專用型銅及其合金電鍍前酸洗工藝

江勝波,　李　賓

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 貴陽　550008)

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專用型銅及其合金電鍍前酸洗工藝

江勝波,李賓

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 貴陽550008)

針對銅及銅合金電鍍前處理酸洗技術(shù)存在非環(huán)保、酸洗質(zhì)量波動、易腐蝕基體及工藝過程不易控制的缺點，研制了環(huán)保型酸洗溶液，該酸洗溶液無揮發(fā)性、與環(huán)境友好。通過電鍍前酸洗實驗研究，實現(xiàn)了電氣開關(guān)用多種銅及銅合金的處理，酸洗質(zhì)量合格率達到98%，較傳統(tǒng)酸洗方式合格率提高約8%。

銅合金； 酸洗； 合格率;電氣開關(guān)

引言

電氣開關(guān)導(dǎo)電零部件使用了多種銅及銅合金材質(zhì)制造，包括紫銅、青銅與黃銅等多個牌號合金，銅及銅合金鍍銀零部件作為開關(guān)設(shè)備的關(guān)鍵零部件，其耐受電壓等級將決定開關(guān)的適用電壓等級。鍍銀層與基體良好的結(jié)合是保證零部件導(dǎo)電性能的關(guān)鍵。目前在銅及銅合金鍍銀前處理酸洗工藝中，存在以下的問題：

1)非環(huán)保型酸洗技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)地位[1]，造成環(huán)境污染。如生產(chǎn)中使用的鹽酸與硝酸在生產(chǎn)過程中酸霧繚繞，嚴重污染了車間環(huán)境，危害員工健康；

2)酸洗技術(shù)工藝窗口較窄[2]，強腐蝕性酸洗處理易造成零部件過腐蝕，合格率較低，前處理酸洗質(zhì)量合格率僅為90%左右；

3)多數(shù)酸洗技術(shù)僅僅側(cè)重于工藝過程參數(shù)控制[3]。而酸洗過程影響因素較多，零部件酸洗質(zhì)量波動范圍寬，統(tǒng)一的產(chǎn)品質(zhì)量不易控制；

4)目前市場上出現(xiàn)的環(huán)保酸洗技術(shù)雖然考慮了酸洗技術(shù)的一般通用性問題[2,4]，但是考慮到電氣開關(guān)使用的銅及銅合金種類較多，仍需要進行深入研究，進一步解決種類繁多的銅及銅合金電鍍前處理酸洗問題。

為保證酸洗質(zhì)量安全可靠，且與環(huán)境友好，需要開發(fā)專用型環(huán)保酸洗工藝技術(shù)，適用于高壓開關(guān)用多系列銅及銅合金，提高零部件的酸洗質(zhì)量。

1　前處理酸洗溶液配置方案

考慮到電氣開關(guān)用銅合金種類較多，零部件表面污染狀態(tài)不同，溶液配制主要從無機污染物與有機油污物兩方面入手。

硫酸能夠除去零部件表面的氧化皮，銅合金種類較多，考慮到酸洗質(zhì)量與工作效率，參考文獻[2]將硫酸質(zhì)量分數(shù)提高到40%～50%；硝酸鈉為光亮劑，可以保證酸洗后，銅合金具備一個光亮的外表狀態(tài)，植酸是緩蝕劑，可以有效防止發(fā)生過腐蝕，分散劑可以將溶液分散到復(fù)雜零部件的所有位置，除去油污與氧化皮，本文采用十二烷基硫酸鈉。

確定酸洗溶液成分為，40%～50%硫酸(98%)，15.5%植酸，10%硝酸鈉，1.5%十二烷基硫酸鈉，余量為水。

2　實　驗

2.1實驗基材

實驗材料選擇高壓開關(guān)用銅及銅合金，包括純銅、錳黃銅(錳黃銅、鉛黃銅)與鈹青銅(鈹青銅、鋁青銅、鉻青銅)合金零部件。零部件均為生產(chǎn)加工狀態(tài)，表面存在一些油污與氧化皮，且部分零部件外形與結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

2.2酸洗工藝過程

工藝過程為：除油(8～12g/L NaOH，50～60g/L Na2CO3，50～60g/L Na3PO4·12H2O，5～10g/L Na2SiO3，θ為60～70℃，t為3～5min)→水洗(t為30～70s)→酸洗(θ為15～45℃，t為30～60s)→水洗(t為30～70s)。

