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铜排及铜合金中性环保表面出光技术及其应用
来源:本站发布时间:2018-09-28 09:19:41点击次数:137 次
  铜排及铜合金中性环保表面出光技术及其应用
  费敬银,辛文利,王卫康
  西北工业大学理学院应用化学系(710072)
  摘要
  本文介绍了采用传统方法去除铜黑膜存在的种种缺点。指出了采用FJY环保型去铜黑膜技术、防铜变色技术在去除铜黑膜、防止铜变色方面所表现出的突出特点。给出了该系列技术在电力、电工、电子领域成功应用的实例。实际应用效果表明,该技术不仅安全、环保、而且生产效率高,成本低廉。
  关键词:铜排,铜抛光,环保,去铜黑膜,防氧化
  1 前言
  对于常用的纯金属导电材料而言,电导率由高到低的顺序依次是银、铜、金、铝、锡、锌、铁、铅等。由于金属银价格昂贵,通常选用铜用作电的良导体。所以铜及其合金材料是大功率电力传输设备、变配电设备、大电流整流设备等零部件制造中的基础金属材料。但是,在大气环境(特别是在潮湿或海洋性环境)中,铜及其合金很容易氧化变黑或产生绿锈,显著降低了电连接体搭接面的导电性。
  为了阻止铜的氧化或改善铜导体(如铜排)的表面导电性,通常采用表面镀银、镀锡(烫锡)、镀镍(如无光镍)、镀金(电路板的插针)等镀覆技术对铜进行表面导电改性。不论采用何种表面镀覆技术,都需要对已经变色的铜件进行镀前处理,除去铜表面的油污及氧化膜。去除油污的方法多为化学或电化学方法,如化学去油法包括有机溶剂去油(有时也称之为物理去油)、皂化去油和乳化去油。电化学去油法包括阴极电解去油和阳极电解去油。而去除铜及其合金表面氧化层的方法则是多种多样,常用方法简述如下:
  2 去铜氧化膜方法简介
  2.1碱性去除法
  碱性去除法包括两类,一类是碱性氰化物除去法:采用剧毒的氰化钠(10~20g/L)浸泡铜件以除掉其表面的氧化膜。该方法只能在电镀厂,且有环保措施及废水处理条件的工厂内进行。第二类是碱性电解去除法:在含有氢氧化钠(100~150g/L)、酒石酸钠(20~30g/L)的溶液中电解铜件,达到去除铜氧化膜的目的,但该方法不适合去除形状复杂铜件表面的氧化膜。
  2.2酸性去除法
  酸性去铜氧化膜的原理非常简单,利用酸与铜表面的氧化物反应生成铜盐和水的化学作用去除铜氧化膜。在实际生产中,经常采用酸性去膜法。在多数情况下,用20~40%的硝酸浸泡铜件就可以去除铜黑膜。用硝酸去铜黑膜的另一优点是在去除黑膜的同时还可以对铜件进行化学出光。但是用硝酸去铜黑膜时,会产生有毒的氮氧化物气体,该气体对人体有害且污染环境。
  为了避免硝酸去铜黑膜法析出有毒气体的缺点,有人采用硫酸(15~30%)去铜膜法,采用该方法去铜黑膜不会释放有毒气体。但是,该方法对铜件无出光作用,生产效率低。因此,有人在硫酸液中加入双氧水、磷酸、铬酐等改善出光效果,也有人在硫酸液中加入盐酸(10~20%)以提高去黑膜速度。
  不论采用哪一种酸性去膜黑膜法,都存在四大问题:1.去膜后的表面很容易再次发红(或有彩色),后续镀覆困难;2. 酸液对环境有污染,需要经过废水处理后才能排放;3. 对于多数的铜合金,酸处理后零件表面粗糙,如黄铜(铜锌合金)经酸处理后,会出现脱锌腐蚀,表面有红铜粉残留,不宜进行后续镀覆加工。4. 酸性去铜黑膜法不适合在已经装配完成的总成上进行表面局部去黑膜,否则会腐蚀总成的其它部位。
  2.3 机械打磨法:
