胡德意,謝歡,袁艷偉,劉保,王海云
(江南機(jī)器集團(tuán)有限公司軍研所,湖南湘潭411207)
摘要:文章分析了無氰預(yù)鍍銅的研究現(xiàn)狀,提出了新型無氰預(yù)鍍?nèi)芤号浞?、配制、維護(hù)與工藝方法,并介紹了實際應(yīng)用效果與工藝特性。
關(guān)鍵詞:電鍍;無氰;預(yù)鍍銅;應(yīng)用
中圖分類號:TQ153 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-8937(2010)23-0037-03
銅是電鍍單金屬中應(yīng)用最廣泛的鍍種之一,絕大多數(shù)電鍍廠的銅鎳鉻電鍍工藝采用氰化鍍銅打底,氰化鍍銅也是鋅合金件電鍍銅鎳鉻層的唯一有效打底銅工藝。氰化鍍銅以鍍層結(jié)晶細(xì)致、結(jié)合力強(qiáng)、鍍液均鍍能力高、整平性好、穩(wěn)定性高、工藝簡單、前處理要求低等特點被廣泛使用,但氰化鍍銅含有氰化物,毒性大,危害操作者健康,給生產(chǎn)帶來重大安全隱患,也給環(huán)境與生態(tài)帶來巨大破壞。因此,研究無氰預(yù)鍍銅替代工藝是建設(shè)資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會、大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一項重要措施。
1·現(xiàn)狀分析
2002年6月全國人大常委會通過了《中華人民共國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》,2008年又通過了《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》,這些法規(guī)要求強(qiáng)制或限期淘汰落后的氰化電鍍工藝,而全國現(xiàn)有電鍍生產(chǎn)廠1.5萬多家,基本上都采用氰化預(yù)鍍銅打底,按每個廠家擁有氰化預(yù)鍍銅液1000L計算,全國需替代的量則為1.5×107L,因此,開發(fā)取代氰化鍍銅工藝的研究迫在眉睫。
從20世紀(jì)七、八十年代開始,各國電鍍工作就已開始著手非氰電鍍工藝的研究與開發(fā),國內(nèi)最早是20世紀(jì)七十年代以武漢材料保護(hù)研究所為代表的焦磷酸鹽鍍銅、南京大學(xué)化學(xué)系絡(luò)合物研究所與郵電部無氰電鍍攻關(guān)組的HEDP鍍銅,以及其它的乙二胺、縮二脲、三乙醇胺、檸檬酸鹽鍍銅等。當(dāng)時有的單位還采用浸銅工藝,近幾年國內(nèi)開發(fā)了多種無氰預(yù)鍍銅工藝,如陳春成的2002A、張梅生的TB33、廣州二輕所的BH580、HK280、廣州三孚的SF638、江蘇夢得的PPCU以及國外引進(jìn)的SurTec864。但是各同類工藝都存在不同程度的缺陷主要是結(jié)合力差、陽極溶解性差、鍍層長毛刺、工藝范圍窄、溶液穩(wěn)定性差、且廢水處理困難,很多電鍍廠家建立無氰預(yù)鍍銅生產(chǎn)線后由于這些問題又被迫下馬,造成工藝的反復(fù)。針對這些問題我們從2006年起開始研制與開發(fā)新型無氰預(yù)鍍銅工藝,2008年底通過工廠鑒定并開始批試生產(chǎn),2009年通過了中國兵器集團(tuán)總公司組織的技術(shù)驗收,于2010年9月通過湖南省科技廳組織的技術(shù)鑒定和湖南省經(jīng)信委組織的新產(chǎn)品鑒定。
2·技術(shù)原理