2.3分析方法

按照開關(guān)產(chǎn)品酸洗技術(shù)標準，以合格率為評定指標，統(tǒng)計酸洗效果，并與傳統(tǒng)酸洗方式進行比較，確定最佳工藝參數(shù)。并適當延長酸洗時間，記錄零部件過腐蝕的時間，確定酸洗工藝參數(shù)的最大工藝窗口。

3　實驗結(jié)果

3.1青銅類零件酸洗效果

青銅類零部件材質(zhì)包括鈹青銅、鋁青銅與鉻青銅，零部件表面存在著一些氧化皮，且部分零部件表面有油污，零部件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

鈹青銅類螺旋觸指零部件，每一匝之間比較致密，且間距較小，代表結(jié)構(gòu)復(fù)雜類型的零部件，表面氧化皮比較厚，且零部件有焊接接頭，不易酸洗徹底。

鉻青銅類導(dǎo)電桿零部件，前處理采用熱處理方法，零部件表面氧化嚴重，且零部件結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，表面油污比較厚。

鋁青銅液壓桿零部件，表面油污較厚，氧化比較嚴重。三種零部件分別代表三種常用的青銅類零部件。

酸洗效果統(tǒng)計如表1，零部件除油3～5min，各零部件除油均比較徹底。

采用環(huán)保酸洗進行前處理30～50s，零部件表面的氧化皮酸洗比較干凈。

鈹青銅螺旋觸指零部件合格率達到100%，螺旋觸指焊接接頭呈光亮的金屬光澤。

鉻青銅導(dǎo)電桿零部件合格率達到97%，鋁青銅液壓桿零部件合格率達到96%。均高于傳統(tǒng)酸洗青銅零部件合格率，傳統(tǒng)酸洗合格率為90%。

為了掌握較好的溶液性能，酸洗時間延長至8min，均無過腐蝕現(xiàn)象，但是酸洗時間延長至10min，青銅零部件開始出現(xiàn)過腐蝕現(xiàn)象。而傳統(tǒng)酸洗方式30s，零部件就會出現(xiàn)過腐蝕。

另外為了掌握在溫度較低時青銅的酸洗效果，在θ為0～15℃進行了酸洗，t為30～50s，合格率低于50%，t延長至200～300s，零部件合格率僅能達到80%?？紤]生產(chǎn)效率，溫度較低時需要加熱酸洗溶液，θ升至25℃為宜。

表1青銅類零部件酸洗種類統(tǒng)計

材 質(zhì)原狀態(tài)除 油酸 洗合格率鈹青銅螺旋觸指無油污、氧化皮較薄鉻青銅導(dǎo)電桿結(jié)構(gòu)復(fù)雜,氧化皮厚鋁青銅液壓桿結(jié)構(gòu)復(fù)雜,氧化皮薄3～5min30～50s1000試件100%700試件97%300試件96%

3.2黃銅類零件酸洗效果

電氣開關(guān)中使用較多黃銅類零部件材質(zhì)為鉛黃銅與錳黃銅。取鉛黃銅嵌件零部件代表此類材質(zhì)，零部件表面采用噴砂處理，表面氧化皮比較厚。錳黃銅選取閥座零部件為代表，零部件呈現(xiàn)棕黑色，表面油污、氧化皮較厚，且零部件材質(zhì)合金化元素錳，具有良好的耐腐蝕性能，不易清洗。

酸洗效果統(tǒng)計如表2，零部件除油3～5min，每一類零部件除油均比較徹底。

鉛黃銅嵌件零部件采用環(huán)保酸洗進行前處理30～50s，零部件表面的氧化皮酸洗比較干凈，合格率達到99%。錳黃銅閥座零部件采用環(huán)保酸洗進行前處理40～50s，零部件表面酸洗比較徹底，呈現(xiàn)出金屬光澤，合格率達到98%。錳黃銅合金化了耐腐蝕元素錳,故其耐腐蝕性能較好，酸洗時間較長。采用本文配制的酸洗工藝技術(shù)零部件合格率均高于傳統(tǒng)生產(chǎn)方式酸洗的合格率，傳統(tǒng)酸洗合格率約90%。

同樣為了掌握較好的溶液性能數(shù)據(jù)，酸洗時間延長至8min，均無過腐蝕現(xiàn)象，但是酸洗時間延長至10min，黃銅零部件開始出現(xiàn)過腐蝕現(xiàn)象，所以酸洗應(yīng)保證9min內(nèi)離開槽液。

