銅保護劑在高壓電氣產品上的應用

趙 濤, 黃 娟, 張艷霞, 黃海賓

（1.西安西電開關電氣有限公司,陜西西安, 710077;2.海寧市科泰克金屬表面技術有限公司,浙江海寧, 314400）

銅保護劑在高壓電氣產品上的應用

趙 濤1, 黃 娟1, 張艷霞1, 黃海賓2

（1.西安西電開關電氣有限公司,陜西西安, 710077;2.海寧市科泰克金屬表面技術有限公司,浙江海寧, 314400）

0 前言

為了使高壓電氣產品具有良好的導電性、導熱性及較小的摩擦力,滑動接觸零件廣泛使用銅或銅合金。然而在銅或銅合金零件表面生成的腐蝕層的電阻會造成電壓升高,嚴重影響設備的質量;同時在銅材的生產、儲運及使用過程中容易形成薄的腐蝕膜而變色,這不僅影響美觀,而且影響其導電性和可焊性。對于在低功率及低電壓條件下的銅或銅合金電子設備,接觸面上生成100～150μm厚的腐蝕產物,便可產生10～100 mV的電壓,這足以影響設備的正常工作[1]。為了防止或減緩腐蝕,必須對銅或銅合金表面進行適當的處理。鈍化是常用的處理方法之一,一般分為3種類型[2-3]:（1）傳統的六價鉻工藝,效果較好,但因六價鉻污染嚴重,國家已明令禁止;（2）使用苯并三氮唑,雖然污染程度低,但溫度高,處理時間長,效果也不太理想;（3）現有商品鈍化工藝,配方各異,效果比常規工藝有所提高。以上3種工藝均未徹底解決制品的耐蝕性及耐高溫問題。為此,經過對比試驗及工業批量生產,研究出了Cu18-III保護劑,其效果大大超過普通無鉻鈍化工藝,并優于含鉻鈍化工藝。同時本工藝具有處理溫度低、鈍化速率快、工藝條件寬、易于管理使用等優點,在實際生產中效果明顯,完全可以替代鉻酸鈍化。

1 試驗

1.1 試驗材料

使用的材料有紫銅件,Cu18-III保護劑（海寧市科泰克金屬表面技術有限公司）,鉻酸。

1.2 工藝流程

（1）鉻酸鈍化

（2）Cu18-III保護劑

1.3 主要工序說明

（1）除油

除油液工藝組成為:NaOH 14～16 g/L,Na2CO318～25 g/L,Na3PO48～10 g/L,80～90℃,油除盡為止。

（2）活化

常規活化液工藝組成為:H2SO430～60 mL/L,5～10 s;我車間采用的活化工藝為:鹽酸150～200 g/L,5～10 s,光澤酸洗（VH2S04∶VHNO3=1∶4,3～5 s）。

2 結果與討論

2.1 Cu18-III對耐蝕性的影響

Cu18-III保護劑為含有多個N—H化學鍵的有機分子混合物,對銅的保護效果很好。在p H值為6.5～10.0的水溶液中,保護劑吸附到銅表面后,分子中N—H化學鍵上的氫原子被銅原子取代,形成Cu—N共價鍵,由銅和保護劑交替形成一種較復雜、厚度約為 5μm的配合物膜結構。該膜層在220℃以上仍能保持良好的緩蝕效果,起到隔絕外界浸蝕性物質的作用。

表1為保護劑的質量分數對膜層耐蝕性的影響。由表1可知:膜層的耐蝕性隨著Cu18-III的質量分數的升高而變好,當其質量分數大于15%以后,保護作用增加有限。考慮經濟因素,一般使用以5%～10%為宜。表2為保護劑的質量分數為10%時溫度對膜層耐蝕性能的影響。由表2可知:由于保護劑中存在表面活性劑,濁點對保護性能的影響較大,溫度過低,化學反應活性不夠,速度慢,溶液中有保護劑析出;溫度過高,超過表面活性劑的濁點,溶液渾濁,保護性能急劇下降。因此,為了發揮銅保護劑的最佳性能,必須選擇合適的溫度,實際操作中控制在40～55℃為宜。

表1 保護劑的質量分數對耐蝕性的影響

表2 保護劑的質量分數為10%時溫度對耐蝕性的影響

2.2 Cu18-III對絕緣保護涂料剝離性能的影響

由于高壓電器中許多工件需要部分鍍銀,涉及到局部電鍍問題,局部電鍍的絕緣保護涂料（可剝性涂料）與工件的結合力必須適中。由于保護劑與銅的結合是屬于化學反應,非物理黏附,因此保護劑分子與涂料中的橡膠分子必須有恰當的結合力,保護劑中親水基團太強,涂料就不容易被剝離下來;親水基團太弱,涂料結合力不夠,容易出現開膠、漏保護。Cu18-III保護劑的質量分數對可剝性涂料剝離性能的影響,如表3所示。

表3 保護劑對可剝性涂料剝離性能的影響（45℃）

3 Cu18-III替代鉻酸經濟與環境效益分析

根據工廠實際情況,推算出使用鉻酸鈍化工藝處理時,1年的運行費用約為776 880元;而采用Cu18-III保護工藝時,1年的運行費用約為722 880元,明顯低于鉻酸鈍化工藝的。

使用鉻酸鈍化工藝時,處理每m2的銅件需鉻酸3 g,實際真正起作用的僅為2～5 mg,其余的大量鉻酸都要經過嚴格處理才能排放。經Cu18-III保護劑處理后的廢液中無六價鉻,僅留有少量的有機物,COD廢水中化學耗氧量約為10 mg/L,達到國家1級排放標準。如沒有其他前處理、電鍍等污染物混合,可以直接排放。

4 結論

Cu18-III保護工藝的耐蝕性能超過鉻酸鈍化的,耐高溫性能優于鉻酸鈍化的,絕緣保護涂料剝離強度和鉻酸鈍化的相似,綜合使用成本低于鉻酸鈍化的。試驗證明本工藝在高壓電氣產品上完全可以替代鉻酸鈍化并起到較佳的中間保護作用。

[1] 賴春曉.銅及其合金的腐蝕與控制[J].腐蝕與防護,1991,12（5）:251-253.

[2] 王鵬,梁成浩,張婕.銅及其合金防變色工藝研究現狀[J].材料保護,2007,40（3）:52-55.

[3] 謝洪波,沈小鵬,張來祥.銅及銅合金低溫快速無鉻鈍化工藝研究[J].材料保護,2005,38（1）:37-39.

TG 174

A

1000-4742（2011）03-0025-02

2010-09-01

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