環(huán)保型銅化學(xué)拋光劑的開發(fā)
2016/3/15 11:19:32 點(diǎn)擊：
1 前言
化學(xué)拋光與機(jī)械拋光、電化學(xué)拋光相比,它不需要通電和掛具。因此,可以拋光形狀復(fù)雜的制品,并且生產(chǎn)效率高�；瘜W(xué)拋光得到光亮表面,提高了銅及銅合金的裝飾效果和表面性能。目前國(guó)內(nèi)大多使用鉻酐型和硝酸(鹽)型的化學(xué)拋光液,危害人體健康,并污染環(huán)境。因此,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)銅及銅合金的拋光進(jìn)行大量的研究,開發(fā)了各種污染小、拋光效果好的環(huán)保型拋光液。
通過(guò)對(duì)各種化學(xué)拋光工藝如三酸型、H2O2-H2SO4型、 H2O2-HNO3型[1,2]、 H2O2-HAc型[2,3]以及K2CrO7-H2SO4型[1]等拋光效果及對(duì)環(huán)境影響的比較,找到了拋光效果好、污染小的化學(xué)拋光液,即以H2O2-H2SO4型為基礎(chǔ)配方,研究了化學(xué)拋光的添加劑,使拋光效果達(dá)到或接近鏡面光亮的水平。
2 工藝流程
化學(xué)除油熱水洗冷水洗化學(xué)拋光冷水洗5% H2SO4脫膜冷水洗轉(zhuǎn)入下道工序
3 化學(xué)拋光液的開發(fā)
3.1 拋光液配方的確定
通過(guò)對(duì)各種不同類型化學(xué)拋光液效果比較,并反復(fù)試驗(yàn),獲得了銅及銅合金光亮拋光新工藝,其工藝配方如下:H2O2(30%),ml L 450純水,ml L 490添加劑A,ml L 60T,°C 45～ 50
t,s 30～ 100 本工藝中無(wú)硝酸或硝酸鹽,在酸洗過(guò)程中不產(chǎn)生NOx黃煙,有利于操作和環(huán)保,對(duì)銅件腐蝕特別小,適用于各種銅基零件。由于成份簡(jiǎn)單,控制方便,添加劑由A、B兩個(gè)組份組成,A為開缸劑,B為補(bǔ)充劑。平時(shí)添加補(bǔ)充時(shí),應(yīng)按B劑∶ H2O2= 1∶ 6(體積比)混合后,再加到槽液中,原則上應(yīng)不亮即加,少加、勤加。對(duì)于磷青銅件,可在拋光液中再加10%(體積
比)的氟化氫銨。
3.2 反應(yīng)機(jī)理及工藝條件
銅及銅合金的化學(xué)拋光過(guò)程一般可分浸蝕、光亮、過(guò)腐蝕三個(gè)階段。在拋光過(guò)程的浸蝕階段,由于金屬處于活化狀態(tài),金屬表面不同部位的電化學(xué)和物理化學(xué)性質(zhì)的不同導(dǎo)致金屬表面的不均勻溶解,于是產(chǎn)生腐蝕表面。隨著拋光過(guò)程的進(jìn)行,金屬表面逐漸由活化狀態(tài)變?yōu)殁g化狀態(tài),此時(shí)拋光過(guò)程進(jìn)入光亮階段。由于金屬表面凹凸部位的鈍化程度不同,凸處相對(duì)凹處的高度活性和金屬離子由凸處向拋光液的高速擴(kuò)散,以及新拋光液高速向凸處的擴(kuò)散,導(dǎo)致凸起部份的優(yōu)先溶解。另外,金屬表面凸起部位所形成的鈍化膜的不完整和多孔性,也加速了凸起部分的溶解,結(jié)果浸蝕的金屬表面被光亮表面所代替。隨著拋光時(shí)間的延長(zhǎng),金屬表面的鈍化狀態(tài)被打破,產(chǎn)生過(guò)腐蝕的金屬表面。
(1)添加劑A、B
A劑、B劑均由硫酸、表面活性劑、H2O2穩(wěn)定劑、氧化劑等組成。硫酸主要溶解CuO,其含量過(guò)高會(huì)產(chǎn)生過(guò)腐蝕;太低,則表面易形成白色條紋,必須選擇合適的含量。
