一種焦磷酸鹽無氰鍍銅的電鍍液及電鍍方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電鍛銅工藝的技術領域，尤其涉及一種焦磯酸鹽無氯鍛銅的電鍛液及 電鍛方法。
【背景技術】
[000引銅具有良好的導電性和導熱性，較為柔軟，容易拋光，易溶于硝酸，也易溶于加熱 的濃硫酸中，在鹽酸和稀硫酸中作用很慢川。在空氣中易于氧化（尤其在加熱條件下），氧 化后將失掉本身的顏色和光澤，在潮濕空氣中與二氧化碳或氧化物作用生成一層堿式碳酸 銅，當受到硫化物作用時，將生成蹤色或黑色薄膜。
[0003] 由于銅電位較正，因而它很容易在其它金屬上沉積。W銅作為底層，連同光亮媒 和微裂紋鉛一起使用時，能得到非常良好的抗蝕性鍛層。銅鍛層能有效地保護鋒壓鑄件不 受酸性鍛媒溶液的浸蝕而溶解，并由此防止了置換鍛，當電鍛鋒壓鑄件時，銅作為底層是必 不可少的。同樣，鋼件鍛媒鉛之前鍛銅，容易被拋光到很高的表面光度，從而可W降低某些 鋼件的磨光及拋光成本。所W，銅鍛層通常用來作為金、銀、媒及鉛鍛層的底層。另外，由于 具有良好的導電性，銅鍛層也廣泛的應用于印刷線路板上。銅能有效地阻止碳、氮的擴散滲 透，低孔隙率的銅鍛層作為一種阻擋層，也廣泛應用于鋼基體零件的滲氮和滲碳工藝。
[0004] 氯化鍛銅鍛液的均鍛能力及整平能力好，鍛層結晶細致、與基體的結合力好，技術 成熟，工藝操作簡單，長期W來已廣泛應用于各種金屬基體材料的打底鍛層。但是氯化物的 毒性大，致死量僅為50mg，我國已經出臺相關法令政策禁比使用氯化物電鍛。因而，無氯鍛 銅成為未來電鍛銅發(fā)展的一個趨勢。
[0005] 現有無氯鍛銅普遍存在鍛液的性能不夠理想，鍛層質量不強的技術缺陷，該些嚴 重制約了無氯鍛銅在工業(yè)上完全取代有氯鍛銅。

【發(fā)明內容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明一方面提供一種焦磯酸鹽無氯鍛銅的電鍛液，該電鍛液的鍛液 性能優(yōu)異，鍛層質量良好。
[0007] -種焦磯酸鹽無氯鍛銅的電鍛液，包括含量為50~70g/L的化2(0H)2C03、含量為 370~410g/L的焦磯酸鹽、含量為20~40g/L的巧樣酸鹽、含量為30~50g/L的正磯酸鹽 和含量為3~7g/L的硝酸鹽。
[0008] 其中，包括含量為380g/L的化2(0H)2C03、含量為135g/L的焦磯酸鹽、含量為25g/ L的巧樣酸鹽、含量為45g/L的正磯酸鹽和含量為4g/L的硝酸鹽。
[0009] 其中，所述巧樣酸鹽為巧樣酸饋，所述硝酸鹽為硝酸饋。
[0010] W上電鍛液的技術方案中，選用焦磯酸鹽為配位劑。焦磯酸鹽含有多個帶有孤電 電子的氧原子，可與銅離子絡合。二價銅的標準電極電位為+ 0. 340V，簡單銅離子鍛液的 極化程度較低，銅的放電速度很快。若采用簡單鹽鍛液進行電鍛得到的鍛層粗趟、結合力不 好。加入焦磯酸鹽，它能與二價銅離子配位形成穩(wěn)定的絡合離子，絡合離子在陰極沉積時的 放電電位較簡單的二價銅離子更負，即極化程度更大。因而，絡合離子放電更為平穩(wěn)，使得 鍛層的更為細致平整。
[0011] 選用巧樣酸鹽作為輔助配位劑。巧樣酸鹽優(yōu)選為巧樣酸鐘、巧樣酸軸、巧樣酸鐘軸 或硝酸饋。巧樣酸鹽可與焦磯酸鹽一起與二價銅離子形成混合配位體的絡合離子。巧樣酸 鹽可改善鍛液的分散能力，增強鍛液的緩沖作用，促進陽極溶解，增大容許電流密度和提高 鍛層的光亮度。巧樣酸鹽進一步優(yōu)選為巧樣酸饋。巧樣酸饋含有的饋離子能改善鍛層外觀。
[0012] 選用硝酸鹽作為導電鹽。硝酸鹽可W提高工作電流密度的上限、減少針孔、降低鍛 液的操作溫度、提高分散能力，但明顯降低電流效率。硝酸鹽優(yōu)選為硝酸饋，硝酸饋比加入 硝酸鐘或硝酸軸能有效地提高容許的電流密度和改善鍛層質量。
[001引選用化2伽)2〔03 (堿式碳酸銅）為銅主鹽?；?伽)2〔03含有的氨氧根可維持鍛液 的堿性環(huán)境，碳酸根可改善鍛層的晶體結構。相比于硫酸銅和硝酸銅的銅主鹽，加2(0巧20)3 不會給鍛液引入陰離子雜質，該是因為氨氧根為鍛液堿性環(huán)境所必需，碳酸根在酸性條件 下W二氧化碳的形式逸出。W此，避免了硫酸根和硝酸根的過量造成的鍛層結合力的下降。
