無(wú)氰高密度堿性鍍銅的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景

詹益騰 *，上官文龍，田志斌，陳維速，王凱

（1.廣州三孚新材料科技有限公司，廣東 廣州 510663；2.民生證券，廣東 深圳 518040）

無(wú)氰高密度堿性鍍銅技術(shù)于2012年入選國(guó)家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、科學(xué)技術(shù)部和工信部聯(lián)合頒布的《國(guó)家鼓勵(lì)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)、工藝、設(shè)備名錄(第一批)》(第13 號(hào)文)，表明這項(xiàng)新技術(shù)的意義和價(jià)值已獲得政府的高度認(rèn)可。該工藝的研發(fā)和推廣應(yīng)用的主要目的在于替代氰化預(yù)鍍銅，以減少氰化物使用及排放，促進(jìn)電鍍行業(yè)的綠色發(fā)展。隨著研發(fā)、應(yīng)用的推進(jìn)，發(fā)現(xiàn)無(wú)氰高密度銅的應(yīng)用前景遠(yuǎn)不止于此?！半婂冃袠I(yè)無(wú)氰高密度銅關(guān)鍵技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化”是廣東省重大科技專項(xiàng)資助項(xiàng)目。根據(jù)其應(yīng)用行業(yè)不同分為兩個(gè)子課題：在汽車鋁輪轂行業(yè)應(yīng)用的SF-8639 無(wú)氰高密度銅和在五金衛(wèi)浴行業(yè)應(yīng)用的SF-638 無(wú)氰堿銅。本文將介紹這兩項(xiàng)技術(shù)當(dāng)前的應(yīng)用狀況及廣闊前景。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 汽車鋁輪轂領(lǐng)域

由于鋁輪轂形狀復(fù)雜，對(duì)電鍍工藝管控、藥水性能有非常高的要求，因此汽車鋁輪轂電鍍是高難度的電鍍加工工藝。鋁輪轂預(yù)鍍通常采用預(yù)鍍鎳工藝，鍍鎳時(shí)間為30～60 min。2007年起，SF-8639 無(wú)氰高密度銅開始替代預(yù)鍍啞鎳應(yīng)用于汽車鋁輪轂行業(yè)，由此可減少鎳用量和鎳排放，根據(jù)國(guó)家2008年頒布的《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，鎳屬于第一類污染物，以銅代鎳具有減排的意義。不僅如此，使用三孚SF-8639 無(wú)氰高密度銅替代預(yù)鍍鎳可降低制作成本。以一只受鍍面積為140～150 dm2的汽車鋁輪轂為例，參照2007年的鎳價(jià)和銅價(jià)計(jì)算，可降低成本53.18 元；按2012年的鎳價(jià)和銅價(jià)計(jì)算，可降低15.00～20.00 元。此外還可提高合格率10%以上，由此帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益已被行業(yè)廣泛認(rèn)可[1]。2007年至2011年，臺(tái)山市國(guó)際交通器材配件有限公司、湖州金泰科技股份有限公司、浙江泰龍鋁輪有限公司、江蘇龍溝電鍍有限公司以及浙江金飛凱達(dá)輪轂有限公司先后以三孚無(wú)氰高密度銅代替預(yù)鍍啞鎳，用于汽車鋁輪轂電鍍。

無(wú)氰高密度銅優(yōu)異的品質(zhì)表現(xiàn)建立在產(chǎn)品性能基礎(chǔ)上。機(jī)械工業(yè)表面覆蓋層產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心曾對(duì)SF-8639 無(wú)氰高密度銅鍍液及鍍層性能進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試，結(jié)果如表1[2]。

表1 SF-8639 無(wú)氰高密度銅與美國(guó)某公司無(wú)氰堿銅、傳統(tǒng)氰化預(yù)鍍銅、預(yù)鍍啞鎳的抽檢結(jié)果對(duì)比(J=1 A/dm2)Table 1 Comparison between test results of SF-8639 cyanidefree high-density copper plating process,an American company’s cyanide-free alkaline copper plating process,traditional cyanide copper pre-plating process,and matt-nickel pre-plating process at a current density of 1 A/dm2

