复杂的电子元器件镀锡能提高可焊性，目前国内外印制板线路大都采用锡或锡铅合金镀层作为可焊性镀层。
目前镀锡板的制造一般有两种方法第一种是电镀锡方法，另一种是化学镀锡，或称化学沉积镀锡方法。电镀锡方法是电解沉积原理将纯锡或锡合金通过电势作用下电解转化成离子态进行电解液，进而通过电势作用再沉积在金属板上形成镀锡层；化学镀锡方法是配制特定的化学镀液，通过镀液的成分浓度或进行自催化处理，将溶液中的化合态锡沉积在金属板上形成镀层。
在电镀锡工艺和化学镀锡工艺中都涉及镀液，镀液中含有特定成分的有机添加剂、还原剂、光亮剂等多种对环境产生污染的物质，环境污染非常严重，镀锡液的处理一直是镀锡板生产中的一个难题。并且电镀锡工艺和化学镀锡工艺的条件都非常苛刻，操作难度大，产品质量稳定性也是镀锡工业上另一大难题。另外电镀锡工艺和化学镀锡工艺的生产效率都不高，两者的设备投资都很大，由于两者均需要一个离子转化过程，工艺适应性受到限制，生产效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种全新的无环境污染、适应性强、操作简便、生产效率高、短流程的镀锡金属板制造方法，用该方法制造的镀锡金属板的镀锡层粘接力强，表面光亮。
为了达到以上的目的，本发明提供的方法包括如下步骤1)金属基板经表面清洁及干燥处理后，2)在金属基板表面上采用冷气动力喷涂技术喷镀锡或锡合金镀层，3)然后经平整或冷轧处理形成表面平整光洁的镀锡金属板，4)再经软熔处理形成光亮镀锡板。
较佳的，所述步骤3)中的镀锡金属板可同时经平整和冷轧处理形成。
优选的，所述步骤2)中进行冷气动力喷涂时采用金属或合金粉末，其颗粒粒径为1μm～400μm，最佳颗粒粒径为10μm～60μm；采用高压压缩气体为工作气体，气体压力范围为1.0MPa～4.5MPa；工作气体温度范围为室温～650℃；工作气体为氦气、氮气、氢气、氩气、空气中一种或几种。
最佳的，所述平整的总压下率为1％～5％；所述冷轧的总压下率为5％～60％。
可选的，在步骤2)的喷涂之前可先对金属基板进行预热处理。
另，软熔处理的温度最好控制在140℃～160℃。
还有，所述金属基板可以为钢板、铜及其合金、铝及其合金、铅及其合金、钛及其合金或锌及其合金。
另外，所述锡合金包括锡铜合金、锡铅合金、锡钴合金、锡锌合金、锡铝合金、锡银合金等。
进一步，所述镀层可以为单一镀层，也可以为复合镀层，还可以为所述合金的成分逐渐过渡的梯度复合镀层。
本发明镀锡金属板的制造方法的工艺流程见图1。金属基板1可以为钢板、铜及其合金、铝及其合金、铅及其合金、钛及其合金或锌及其合金等，金属基板1经清洁处理后得到清洁干燥表面，经张力辊2作用平衡进入到喷镀区域，喷镀枪3在基板上通过冷气动力喷涂技术喷镀形成镀锡层，在喷镀锡和基板之间还可以喷镀过渡层提高镀层结合力，喷镀后形成表面粗糙的镀锡毛板，镀锡毛板经平整辊或冷轧4处理后得到表面镀层平整均匀的镀锡暗板(未进行软熔之前镀板不亮，无镜面效果，称镀锡暗板，即所谓的DI材)，镀锡暗板进入软熔炉5进行软熔处理，得到光亮镀锡板，冷却后经夹送辊6送入卷取机7得到成品镀锡光亮板。
以下是主要工序的关键点1)对金属基板进行清洁预处理，得到清洁干燥的表面。预处理可以为酸洗加烘干，再经表面精细毛化处理，得到表面粗糙度为2μm左右的清洁干燥表面；也可以为不经毛化处理的光洁表面。金属基板的厚度不受限制，可以为冷轧钢板、铜及其合金板、铝及其合金板等。
2)镀锡板的所有镀层者都采用冷气动力喷涂技术制备。冷气动力喷涂技术原理在于高压压缩气体携带锡或其合金粉末颗粒，在低于锡或合金熔点以下，以高速撞击基体使金属颗粒发生强烈塑性变形而粘接于基板表面形成镀锡层。在喷涂过程中，气体可以进行加热，当气体通过喷嘴后温度急剧下降，金属颗粒的温度远远低于熔点，不会对金属板表面输入热量，不影响金属基板表面的质量、不影响基板的组织及性能。
冷气动力喷涂所用上述金属或合金粉末的颗粒粒径为1μm～400μm。最佳范围为10μm～60μm。冷气动力喷涂采用高压压缩气体为工作气体，工作气体压力范围为1.0MPa～4.5MPa；工作气体温度范围为室温～650℃。工作气体为氦气、氮气、氢气、氩气、空气中一种或几种气体的混合气体。