[0014] 正磯酸鹽為抑緩沖劑，它可在一定范圍內穩(wěn)定鍛液的抑值。除此W外，它還可W 在一定程度上促進陽極的溶解。
[0015] 本發(fā)明另一方面提供一種電鍛方法，該方法可W使采用性能優(yōu)異的鍛液進行電鍛 獲得的鍛層質量良好。
[0016] 一種使用上述電鍛液進行電鍛的方法，包括W下步驟：
[0017] (1)配制電鍛液；在水中溶解各原料組分形成電鍛液，所述每升電鍛液含有50~ 70g的化2 (〇H)2〇)3、370~410g焦磯酸鹽、20~40g巧樣酸鹽、30~50g正磯酸鹽和3~7g 硝酸鹽；
[001引（2) W預處理過的陰極和陽極置入所述電鍛液中通入電流進行電鍛。
[0019] 其中，所述電流為單脈沖方波電流；所述單脈沖方波電流的脈寬為1~3ms，占空 比為5~30%，平均電流密度為0. 5~2A/dm2。
[0020] 其中，所述步驟（2)中電鍛液的抑為8~9。
[002。 其中，電鍛液的溫度為30~5(TC。
[0022] 其中，電鍛的時間為40~90min。
[0023] 其中，所述步驟（2)中陰極與陽極的面積比為（1/3~1) :1，優(yōu)選為1 ;2。
[0024] W上電鍛方法的技術方案中，單脈沖方波電流定義為在ti時間內通入電流密度為 Jp的電流，在t2時間內無通入電流，是一種間歇脈沖電流。占空比定義為ti/ (ti+t2)，頻率 為l/(ti+t2)，平均電流定義為Jpti/(ti+t2)。同直流電沉積相比，雙電層的厚度和離子濃度 分布均有改變；在增加了電化學極化的同時，降低了濃差極化，產生的直接作用是，脈沖電 鍛獲得的鍛層比直流電沉積鍛層更均勻、結晶更細密。不僅如此，脈沖電鍛還具有：（1)鍛 層的硬度和耐磨性均高；(2)鍛液分散能力和深鍛能力好；(3)減少了零件邊角處的超鍛， 鍛層分布均勻性好，可節(jié)約鍛液用量。
[0025] W低碳的鋼板作為陰極，W紫銅板為陽極。對陰極的預處理由先之后依次包括對 陰極用砂紙打磨、除油、浸酸、預浸銅。該用砂紙打磨可W打磨兩次，第一次可W用粗砂紙例 如200目的砂紙打磨，第二次可W用細砂紙，例如可W用WC28金相砂紙。該除油可W先采 用化學堿液除油而后采用95%的無水己醇除油。其中，化學堿液組成為；40~60g/L化0H、 50 ~70g/L 化3口〇4、20 ~SOg/lifeaC化和 3. 5 ~lOg/L NaaSiOs。浸酸時間為 1 ~2min，浸 酸所用的溶液組成為；l〇〇g/L硫酸和0. 15~0. 20g/L硫脈。預浸銅時間為1~2min，所用 的溶液組成為；l〇〇g/L硫酸、50g/L無水硫酸銅和0. 20g/L硫脈。
[0026] 本發(fā)明中電鍛液在通電電鍛過程中進行攬拌，攬拌的轉速控制在低速攬拌，為 100~4(K)巧m。攬拌能減小了電極表面附近銅絡合離子和濃度梯度、擴散層厚度W及大量 析氨造成陰極區(qū)抑值的增加，有利于金屬離子的沉積；又可W促進鍛層連續(xù)增厚和鍛層的 成分均勻；還可W使電解初期產生的銅絡合離子迅速移出陰極區(qū)，從而改善鍛層質量。
[0027] 本發(fā)明鍛液W焦磯酸鹽為配位劑，W巧樣酸鹽為輔助配位劑，使得鍛液具有較好 的分散力和深度能力，陰極電流效率高，鍛液性能優(yōu)異。采用在鍛液在堿性條件下電鍛獲得 的鍛層的孔隙率低，鍛層質量良好。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0029] 按照實施例1~6所述配方配制電鍛液，具體為：
[0030] 根據配方用電子天平稱取其他原料組分的質量。用適量水分別溶解該組分原料并 將其混合均勻倒入燒杯中，然后，加水調至預定體積，加燒堿調節(jié)抑至8~9。
[0031] 使用實施例1~6及對比例所述配方配制的電鍛液進行電鍛的方法：