1.2 五金行業(yè)

2009年起，SF-638 無(wú)氰堿銅取代氰化預(yù)鍍銅開始成功應(yīng)用于五金行業(yè)。工件素材包括鋅合金件、鋼鐵件、黃銅件等[3]。實(shí)際案例見表2。

2 應(yīng)用前景

2.1 衛(wèi)浴鋅合金壓鑄件

已證明SF-638 無(wú)氰堿銅可取代氰化預(yù)鍍銅+焦磷酸銅加厚鍍銅工藝應(yīng)用于衛(wèi)浴鋅合金壓鑄件領(lǐng)域，以達(dá)到無(wú)氰化的“綠色電鍍”要求，亦可大幅減少?gòu)U水和廢銅排放量。在國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域推廣SF-638 無(wú)氰堿銅的最大難點(diǎn)是國(guó)內(nèi)的鋅合金材質(zhì)良莠不齊。另外，前處理效果也會(huì)對(duì)鍍件品質(zhì)產(chǎn)生較大影響。通過與衛(wèi)浴廠家的緊密合作，經(jīng)過近2年的中試測(cè)試，SF-638 無(wú)氰堿銅取代氰化預(yù)鍍銅+焦磷酸銅加厚鍍銅工藝獲得成功。結(jié)果表明，衛(wèi)浴鋅合金壓鑄件預(yù)鍍SF-638 無(wú)氰堿銅后再電鍍光亮酸銅、多層鎳、鉻層，所得到的產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)完全達(dá)到衛(wèi)浴廠家的質(zhì)量要求。根據(jù)衛(wèi)浴行業(yè)巨頭廈門路達(dá)工業(yè)有限公司已發(fā)布的《衛(wèi)浴鋅合金件環(huán)保鍍銅質(zhì)量驗(yàn)證報(bào)告》，壓鑄質(zhì)量合格的鋅合金件可采用SF-638 無(wú)氰堿銅代替氰化預(yù)鍍銅和焦磷酸鹽鍍銅。

表2 SF-638 無(wú)氰堿銅在五金行業(yè)的應(yīng)用案例Table 2 Application cases of SF-638 cyanide-free alkaline copper plating process in hardware industry

相關(guān)數(shù)據(jù)表明，SF-638 無(wú)氰堿銅的分散能力比氰化鍍銅好，因此更適合造型復(fù)雜的衛(wèi)浴鋅合金壓鑄件。與傳統(tǒng)工藝相比，SF-638 無(wú)氰堿銅工藝的流程更短，可減少設(shè)備、水電等的投資和耗用[4]。表3 從性能表現(xiàn)、穩(wěn)定性、維護(hù)難度、用水量等對(duì)二者進(jìn)行了簡(jiǎn)要對(duì)比。

表3 SF-638 無(wú)氰堿銅工藝與傳統(tǒng)工藝的簡(jiǎn)要對(duì)比Table 3 Comparison between SF-638 cyanide-free alkaline copper plating process and traditional process

用SF-638 無(wú)氰堿銅取代電鍍鋅合金件的傳統(tǒng)氰化預(yù)鍍銅工藝和廢水處理比較困難的焦磷酸鹽鍍銅工藝，可同時(shí)達(dá)到節(jié)水和減排含銅廢水的目的。

2.2 電子和可穿戴設(shè)備

電子及可穿戴等領(lǐng)域的發(fā)展勢(shì)不可擋，發(fā)展空間巨大，其柔性化發(fā)展需大量的柔性印刷線路板(FPC)和具有導(dǎo)電功能的薄膜組件。前者以聚酰亞胺(PI)、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)等為主要制作素材，后者以玻璃、有機(jī)高分子膜等為主要制作素材。