本堿性無氰預(yù)鍍銅溶液采用無氰多嚙復(fù)配混合配位劑,等效CN-與銅離子形成高穩(wěn)定的螯合配位離子,代替一般銅氰絡(luò)合離子,延緩二價銅離子在電極表面進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移,防止二價銅離子在表面上的置換。從分子結(jié)構(gòu)來看,無氰混合配位劑具有一定的表面活性,能凈化活化被鍍表面,增加電結(jié)晶成核中心。在電極過程和溶液中無氰主配位劑十分穩(wěn)定,不會引起有機(jī)物在鍍層析出,有利于鍍層柔韌,結(jié)晶細(xì)致,孔隙率低,且無毒。綜合以上多種途徑實現(xiàn)了預(yù)鍍銅的無氰化。
3·堿性無氰預(yù)鍍銅的使用方法
3.1 工藝配方與參數(shù)
堿性無氰預(yù)鍍銅的工藝配方與參數(shù)如下:Cu2+為(8~15)g/L;主配位劑A為(100~210)g/L;輔助配位劑B為(30~70)g/L;晶粒細(xì)化劑為(8~16)g/L;添加劑A為(5~12)mL/L;添加劑B為(10~15)mL/L;pH值為8.8~10.5;Θ為(25~45)℃;Jk分為掛鍍(0.3~2.5)A/dm2、滾鍍(0.2~2)A/dme;攪拌應(yīng)為陰極移動或空氣攪拌;SK:SA為1:(1.5~2);陽極應(yīng)為壓延紫銅板或無氧高電導(dǎo)銅。
3.2 鍍液配制
①洗凈電鍍槽,加入計算量的主配位劑A。按1000g主配位劑A加入2~4mL的30%雙氧水處理,雙氧水應(yīng)用純水稀釋10倍后加入。
②用另一備用槽按計算量配制成高濃度氫氧化鉀溶液,攪拌溶解,冷卻到40~50℃。
③將氫氧化鉀溶液慢慢加入主配位劑A溶液中,調(diào)節(jié)溶液pH值至9.5。
④依次加入主鹽、輔助配位劑B和晶粒細(xì)化劑,攪拌溶解均勻,再次加入添加劑A和添加劑B。
⑤用氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)pH值至8.8~10.5,并小電流密度電解處理1~2h即可試鍍,試鍍合格后轉(zhuǎn)正常鍍。
3.3 溶液維護(hù)
①避免鍍件前處理不良,而影響鍍層結(jié)合力。如:表面油污未除凈以及酸洗活化后未清洗干凈,導(dǎo)致鍍件表面入槽產(chǎn)生置換鍍層。
②鍍前一定要測定鍍液的pH值,其正常工作范圍應(yīng)保持在8.8~10.5范圍內(nèi)。當(dāng)pH<8.8時可用KOH調(diào)高,pH>10.5時可用主配位劑A調(diào)低。
③控制主配位劑A/Cu2+重量比在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。
④按工藝要求及時分析并調(diào)整各項成分在正常工藝規(guī)范范圍內(nèi)。
⑤定期過濾鍍液,銅陽極套裝入陽極袋中防止陽極泥進(jìn)入鍍液。
⑥控制陰陽極面積比。生產(chǎn)過程中需根據(jù)陰極面積及時調(diào)整陽極面積。當(dāng)陽極面積大大超過陰極面積時鍍層上會產(chǎn)生“毛刺”,使鍍層質(zhì)量下降。若陰極面積大大超過陽極面積,則陽極處于鈍化狀態(tài),會引起陽極大量析氧,破壞主配位劑A,并使鍍液中Cu2+含量降低,導(dǎo)致鍍液成分比例失調(diào)。
⑦注意有害雜質(zhì)的污染。雜質(zhì)對無氰鍍液的影響較嚴(yán)重的是CN-、CrO42-、Pb2+和Fe2+,會使銅鍍層變暗和變黑。如鍍液一旦被有害雜質(zhì)污染必須及時處理去除。
⑧槽液不用時應(yīng)加蓋保護(hù),防止灰塵及其它外來物質(zhì)的污染。
3.4 工藝流程(鋼件)
化學(xué)去油→熱水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→冷水洗→電解去油→熱水洗→冷水洗→活化→冷水洗→冷水洗→無氰預(yù)鍍銅→冷水洗→冷水洗→鍍其它金屬→回收→水洗→熱純水洗→吹干→烘干→自檢→交驗。