同樣，為了掌握在溫度較低時黃銅的酸洗效果，在0～15℃之間進行酸洗試驗，合格率仍低于50%，t延長至250～350s，零部件合格率僅為75%。所以生產(chǎn)上要保證酸洗θ高于15℃。

表2黃銅類零部件酸洗種類統(tǒng)計

材 質(zhì)原狀態(tài)除 油酸 洗合格率鉛黃銅嵌件有油污、氧化皮薄錳黃銅閥座結(jié)構(gòu)復(fù)雜,氧化皮薄3～5min40～50s500試件99%200試件98%

3.3紫銅類零件酸洗效果

紫銅類零部件在開關(guān)設(shè)備中使用較多，且一般是重要的導(dǎo)電部位，但其合金化元素比較少，相對容易酸洗徹底。研究中分別取兩個生產(chǎn)單位制造的零部件進行研究，零部件分別采用真空熱處理與普通熱處理進行。

酸洗統(tǒng)計如表3，零部件除油3～5min，每一類零部件除油均比較徹底。廠家一生產(chǎn)的零部件是真空熱處理，油污薄，氧化皮薄，酸洗10～30s，質(zhì)量良好。廠家二生產(chǎn)的零部件是普通熱處理，油污厚，氧化皮厚，酸洗30～50s，質(zhì)量良好。兩個生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的零部件合格率均可以達到99%,較傳統(tǒng)酸洗提高9%。

延長酸洗t達到8min，無發(fā)現(xiàn)零部件出現(xiàn)過腐蝕現(xiàn)象，延長至8.5min零部件才開始出現(xiàn)腐蝕。環(huán)保酸洗工藝技術(shù)這一優(yōu)勢，給在酸洗過程不慎掉入槽液中的零部件進行打撈提供了充足時間。

紫銅盡管是純銅，合金元素較少，在θ為0～15℃之間酸洗，t為10～30s,合格率仍低于60%，t延長至250～350s，零部件合格率可達90%。盡管延長時間合格率較高，為了生產(chǎn)的統(tǒng)一組織，仍要求θ最好在25℃左右為宜。

表3紫銅類零部件酸洗種類統(tǒng)計

廠 家原狀態(tài)除 油酸 洗合格率一真空熱處理,油污薄,氧化皮薄二普通熱處理,油污厚,氧化皮厚3～5min10～30s500試件99%30～50s500試件99%

4　結(jié)　論

1)研制的酸洗液組成為：40%～50%硫酸(98%)，15.5%植酸，10%硝酸鈉，1.5%十二烷基硫酸鈉，余量為水。溶液無酸霧揮發(fā)，能改善車間環(huán)境，保證員工健康。

2)該酸洗技術(shù)適用范圍比較廣，可以覆蓋開關(guān)產(chǎn)品中多種銅及銅合金的電鍍前酸洗處理，能夠保證酸洗質(zhì)量，且腐蝕性比較弱，對不慎落入酸洗槽的零件有較充裕的時間進行取出，減少了廢品率。銅合金零部件酸洗質(zhì)量合格率約為98%，與傳統(tǒng)生產(chǎn)相比提高8%。

[1]鄭永峰.銅及銅合金光亮酸洗及鈍化工藝[J].電鍍與精飾,1998，(3):25-27.

[2]李寶增,李四清,張楠楠,等.銅及銅合金鍍銀前酸洗工藝改進[J].電鍍與精飾,2015，37(11):27-30.

[3]付明.鈹青銅零件電鍍銀的前處理工藝改進[J].電鍍與涂飾,2010，(4):10-12.

[4]儲榮邦.銅及其合金的無黃煙光亮酸洗工藝[J].材料保護,2003，(8):64-66.

Pickling Process of Special Type of Copper and Copper Alloys before Plating

JIANG Shengbo,LI Bin

(Gui Zhou Polytechnic College of Communication,Gui yang 550008,China)

The conventional pickling process of copper and copper alloys before plating has encountered many problems,such as less green,quality fluctuation,easy corrosion and difficult control of parameters.A new cleaning solution with no volatilization was proposed in this paper.The experimental results showed that pre-treatment of various copper and copper alloys for electrical switch could be realized using this pickling method and the qualified rate could reach to 98%,which was 8% higher than that of conventional cleaning process.

copper alloy;pickling;qualified rate；electrical switch

10.3969/j.issn.1001-3849.2016.09.008

2016-03-25

2016-04-14

TG175.3

A