江胜波,　李　宾

(贵州交通职业技术学院,贵州 贵阳　550008)



专用型铜及其合金电镀前酸洗工艺

江胜波,李宾

(贵州交通职业技术学院,贵州 贵阳550008)

针对铜及铜合金电镀前处理酸洗技术存在非环保、酸洗质量波动、易腐蚀基体及工艺过程不易控制的缺点，研制了环保型酸洗溶液，该酸洗溶液无挥发性、与环境友好。通过电镀前酸洗实验研究，实现了电气开关用多种铜及铜合金的处理，酸洗质量合格率达到98%，较传统酸洗方式合格率提高约8%。

铜合金； 酸洗； 合格率;电气开关

引言

电气开关导电零部件使用了多种铜及铜合金材质制造，包括紫铜、青铜与黄铜等多个牌号合金，铜及铜合金镀银零部件作为开关设备的关键零部件，其耐受电压等级将决定开关的适用电压等级。镀银层与基体良好的结合是保证零部件导电性能的关键。目前在铜及铜合金镀银前处理酸洗工艺中，存在以下的问题：

1)非环保型酸洗技术占据主导地位[1]，造成环境污染。如生产中使用的盐酸与硝酸在生产过程中酸雾缭绕，严重污染了车间环境，危害员工健康；

2)酸洗技术工艺窗口较窄[2]，强腐蚀性酸洗处理易造成零部件过腐蚀，合格率较低，前处理酸洗质量合格率仅为90%左右；

3)多数酸洗技术仅仅侧重于工艺过程参数控制[3]。而酸洗过程影响因素较多，零部件酸洗质量波动范围宽，统一的产品质量不易控制；

4)目前市场上出现的环保酸洗技术虽然考虑了酸洗技术的一般通用性问题[2,4]，但是考虑到电气开关使用的铜及铜合金种类较多，仍需要进行深入研究，进一步解决种类繁多的铜及铜合金电镀前处理酸洗问题。

为保证酸洗质量安全可靠，且与环境友好，需要开发专用型环保酸洗工艺技术，适用于高压开关用多系列铜及铜合金，提高零部件的酸洗质量。

1　前处理酸洗溶液配置方案

考虑到电气开关用铜合金种类较多，零部件表面污染状态不同，溶液配制主要从无机污染物与有机油污物两方面入手。

硫酸能够除去零部件表面的氧化皮，铜合金种类较多，考虑到酸洗质量与工作效率，参考文献[2]将硫酸质量分数提高到40%～50%；硝酸钠为光亮剂，可以保证酸洗后，铜合金具备一个光亮的外表状态，植酸是缓蚀剂，可以有效防止发生过腐蚀，分散剂可以将溶液分散到复杂零部件的所有位置，除去油污与氧化皮，本文采用十二烷基硫酸钠。

确定酸洗溶液成分为，40%～50%硫酸(98%)，15.5%植酸，10%硝酸钠，1.5%十二烷基硫酸钠，余量为水。

2　实　验

2.1实验基材

实验材料选择高压开关用铜及铜合金，包括纯铜、锰黄铜(锰黄铜、铅黄铜)与铍青铜(铍青铜、铝青铜、铬青铜)合金零部件。零部件均为生产加工状态，表面存在一些油污与氧化皮，且部分零部件外形与结构比较复杂。

2.2酸洗工艺过程

工艺过程为：除油(8～12g/L NaOH，50～60g/L Na2CO3，50～60g/L Na3PO4·12H2O，5～10g/L Na2SiO3，θ为60～70℃，t为3～5min)→水洗(t为30～70s)→酸洗(θ为15～45℃，t为30～60s)→水洗(t为30～70s)。

2.3分析方法

按照开关产品酸洗技术标准，以合格率为评定指标，统计酸洗效果，并与传统酸洗方式进行比较，确定最佳工艺参数。并适当延长酸洗时间，记录零部件过腐蚀的时间，确定酸洗工艺参数的最大工艺窗口。

3　实验结果

3.1青铜类零件酸洗效果

青铜类零部件材质包括铍青铜、铝青铜与铬青铜，零部件表面存在着一些氧化皮，且部分零部件表面有油污，零部件结构比较复杂。

铍青铜类螺旋触指零部件，每一匝之间比较致密，且间距较小，代表结构复杂类型的零部件，表面氧化皮比较厚，且零部件有焊接接头，不易酸洗彻底。

铬青铜类导电杆零部件，前处理采用热处理方法，零部件表面氧化严重，且零部件结构也比较复杂，表面油污比较厚。

铝青铜液压杆零部件，表面油污较厚，氧化比较严重。三种零部件分别代表三种常用的青铜类零部件。

酸洗效果统计如表1，零部件除油3～5min，各零部件除油均比较彻底。

采用环保酸洗进行前处理30～50s，零部件表面的氧化皮酸洗比较干净。

铍青铜螺旋触指零部件合格率达到100%，螺旋触指焊接接头呈光亮的金属光泽。

铬青铜导电杆零部件合格率达到97%，铝青铜液压杆零部件合格率达到96%。均高于传统酸洗青铜零部件合格率，传统酸洗合格率为90%。

为了掌握较好的溶液性能，酸洗时间延长至8min，均无过腐蚀现象，但是酸洗时间延长至10min，青铜零部件开始出现过腐蚀现象。而传统酸洗方式30s，零部件就会出现过腐蚀。