以FPC 為例，采用PI 為底材的FPC 基材的綜合性能較采用PET 為底材的FPC 基材更優(yōu)異，價(jià)格也高出很多。然而，以PET 為底材的FPC 基材的價(jià)格卻不低，原因是生產(chǎn)的核心技術(shù)掌握在少數(shù)廠家(如杜邦)手里。這顯然不利于產(chǎn)品普及和成本降低。而以PET為底材的FPC 基材的市場(chǎng)前景越來越大。于是，為降低材料成本，拓寬應(yīng)用渠道，不少?gòu)S家開始研發(fā)以PET為底材的柔性印刷線路板基材。思路便是在PET 基材上真空濺鍍上一層薄薄的銅層，之后以酸銅電鍍加厚。

這個(gè)過程面臨兩個(gè)主要問題：一是受PET 材料特性影響，鍍層難以獲得穩(wěn)定可靠的結(jié)合力；二是酸銅會(huì)侵蝕濺鍍銅層。前者可通過材料改性或表面處理解決，取得突破只是時(shí)間問題；后者則可用SF-638 無(wú)氰堿銅打底+酸銅加厚或是直接采用SF-638 無(wú)氰堿銅打底及加厚的方式解決。配合真空濺鍍或化學(xué)鍍銅，用SF-638 無(wú)氰堿銅電鍍打底銅層或是加厚銅層，拓展其在電子和可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用參考制作流程如圖1。

圖1 PET 素材制作FPC 的簡(jiǎn)要流程Figure 1 Brief pocess flow for making FPC using PET

SF-638 無(wú)氰堿銅不含光亮劑成分，鍍液低泡且穩(wěn)定性強(qiáng)，鍍層自身應(yīng)力低、具有優(yōu)異的延展性能，可滿足FPC 對(duì)彎折性能的需求。另外，其鍍液屬弱堿性，不會(huì)侵蝕真空濺鍍銅層或化學(xué)銅層，且外觀偏啞色，與現(xiàn)用基材銅層外觀接近，易被廠家接受。

基于SF-638 無(wú)氰堿銅的特性，需求低應(yīng)力鍍層的軍工或特殊領(lǐng)域需求的FPC 和硬質(zhì)印刷線路板可選其搭配化學(xué)銅工藝取代酸銅電鍍，進(jìn)行全板電鍍。參考流程如圖2。

圖2 普通多層板(MLB)搭配SF-638無(wú)氰堿銅制作的簡(jiǎn)要流程Figure 2 Brief process flow for making common MLB(multilayer board)using cyanide-free alkaline copper plating process

目前，SF-638 無(wú)氰堿銅應(yīng)用于FPC 領(lǐng)域只是個(gè)案，卻折射出其在電子和可穿戴產(chǎn)品領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

3 小結(jié)

無(wú)氰高密度堿性鍍銅工藝是對(duì)國(guó)家推廣清潔生產(chǎn)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策的響應(yīng)，它的成功應(yīng)用和推廣對(duì)行業(yè)極有意義。實(shí)踐表明，SF-8639 無(wú)氰高密度銅和SF-638 無(wú)氰堿銅鍍液可長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，鍍層具有優(yōu)異的性能表現(xiàn)，可取代氰化鍍銅工藝和氰化鍍銅+焦磷酸銅加厚鍍銅工藝，不僅可應(yīng)用于五金、鋁輪轂、衛(wèi)浴鋅合金等領(lǐng)域，而且在電子、家電、汽車、可穿戴設(shè)備等制造領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]詹益騰.替代氰化電鍍的高密度銅電鍍[J].材料保護(hù),2012,45 (增刊):31-34.

[2]詹益騰,田志斌,謝麗虹,等.無(wú)氰高密度鍍銅工藝及其在汽車輪轂中的應(yīng)用[J].材料保護(hù),2009,42 (12):41-43.

[3]詹益騰,田志斌,謝麗虹,等.無(wú)氰堿性鍍銅工藝研究及其應(yīng)用[J].電鍍與涂飾,2010,29 (5):13-16,22.

[4]詹益騰.電鍍減排必須從源頭做起──談綠色電鍍[J].電鍍與涂飾,2014,33 (7):306-309.