H2O2在溶液中不穩(wěn)定,特別是在含銅離子的拋光液中分解更為嚴(yán)重。提高H2O2的穩(wěn)定性是能否批量生產(chǎn)的關(guān)鍵。因此,必須在拋光液中加入穩(wěn)定劑,使H2O2分解減緩或停止。一般使用醇類與其它物質(zhì)互配來(lái)穩(wěn)定H2O2。
表面活性劑有緩蝕和抑制酸霧能力,也可提高零件的表面光亮度。
(2)H2O2
拋光液中的主要氧化劑,與硫酸聯(lián)合作用,使制品表面光亮。H2O2濃度太低,拋光效果差;H2O2濃度過(guò)高,則會(huì)在酸洗后產(chǎn)生粗糙的粉紅色銅層。
(3)溫度
拋光液溫度對(duì)拋光后的粗糙度和光亮度有很大影響,一般隨溫度升高,其粗糙度和光亮度增加。但溫度過(guò)高,會(huì)導(dǎo)致過(guò)腐蝕,產(chǎn)生麻點(diǎn),并且溫度過(guò)高,H2O2分解加快。適宜的溫度范圍為45～ 50°C。
(4)拋光時(shí)間
拋光時(shí)間隨溫度的升高而縮短,拋光時(shí)間短,則拋不亮;過(guò)長(zhǎng),又會(huì)產(chǎn)生麻點(diǎn)。為了獲得鏡面光亮度,拋光應(yīng)采取短時(shí)、多次的拋光方式,每拋一次,都要脫膜和水洗一次。
(5)攪拌
在拋光時(shí)要求對(duì)溶液進(jìn)行攪拌或抖動(dòng)零件。一般的操作方法是,把零件放入拋光液,稍后再抖動(dòng)零件,這樣可保證獲得高質(zhì)量的拋光表面。在配制拋光液的過(guò)程中,需使用純水才能達(dá)到
化學(xué)拋光與機(jī)械拋光、電化學(xué)拋光相比,它不需要通電和掛具。因此,可以拋光形狀復(fù)雜的制品,并且生產(chǎn)效率高�；瘜W(xué)拋光得到光亮表面,提高了銅及銅合金的裝飾效果和表面性能。目前國(guó)內(nèi)大多使用鉻酐型和硝酸(鹽)型的化學(xué)拋光液,危害人體健康,并污染環(huán)境。因此,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)銅及銅合金的拋光進(jìn)行大量的研究,開發(fā)了各種污染小、拋光效果好的環(huán)保型拋光液。
通過(guò)對(duì)各種化學(xué)拋光工藝如三酸型、H2O2-H2SO4型、 H2O2-HNO3型[1,2]、 H2O2-HAc型[2,3]以及K2CrO7-H2SO4型[1]等拋光效果及對(duì)環(huán)境影響的比較,找到了拋光效果好、污染小的化學(xué)拋光液,即以H2O2-H2SO4型為基礎(chǔ)配方,研究了化學(xué)拋光的添加劑,使拋光效果達(dá)到或接近鏡面光亮的水平。
2 工藝流程
化學(xué)除油熱水洗冷水洗化學(xué)拋光冷水洗5% H2SO4脫膜冷水洗轉(zhuǎn)入下道工序
3 化學(xué)拋光液的開發(fā)
3.1 拋光液配方的確定
通過(guò)對(duì)各種不同類型化學(xué)拋光液效果比較,并反復(fù)試驗(yàn),獲得了銅及銅合金光亮拋光新工藝,其工藝配方如下:H2O2(30%),ml L 450純水,ml L 490添加劑A,ml L 60T,°C 45～ 50
t,s 30～ 100 本工藝中無(wú)硝酸或硝酸鹽,在酸洗過(guò)程中不產(chǎn)生NOx黃煙,有利于操作和環(huán)保,對(duì)銅件腐蝕特別小,適用于各種銅基零件。由于成份簡(jiǎn)單,控制方便,添加劑由A、B兩個(gè)組份組成,A為開缸劑,B為補(bǔ)充劑。平時(shí)添加補(bǔ)充時(shí),應(yīng)按B劑∶ H2O2= 1∶ 6(體積比)混合后,再加到槽液中,原則上應(yīng)不亮即加,少加、勤加。對(duì)于磷青銅件,可在拋光液中再加10%(體積
比)的氟化氫銨。
3.2 反應(yīng)機(jī)理及工藝條件
