無氰滾鍍銅工藝應(yīng)用及故障解決

徐金來 *，周杰

（1.廣州市二輕工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所，廣東 廣州 510663；2.廣州鴻葳科技股份有限公司，廣東 廣州 510663）

因法規(guī)和政策問題，含氰電鍍工藝將越來越受限制，因此無氰電鍍工藝值得深入探討。近年來，無氰鍍銅的研究和應(yīng)用取得較大進(jìn)展，尤其在鐵件掛鍍、滾鍍和鋁合金掛鍍上，已有不少工業(yè)化應(yīng)用的實(shí)例。與焦磷酸鹽滾鍍銅[1-2]相比，無氰滾鍍銅的特點(diǎn)在于可直接在鋼鐵表面進(jìn)行滾鍍，無需預(yù)鍍。

無氰滾鍍銅的均勻性和深鍍能力與有氰滾鍍銅基本一致，但光亮性需要進(jìn)一步改善，這就在一定程度上制約了其廣泛應(yīng)用[3]。但對于采用雙光料沖壓的基體或光亮的鐵件基體來說，無氰滾鍍銅完全可以替代有氰滾鍍銅。

筆者所在單位一直從事無氰滾鍍銅的開發(fā)和應(yīng)用， 現(xiàn)將應(yīng)用過程中維護(hù)及注意事項(xiàng)與同行分享，希望無氰工藝得到更大的完善。

1 無氰滾鍍銅工藝

1.1 工藝流程

機(jī)械拋光(BH-鐵件滾光除油粉)─化學(xué)除油(BH-13無磷除油粉)─3 道水洗─酸活化─3 道水洗─預(yù)浸(BH-582 補(bǔ)給劑2%～5%)─無氰滾鍍銅(BH-582)─水洗─酸活化(硫酸2%～5%)─滾鍍鎳。

1.2 配方與工藝

BH-582 開缸劑1 號 150～200 mL/L (較佳值180 mL/L)

BH-582 開缸劑2 號 280～350 mL/L (較佳值320 mL/L)

BH-582 潤濕劑 0.5～1.5 mL/L (較佳值0.8 mL/L)

Cu2+4.5～6.0 g/L(較佳值5.4 g/L)

θ 45～65 °C(較佳值50～55 °C)

pH 9.5～11.0

Jk3～25 A/kg

t 30～180 min

轉(zhuǎn)速 3～10 r/min

陽極 壓延無氧電解銅

過濾 連續(xù)過濾(濾孔≤5 μm)

1.3 鍍液配制

(1) 在干凈的鍍槽中加入1/3 體積的純水后，加入所需量的BH-582 無氰堿銅開缸劑2 號，攪拌均勻，再加入開缸劑1 號。

(2) 加BH-582 無氰堿銅潤濕劑，再加純水至所需體積，攪拌均勻。

(3) 加熱至工作溫度范圍，即可試鍍。

1.4 鍍液的維護(hù)與補(bǔ)充

(1) 定期測定鍍液的pH、溫度、電流密度，使工藝條件處于工作范圍內(nèi)。

(2) 鍍液的維護(hù)主要補(bǔ)充BH-582 無氰堿銅補(bǔ)給劑，若銅含量減少，需補(bǔ)充BH-582 無氰堿銅開缸劑1號，每加入33 mL/L 開缸劑1 號可使金屬銅的質(zhì)量濃度提高約1 g/L，而銅含量增大則可減少銅陽極面積。

總有效配位劑可通過分析結(jié)果補(bǔ)加，定義n = ρ(總有效配位劑)/ρ(銅離子)，n 值控制在1.1～1.4。每增加0.1 所需添加補(bǔ)給劑的體積見表1。

表1 銅離子含量不同時(shí)n 每增大0.1 所需的補(bǔ)給劑添加量Table 1 Dosage of supplement needed for every 0.1 increase of n with different copper ion contents

(3) 預(yù)浸有助于防止工件表面在酸活化后進(jìn)槽前形成“浮銹”，同時(shí)防止過多鐵雜質(zhì)被帶入鍍槽。

(4) 嚴(yán)禁將氰化物帶入鍍槽，掉入鍍液中的工件要及時(shí)取出。

2 故障處理

該工藝已在深圳某廠使用1年多，主要用于滾鍍電子產(chǎn)品用螺絲、連接器等，該廠使用本工藝前是使用國外進(jìn)口鍍液，由于采購不便及成本高等原因，后來改用本工藝。使用過程中出現(xiàn)幾次故障，經(jīng)調(diào)整后均恢復(fù)至開缸水平，現(xiàn)將故障現(xiàn)象及排查過程介紹如下。