冷气动力喷涂可以在钢板的两面制备镀层，也可以只在钢板的一面制备镀层。其镀锡层是纯锡或锡合金。在金属基板与镀锡层之间还可以镀一层纯Al等过渡层。镀锡板经冷气动力喷涂形成镀锡层后经冷轧或平整后形成表面平整的镀锡薄板，平整的压下量在1-5％，冷轧的范围为5-60％。这一工艺可以将冷喷涂过程形成孔隙完全充满，基板表面无裸露区域。
冷轧后表面平整的镀锡薄板经软熔处理形成光亮镀锡板，软熔处理的温度控制在140℃～160℃。软熔处理中镀层表面形成液相，将平整或冷轧过程中形成的机械磨痕全部消除，表面状态类似于镜面，镀锡暗板转变成光亮板。
本发明镀锡板制造技术与现有技术相比的优势在于1)与化学镀锡板制造技术相比，化学镀锡技术形成较大的环境污染，而本发明无环境污染；化学镀锡工艺中，基板与锡层之间不能制备过渡层，而本发明可以；
化学镀锡工艺的适应性差，每一种基板必须开发一个新的化学镀锡液及特殊的工艺，而本发明技术可以适用于所有的金属基板，并且可以实现金属板的局部镀锡处理。
本发明技术生产周期短、镀锡效率高。
2)与电镀锡制造技术相比，电镀锡技术只适合生产一种成分的镀层，基板与锡层之间不能制备过渡层。镀层成分不能形成梯度过渡。本发明技术可以制备单一成分镀层，可以制备复合成分镀层，并可以形成成分梯度镀层。
电镀锡工艺的适应性差，为了保障电流密度的均匀性，基板的表面必须光洁，并且操作复杂；而本发明技术是不需要特别的表面。
电镀锡技术受到自身工艺制约，对于异型，或连长而厚的基板不能进行连续化生产，生产作业率低；而本发明技术不受这方面的限制。
电镀锡技术设备投资大，容易造成环境污染，工作效率低，生产周期长；而本发明技术设备工艺简单，适应性强，工作效率高，生产周期短。
电镀锡技术容易对基板造成腐蚀，而本发明不形成腐蚀。
图1为本发明镀锡金属板的制造方法的工艺流程图。
具体实施例方式
实施例1基板为IF钢板，厚度0.25mm，经酸洗干燥后，表面清洁，钢板质量好。
采用冷气动力喷涂技术在表面喷镀纯锡镀层，冷喷涂工艺为驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为1.0MPa，气体温度为100℃，粉末的粒径为10-40μm，喷镀厚度为5μm。
喷镀后采用平整处理，压下量1％，再经150℃软熔处理得到光亮镀锡板。
检测结果表明，镀锡层与基板结合良好，镀锡板表面无铁暴露，镀锡板表面光亮。
实施例2基板为青铜板，厚度为0.5mm，表面清洁干燥处理后，采用冷气动力喷涂技术在表面喷镀复合镀锡层第一层镀层驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为3.0MPa，粉末粒径为1-10μm的锡铜合金粉末，温度为650℃；第二层镀层驱动气体为氮气和氩气混合气体，压力为1.5MPa，粉末粒径为40-60μm的锡铅合金粉末，温度为100℃；涂层总厚度为20μm。
冷轧精轧工艺为一道次轧制，压下量为30％。
软熔处理温度为140℃，得到光亮镀锡板。
经T弯实验表明，镀锡层没有发生裂纹和剥落，镀层与青铜基板的结合非常良好。
实施例3基板为锌合金板，厚度为1.5mm，表面清洁干燥处理后，采用冷气动力喷涂技术在表面喷镀复合镀锡层第一层镀层驱动气体为空气，压力为3.0MPa，粉末粒径为1-20μm的锡-钴合金粉末，温度为300℃；第二层镀层驱动气体为氮气、氩气和氢气混合气体，压力为1.5MPa，粉末为粒径为40-60μm的锡-锌合金粉末，温度为室温；涂层总厚度为30μm。
冷轧精轧工艺为二道次轧制，压下量为30％。
软熔处理温度为150℃，得到光亮镀锡板。
实施例4基板为铝合金板，厚度为2.0mm，表面清洁干燥处理后，采用冷气动力喷涂技术在表面喷镀铝镀层后，再喷镀锡铝合金层。冷喷镀铝和锡铝合金的工艺相同驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为4.5MPa，粉末粒径为60-100μm的锡铝合金粉末，温度为100℃；平整工艺为一道次平整，压下量为5％。