銅及銅合金的化學(xué)拋光過(guò)程一般可分浸蝕、光亮、過(guò)腐蝕三個(gè)階段。在拋光過(guò)程的浸蝕階段,由于金屬處于活化狀態(tài),金屬表面不同部位的電化學(xué)和物理化學(xué)性質(zhì)的不同導(dǎo)致金屬表面的不均勻溶解,于是產(chǎn)生腐蝕表面。隨著拋光過(guò)程的進(jìn)行,金屬表面逐漸由活化狀態(tài)變?yōu)殁g化狀態(tài),此時(shí)拋光過(guò)程進(jìn)入光亮階段。由于金屬表面凹凸部位的鈍化程度不同,凸處相對(duì)凹處的高度活性和金屬離子由凸處向拋光液的高速擴(kuò)散,以及新拋光液高速向凸處的擴(kuò)散,導(dǎo)致凸起部份的優(yōu)先溶解。另外,金屬表面凸起部位所形成的鈍化膜的不完整和多孔性,也加速了凸起部分的溶解,結(jié)果浸蝕的金屬表面被光亮表面所代替。隨著拋光時(shí)間的延長(zhǎng),金屬表面的鈍化狀態(tài)被打破,產(chǎn)生過(guò)腐蝕的金屬表面。
(1)添加劑A、B
A劑、B劑均由硫酸、表面活性劑、H2O2穩(wěn)定劑、氧化劑等組成。硫酸主要溶解CuO,其含量過(guò)高會(huì)產(chǎn)生過(guò)腐蝕;太低,則表面易形成白色條紋,必須選擇合適的含量。
H2O2在溶液中不穩(wěn)定,特別是在含銅離子的拋光液中分解更為嚴(yán)重。提高H2O2的穩(wěn)定性是能否批量生產(chǎn)的關(guān)鍵。因此,必須在拋光液中加入穩(wěn)定劑,使H2O2分解減緩或停止。一般使用醇類與其它物質(zhì)互配來(lái)穩(wěn)定H2O2。
表面活性劑有緩蝕和抑制酸霧能力,也可提高零件的表面光亮度。
(2)H2O2
拋光液中的主要氧化劑,與硫酸聯(lián)合作用,使制品表面光亮。H2O2濃度太低,拋光效果差;H2O2濃度過(guò)高,則會(huì)在酸洗后產(chǎn)生粗糙的粉紅色銅層。
(3)溫度
拋光液溫度對(duì)拋光后的粗糙度和光亮度有很大影響,一般隨溫度升高,其粗糙度和光亮度增加。但溫度過(guò)高,會(huì)導(dǎo)致過(guò)腐蝕,產(chǎn)生麻點(diǎn),并且溫度過(guò)高,H2O2分解加快。適宜的溫度范圍為45～ 50°C。
(4)拋光時(shí)間
拋光時(shí)間隨溫度的升高而縮短,拋光時(shí)間短,則拋不亮;過(guò)長(zhǎng),又會(huì)產(chǎn)生麻點(diǎn)。為了獲得鏡面光亮度,拋光應(yīng)采取短時(shí)、多次的拋光方式,每拋一次,都要脫膜和水洗一次。
(5)攪拌
在拋光時(shí)要求對(duì)溶液進(jìn)行攪拌或抖動(dòng)零件。一般的操作方法是,把零件放入拋光液,稍后再抖動(dòng)零件,這樣可保證獲得高質(zhì)量的拋光表面。在配制拋光液的過(guò)程中,需使用純水才能達(dá)到
最佳效果,新配制的拋光液,第一批零件的拋光時(shí)間較長(zhǎng),但以后的拋光速度就很快了。
參考文獻(xiàn):
[1] 胡亻文國(guó)等.現(xiàn)代防護(hù)裝飾性電鍍[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1989;107- 127.
[2] 曾華梁等.電鍍工藝手冊(cè)[ M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1989;44.
[3] 李鴻年等.實(shí)用電鍍工藝[ M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1990;68.
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