[00礎 （1)陰極采用lOmmX lOmmX 0. 2mm規(guī)格的Q235鋼板。將鋼板先用200目水砂紙初 步打磨后再用WC28金相砂紙打磨至表面露出金屬光澤。依次經溫度為50~7(TC的化學堿 液除油、蒸觸水沖洗、95%無水己醇除油、蒸觸水沖洗、浸酸1~2min、預浸銅1~2min、二 次蒸觸水沖洗。其中，化學堿液的配方為40~60g/LNa0H、50~70g/L化3P04、20~30g/ L崎哪和3. 5~lOg/L NasSiOs。浸酸所用的溶液組成為；lOOg/L硫酸和0. 15~0. 20g/ L硫脈。預浸銅所用溶液組成為；lOOg/L硫酸、50g/L無水硫酸銅和0. 20g/L硫脈。
[003引 （2) W 20mmX lOmmXO. 2mm規(guī)格的紫銅板為陽極，電鍛前將砂紙打磨平滑、去離子 水沖洗及烘干。
[0034] (3)將預處理后的陽極和陰極浸入電鍛槽中的電鍛液中，將將電鍛槽置于恒溫水 浴鍋中，并為電鍛槽安裝電動攬拌機，將電動攬拌機的攬拌棒插于電鍛液中。待調節(jié)水浴 溫度使得電鍛液溫度維持在40~6(TC，機械攬拌轉速調為100~30化pm后，接通脈沖電 源，脈沖電流的脈寬為1~3ms，占空比為5~30%，平均電流密度為0. 5~2A/dm2。待通電 40~90min后，切斷電鍛裝置的電源。取出鋼板，用蒸觸水清洗烘干。
[0035] 實施例1
[0036] 電鍛液的配方如下：
[0037]
【主權項】
1. 一種焦磷酸鹽無氰鍍銅的電鍍液，其特征在于，包括含量為50~70g/L的 Cu2 (OH) 2C03、含量為370~410g/L的焦磷酸鹽、含量為20~40g/L的檸檬酸鹽、含量為30~ 50g/L的正磷酸鹽和含量為3~7g/L的硝酸鹽。
2. 根據權利要求1所述的電鍍液，其特征在于，包括含量為58g/L的Cu2 (OH)2CO3、含量 為380g/L的焦磷酸鹽、含量為25g/L的檸檬酸鹽、含量為45g/L的正磷酸鹽和含量為4g/L 的硝酸鹽。
3. 根據權利要求1所述的電鍍液，其特征在于，所述檸檬酸鹽為檸檬酸銨，所述硝酸鹽 為硝酸銨。
4. 一種使用權利要求1所述的電鍍液電鍍的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 配制電鍍液：在水中溶解各原料組分形成電鍍液，所述每升電鍍液含有50~70g的 Cu2(0H)2C03、370~410g焦磷酸鹽、20~40g檸檬酸鹽、30~50g正磷酸鹽和3~7g硝酸 鹽； (2) 以預處理過的陰極和陽極置入所述電鍍液中通入電流進行電鍍。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述電流為單脈沖方波電流；所述單脈沖 方波電流的脈寬為1~3ms，占空比為5~30%，平均電流密度為0. 5~2A/dm2。
6. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟（2)中電鍍液的pH為8~9。
7. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，電鍍液的溫度為30~50°C。
8. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，電鍍的時間為40~90min。
9. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟（2)中陰極與陽極的面積比為 (1/3 ~1) :1。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種焦磷酸鹽無氰鍍銅的電鍍液及電鍍方法。該電鍍液包括含量為含量為50～70g/L的Cu2(OH)2CO3、含量為370～410g/L的焦磷酸鹽、含量為20～40g/L的檸檬酸鹽、含量為30～50g/L的正磷酸鹽和含量為3～7g/L的硝酸鹽。本發(fā)明鍍液以焦磷酸鹽為配位劑，以檸檬酸鹽為輔助配位劑，使得鍍液具有較好的分散力和深度能力，陰極電流效率高，鍍液性能優(yōu)異。采用在鍍液在堿性條件下電鍍獲得的鍍層的孔隙率低，鍍層質量良好。
【IPC分類】C25D3-38
【公開號】CN104630844
【申請?zhí)枴緾N201310557145
【發(fā)明人】曾雄燕
【申請人】無錫市雪江環(huán)境工程設備有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月8日