软熔处理温度为150℃，得到光亮镀锡板。
实施例5基板为铅板，厚度为4.5mm，表面清洁干燥处理后，采用冷气动力喷涂技术在表面喷镀锡铝合金层。驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为3.0MPa，粉末粒径为200-400μm的锡铝合金粉末，温度为室温；冷轧工艺为一道次平整，压下量为60％。
软熔处理温度为150℃，得到光亮镀锡板。
实施例6基板为钛合金板，厚度为0.5mm，表面清洁干燥处理后，采用冷气动力喷涂技术在表面喷镀锡银合金层。驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为2.5MPa，粉末粒径为20-40μm的锡铝合金粉末，温度为200℃；冷轧工艺为一道次轧制，压下量为5％。
软熔处理温度为160℃，得到光亮镀锡板。
实施例7基板为IF钢板，厚度0.25mm，经酸洗干燥后，采用冷气动力喷涂技术在表面喷镀纯锡镀层。冷喷涂工艺为驱动气体为氮气和氦气混合气体，压力为2.5MPa，气体温度为100℃，粉末粒径为5-20μm，喷镀厚度为5μm。
喷镀后采用平整处理，压下量1％，再经10％冷轧处理，最后经150℃软熔处理得到光亮镀锡板。
检测结果表明，镀锡层与基板结合良好，镀锡板表面无铁暴露，镀锡板表面光亮。
权利要求
1.一种镀锡金属板的制造方法，该方法包括如下步骤1)金属基板经表面清洁及干燥处理后，2)在金属基板表面上采用冷气动力喷涂技术喷镀锡或锡合金镀层，3)然后经平整或冷轧处理形成表面平整光洁的镀锡金属板，4)再经软熔处理形成光亮镀锡板。
2.根据权利要求1所述的镀锡金属板的制造方法，其特征在于，所述步骤3)中的镀锡金属板经平整和冷轧处理形成。
3.根据权利要求1所述的镀锡金属板的制造方法，其特征在于，所述步骤2)中进行冷气动力喷涂时采用金属或合金粉末，其颗粒粒径为1μm～400μm；采用高压压缩气体为工作气体，气体压力范围为1.0MPa～4.5MPa；工作气体温度范围为室温～650℃；工作气体为氦气、氮气、氢气、氩气、空气中一种或几种。
4.根据权利要求3所述的镀锡金属板的制造方法，其特征在于，所述金属或合金粉末的颗粒粒径为10μm～60μm。
5.根据权利要求1所述的镀锡金属板的制造方法，其特征在于，所述平整的总压下率为1％～5％；所述冷轧的总压下率为5％～60％。
6.根据权利要求1所述的镀锡金属板的制造方法，其特征在于，在步骤2)的喷涂之前可先对金属基板进行预热处理。
7.根据权利要求1所述的镀锡金属板的制造方法，其特征在于，软熔处理的温度控制在140℃～160℃。
8.根据权利要求1所述的镀锡金属板的制造方法，其特征在于，所述金属基板可以为钢板、铜及其合金、铝及其合金、铅及其合金、钛及其合金或锌及其合金。
9.根据权利要求1所述的镀锡金属板的制造方法，其特征在于，所述锡合金包括锡铜合金、锡铅合金、锡钴合金、锡锌合金、锡铝合金、锡银合金等。
10.根据权利要求1所述的镀锡金属板的制造方法，其特征在于，所述镀层可以为单一镀层，也可以为复合镀层，还可以为所述合金的成分逐渐过渡的梯度复合镀层。
全文摘要
一种镀锡金属板的制造方法，金属基板经表面清洁及干燥处理后，在金属基板表面上采用冷气动力喷涂技术喷镀锡或锡合金镀层，然后经平整或冷轧处理形成表面平整光洁的镀锡金属板，再经软熔处理形成光亮镀锡板。本发明可制备普通及特殊成分、复合金属镀锡层、梯度过渡的镀镀锡金属板，且可以制备任意厚度镀锡板。制备技术对基材无热影响及腐蚀，生产效率高、流程短、无污染，镀锡金属表面光亮、镀层表面质量高。
文档编号B21B37/28GK101063202SQ20061002631
公开日2007年10月31日 申请日期2006年4月30日 优先权日2006年4月30日
发明者张俊宝, 崔健, 方园, 宋洪伟 申请人:宝山钢铁股份有限公司