2.1 故障1

現(xiàn)象：滾鍍工件上鍍慢，表面粗糙，呈豬肝色；原片低區(qū)只有1 cm 為半光亮鍍層，其余部位鍍層燒焦(見圖1a)。

鍍液分析：銅離子1.5 g/L，pH 10.8，配位劑與銅離子的質(zhì)量比為4.4。

調(diào)整過程：赫爾槽試驗(yàn)，電流0.5 A，時(shí)間3 min，溫度55 °C。

圖1 排障前后故障1 試片外觀Figure 1 Appearance of test coupon for type-I trouble before and after troubleshooting

加入BH-582 開缸劑1 號128 mL/L，分析金屬銅離子的含量上升至5 g/L 后打片，整片為半光亮鍍層(圖1b)，試片外觀與開缸時(shí)一樣，分析得到對應(yīng)配位劑與銅離子的質(zhì)量比為1.3。

經(jīng)過調(diào)整后，廠家正常生產(chǎn)。由此可見，該故障主要由銅離子含量不足引起。建議廠家增加陽極面積，使用陽極鈦籃裝載電解銅陽極。

2.2 故障2

現(xiàn)象：工件高區(qū)發(fā)暗，試片高區(qū)約4 cm 為灰暗鍍層，見圖2a。

圖2 排障前后故障2 試片外觀Figure 2 Appearance of test coupon for type-II trouble before and after troubleshooting

鍍液分析：銅離子4.7 g/L，pH 10.5，配位劑與銅離子的質(zhì)量比為1。

調(diào)整過程：赫爾槽試驗(yàn)，電流0.5 A，時(shí)間3 min，溫度55 °C。

加40 mL/L 補(bǔ)給劑，整片為半光亮鍍層(圖2b)。

通過添加補(bǔ)給劑以補(bǔ)充鍍液中的配位劑，試片外觀恢復(fù)開缸水平，分析得到對應(yīng)配位劑與銅離子的質(zhì)量比為1.11，工件生產(chǎn)正常，故障主要原因?yàn)榕湮粍┎蛔恪?/p>

2.3 故障3

現(xiàn)象：從圖3a的3 工件外觀可知，高區(qū)1～7 cm處鍍層發(fā)黑，形狀像黑霧，高區(qū)1 cm 是粉紅色銅鍍層，低區(qū)為半光亮鍍層。

鍍液分析：銅離子4.2 g/L，pH 11.5，配位劑與銅離子的質(zhì)量比為1.2。

調(diào)整過程：赫爾槽試驗(yàn)，電流0.5 A，時(shí)間3 min，溫度55 °C。

圖3 排障前后故障3 試片外觀Figure 3 Appearance of test coupon of type-III trouble before and after troubleshooting

用稀硫酸調(diào)整pH 至9～10 后打片，從圖3b可知，高區(qū)2～3 cm 之間有黑霧，其余為半光亮鍍層，雖然故障減輕，但并未完全消除。調(diào)整pH 后，再用2 g/L無硫活性炭吸附鍍液雜質(zhì)并過濾后打片，試片整體呈半光亮(見圖3c)，與開缸時(shí)一致。

廠家按上述方法調(diào)整后，已恢復(fù)正常生產(chǎn)。這說明該故障的主要問題為鍍液pH 過高和有機(jī)雜質(zhì)污染。

為避免前處理帶進(jìn)太多的有機(jī)雜質(zhì)和防止溶液中鐵離子積累過快，建議廠家在鍍銅前增加預(yù)浸工序，預(yù)浸后可不水洗直接進(jìn)入鍍銅槽，預(yù)浸液可用補(bǔ)給劑按2%～5%開缸，同時(shí)有助于鐵件表面形成保護(hù)膜，防止進(jìn)槽前形成浮銹。

3 結(jié)語

無氰鍍銅工藝在國內(nèi)的研究和應(yīng)用已有幾十年，最初應(yīng)用于掛鍍。隨著研究和使用的深入，與有氰堿銅相比，無氰鍍銅尤其是無氰滾鍍暴露出越來越多需要改進(jìn)的地方。但只要認(rèn)清不足，不斷改善和積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，相信無氰鍍銅工藝可完全替代含氰工藝。

[1]宋邦才,張軍,閆潔.焦磷酸鹽滾鍍銅工藝研究與應(yīng)用[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2005,22 (4): 35-37.

[2]吳雙成.光亮焦磷酸鹽滾鍍銅[J].材料保護(hù),2000,33 (2): 11-12.

[3]徐金來,趙國鵬,胡耀紅.無氰電鍍工藝研究與應(yīng)用現(xiàn)狀及建議[J].電鍍與涂飾,2012,31 (10): 48-51.