另外为了掌握在温度较低时青铜的酸洗效果，在θ为0～15℃进行了酸洗，t为30～50s，合格率低于50%，t延长至200～300s，零部件合格率仅能达到80%。考虑生产效率，温度较低时需要加热酸洗溶液，θ升至25℃为宜。

表1青铜类零部件酸洗种类统计

材 质原状态除 油酸 洗合格率铍青铜螺旋触指无油污、氧化皮较薄铬青铜导电杆结构复杂,氧化皮厚铝青铜液压杆结构复杂,氧化皮薄3～5min30～50s1000试件100%700试件97%300试件96%

3.2黄铜类零件酸洗效果

电气开关中使用较多黄铜类零部件材质为铅黄铜与锰黄铜。取铅黄铜嵌件零部件代表此类材质，零部件表面采用喷砂处理，表面氧化皮比较厚。锰黄铜选取阀座零部件为代表，零部件呈现棕黑色，表面油污、氧化皮较厚，且零部件材质合金化元素锰，具有良好的耐腐蚀性能，不易清洗。

酸洗效果统计如表2，零部件除油3～5min，每一类零部件除油均比较彻底。

铅黄铜嵌件零部件采用环保酸洗进行前处理30～50s，零部件表面的氧化皮酸洗比较干净，合格率达到99%。锰黄铜阀座零部件采用环保酸洗进行前处理40～50s，零部件表面酸洗比较彻底，呈现出金属光泽，合格率达到98%。锰黄铜合金化了耐腐蚀元素锰,故其耐腐蚀性能较好，酸洗时间较长。采用本文配制的酸洗工艺技术零部件合格率均高于传统生产方式酸洗的合格率，传统酸洗合格率约90%。

同样为了掌握较好的溶液性能数据，酸洗时间延长至8min，均无过腐蚀现象，但是酸洗时间延长至10min，黄铜零部件开始出现过腐蚀现象，所以酸洗应保证9min内离开槽液。

同样，为了掌握在温度较低时黄铜的酸洗效果，在0～15℃之间进行酸洗试验，合格率仍低于50%，t延长至250～350s，零部件合格率仅为75%。所以生产上要保证酸洗θ高于15℃。

表2黄铜类零部件酸洗种类统计

材 质原状态除 油酸 洗合格率铅黄铜嵌件有油污、氧化皮薄锰黄铜阀座结构复杂,氧化皮薄3～5min40～50s500试件99%200试件98%

3.3紫铜类零件酸洗效果

紫铜类零部件在开关设备中使用较多，且一般是重要的导电部位，但其合金化元素比较少，相对容易酸洗彻底。研究中分别取两个生产单位制造的零部件进行研究，零部件分别采用真空热处理与普通热处理进行。

酸洗统计如表3，零部件除油3～5min，每一类零部件除油均比较彻底。厂家一生产的零部件是真空热处理，油污薄，氧化皮薄，酸洗10～30s，质量良好。厂家二生产的零部件是普通热处理，油污厚，氧化皮厚，酸洗30～50s，质量良好。两个生产厂家生产的零部件合格率均可以达到99%,较传统酸洗提高9%。

延长酸洗t达到8min，无发现零部件出现过腐蚀现象，延长至8.5min零部件才开始出现腐蚀。环保酸洗工艺技术这一优势，给在酸洗过程不慎掉入槽液中的零部件进行打捞提供了充足时间。

紫铜尽管是纯铜，合金元素较少，在θ为0～15℃之间酸洗，t为10～30s,合格率仍低于60%，t延长至250～350s，零部件合格率可达90%。尽管延长时间合格率较高，为了生产的统一组织，仍要求θ最好在25℃左右为宜。

表3紫铜类零部件酸洗种类统计

厂 家原状态除 油酸 洗合格率一真空热处理,油污薄,氧化皮薄二普通热处理,油污厚,氧化皮厚3～5min10～30s500试件99%30～50s500试件99%

4　结　论

1)研制的酸洗液组成为：40%～50%硫酸(98%)，15.5%植酸，10%硝酸钠，1.5%十二烷基硫酸钠，余量为水。溶液无酸雾挥发，能改善车间环境，保证员工健康。

2)该酸洗技术适用范围比较广，可以覆盖开关产品中多种铜及铜合金的电镀前酸洗处理，能够保证酸洗质量，且腐蚀性比较弱，对不慎落入酸洗槽的零件有较充裕的时间进行取出，减少了废品率。铜合金零部件酸洗质量合格率约为98%，与传统生产相比提高8%。

[1]郑永峰.铜及铜合金光亮酸洗及钝化工艺[J].电镀与精饰,1998，(3):25-27.

[2]李宝增,李四清,张楠楠,等.铜及铜合金镀银前酸洗工艺改进[J].电镀与精饰,2015，37(11):27-30.

[3]付明.铍青铜零件电镀银的前处理工艺改进[J].电镀与涂饰,2010，(4):10-12.

[4]储荣邦.铜及其合金的无黄烟光亮酸洗工艺[J].材料保护,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