  为了避免碱性、酸性去铜黑膜方法存在的一系列问题,人们只好采用最原始的机械抛磨法去除铜黑膜。用抛光轮等打磨工具抛磨掉铜件表面的黑膜。但这种方法也有两大缺点:1. 生产效率低、劳动强度大,有粉尘和噪音污染;2. 对于形状有突变(如拐角)的部位无法进行抛磨加工。
  3 FJY环保去除法
  为了解决上述各种去除铜黑膜方法存在的种种问题,西安创景金属表面处理有限公司成功推出了FJY系列环保型快速去除铜黑膜技术、以及防铜表面再次氧化技术。该系列技术不仅克服了当前常用技术存在的环境污染等诸多问题,而且是生产效率成倍提高;不仅可以轻易去除拐角部位的铜黑膜,而且在去膜过程中不腐蚀铜基体。该技术已成功应用于铜件镀银,汇流排镀锡、镀镍,热塑套管排、环氧涂覆排的局部表面导电处理以及电工总成及复合铜构件的局部导电后处理等领域。该技术施工简便,成本低廉,是替代传统技术的最佳选择。
  对于新加工的铜排,还可以采用FJY系列防铜氧化变色技术,保持铜表面长期不变色。经防变色处理的铜件在镀覆前可以省去镀前去氧化膜处理工序,操作简便、节约成本。
  4 应用简介
  1. 真空灭弧室去铜黑膜:真空灭弧室是电力系统的关键部件,为提高电连接部位的导电性,需对灭弧室表面进行镀银加工。在镀银前处理过程中,以前采用表面抛光的方法去除铜件表面的氧化膜,噪音、粉尘污染严重,拐角部位抛光不彻底,抛磨后表面光洁度下降。采用FJY去铜黑膜技术之后,可以轻易去除铜件表面全部氧化膜,并能保持工件表面原有光洁度不变。镀银表面呈镜面光泽,镀银层抗变色能力大幅度提高。
  2. 汇流排去铜黑膜:汇流排(俗称母排)广泛用于大电流电力传输系统中,大功率变配电设备、电解整流装置、软连接等产品的制造中大量使用不同规格的导电排,最常用的导电排是纯铜排,近期开始采用新型铜-铝复合排,也有人使用铝基镀铜排。但是,不论使用的是哪一种形式的导电排,其电连接面均为纯铜材料。纯铜在大气环境下会因氧化、腐蚀而产生黑膜或铜锈,表面接触电阻增大、导电性能劣化。采用FJY去铜黑膜技术,可以毫无腐蚀地去除汇流排表面全部氧化膜,便于进行后续表面镀银、镀镍、镀锡(或烫锡)加工。
  3. 套管排去铜黑膜:部分铜排用户要求在铜排非搭接部位热封套管,或喷涂环氧树脂封装材料。在加热热塑套管或环氧树脂加热固化过程中,裸露的铜排搭接面容易氧化变色,导致电连接面接触不良。对于这类铜排,绝对不能用酸、碱去膜法,若采用机械抛磨或砂纸打磨法,不仅费工费时,而且不能彻底去除氧化层。采用FJY环保去膜法,不仅生产效率高,而且可以彻底去除裸露面上所有部位的氧化层。
  4. 互感器等总成局部去除铜黑膜:很多电工装备,需要对其总成(如互感器等)的局部进行表面导电加工(如镀锡、镀银、镀镍等)。对于这类装备,不可能进行整体电镀,只能采用刷镀的方法。在刷镀的前处理过程中,只能采用局部去氧化膜方法。采用FJY环保去膜法,是刷镀加工这类零部件(总成)时的最佳镀前处理方法。
  4 结论
  1.采用传统的碱性去膜、酸性去膜。以及机械抛磨法去除铜表面的氧化膜存在安全隐患、污染环境、生产效率低等缺点。
  2.采用FJY环保型去铜黑膜技术,可以克服传统方法的种种不足,生产效率高、成本低廉。
  3.采用FJY防铜变色技术,可以防止铜件表面产生黑膜,可以省去镀前处理工序。
  4.该系列技术已成功应用于多种电力、电子部件的表面加工处理,使用效果优于传统技术。
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