酸性光亮電鑄銅的工藝實踐

蔣文中， 楊利東

(河南江河機械有限責任公司，河南平頂山 467337)

引 言

在結晶器銅管基體表面上進行修復性酸性光亮電鑄銅。由于結晶器銅管是含低磷的銀-銅或鉻-銅合金，在它的基體上鍍上幾個毫米厚的銅鍍層，將出現銅鍍層結合力差、長銅瘤及外觀粗糙等問題。并且鍍后的銅鍍層還需經過銑削、外拋等機加工過程。所以，必須解決銅鍍層與結晶器銅管基體之間的結合力差和鍍液穩定性問題。

經多次實驗，在結晶器銅管基體上獲得了符合產品技術質量要求的鑄銅鍍層。該銅鍍層厚度達到幾個毫米，外觀呈光亮的紫紅色，結合力良好能承受銑削、外拋等機加工過程。在實驗過程中，需要嚴格控制鍍液中各成分的含量和工藝條件參數，可以提高鑄銅鍍層結合力和鍍液的穩定性。

1 工藝配方

酸性光亮電鑄銅溶液組成和操作條件為:

硫酸銅 180～220g/L

硫酸 60～90 g/L

鹽酸 50～90 mg/L

光亮劑A 4～6mL/L

光亮劑 B 0.3 ～0.6mL/L

θ 20～40℃

Jκ1.5 ～8.0A/dm2

Ja0.5 ～3.0A/dm2

U 2～10V

陽極 0.1% ～0.3%磷銅板

攪拌 需要

連續過濾 需要

電鑄銅操作過程中，結晶器銅管需帶電入槽和出槽。

2 鍍液的配制

首先將純凈水注入預用槽(帶刻度)中，加入計量的硫酸，θ為45℃時，加入計量的硫酸銅，充分攪拌至完全溶解為止。隨后均勻地撒入2g/L活性炭(粉末)，攪拌1～2h，待溶液澄清后用過濾泵將鍍液濾入清潔的電鍍槽內。此時需測量鍍液中的氯離子，根據氯離子的質量濃度進行微調。在充分攪拌條件下，慢慢加入計量的亮銅-3號光亮劑。攪拌均勻后，用低電流密度電解溶液數小時，同時分析溶液中各成分的含量，控制在工藝范圍內，即可開始試鍍。

3 鍍液中各成分作用

1)硫酸銅。在鍍銅溶液中，如果硫酸銅含量過低，鍍層易出現條紋，粗糙，嚴重時會燒焦。如果硫酸銅含量過高，鍍層粗糙?？紤]到產品加工的特殊性，經實驗，硫酸銅的質量濃度控制在180～220g/L為最佳。

2)硫酸。硫酸的主要作用是提高鍍液的導電性和電流效率，防止銅鹽水解，保證鍍液的穩定。當硫酸含量過低，硫酸銅或硫酸亞銅易發生水解，水解產物使鍍層疏松和光亮度下降。當硫酸含量過高，陽極易鈍化，鍍層光亮度下降。經實驗，硫酸的質量濃度控制在60～90g/L較適宜，可改善鍍液分散能力，使鍍層結晶細致，進一步提高鍍層的光澤性和整平性。

3)氯離子。在光亮硫酸鹽鍍銅液中必須有少量的氯離子才能得到全光亮鍍層，經實驗，氯離子質量濃度控制在50～90mg/L較適宜。氯離子含量過低，鍍液整平性和鍍層光亮性下降，易產生光亮樹枝狀條紋，嚴重時鍍層粗糙甚至燒焦。氯離子含量過高時，鍍層光亮度也會下降，光亮區變窄，因此工作中需經常檢查鍍液中氯離子的含量。因為氯離子可以與亞銅離子生成難溶于水的氯化亞銅，從而消除亞銅離子的影響。氯離子還可以消除光亮銅層的內應力，提高鍍層的韌性。

4)添加劑。硫酸鹽鍍銅所用的添加劑種類很多，可以同時采用一種或幾種配合使用，主要作用是穩定鍍液，提高鍍層的整平性和光亮性，提高陰極極化過程，使銅鍍層的晶粒更為均勻、細致和緊密［1-4］。實驗中只采用光亮劑A和光亮劑B，光亮劑A在低電位下起光亮作用，光亮劑B起整平和光亮作用。在含低磷的銀銅或鉻銅合金表面鍍幾個毫米厚的銅鍍層，銅鍍層還得經過銑削、外拋等機加工過程，這就必須控制添加劑的用量。經過一年的試生產，發現控制好添加劑的用量，即能提高鍍層的結合力和光亮度，同時也穩定了鍍液濃度。

4 工藝條件的影響

1)溫度。硫酸鹽鍍銅操作溫度范圍較寬。經過不同溫度條件下的實驗結果，最后確定θ為30～40℃較適宜，鍍后的銅鍍層光亮性和整平性非常好，而且韌性也好。溫度控制在其他區間內，雖然也能得到光亮性和整平性良好的銅鍍層，但韌性不好，在機械加工時鍍層容易剝離，嚴重影響產品質量。因此，將θ控制在30～40℃為佳。

2)陰極電流密度。電流密度與鍍液的操作溫度、硫酸銅質量濃度和攪拌強度均有關系。當溫度較高時，陰極電流密度可以接近工藝參數的上限。同樣，如果當硫酸銅質量濃度、攪拌強度較高時，陰極電流密度也可以接近工藝參數的上限［4］。但最大陰極電流密度不允許超過工藝規定的上限，如果電流密度過大，鍍層結晶粗糙，會出現許多針孔，光亮性降低。

3)空氣攪拌和連續過濾。實驗結果表明，攪拌可以降低濃差極化，提高陰極電流密度，可有效防止鍍層產生條紋，減少針孔和毛刺，使鍍層更均勻，有助于鍍液中亞銅離子氧化成銅離子，進而減少銅粉的產生。攪拌的同時進行循環過濾，可除去鍍液中存在的微量銅粉、添加劑分解產物和懸浮的固體雜質等，有利于改善鍍層質量、穩定鍍液［4］。根據實際生產情況，只采用連續過濾，能得到滿意的銅鍍層。

4)陽極。在硫酸鹽光亮鍍銅工藝中使用磷銅陽極很重要。因工作場地處偏僻，采購專用的磷銅合金作陽極比較困難。開始，所用的陽極是自己鑄造的，滿足不了工藝要求，從而導致鍍層產生毛刺、粗糙或積瘤等。為進一步提高產品質量，陽極材料專門選購，鍍層的質量問題得到解決。

5 測試

1)結合力測定。實踐中測定鍍銅層結合力的方法比較簡單，不需要借助先進儀器。首先，打磨結晶器銅管外表的銅鍍層，判定銅鍍層與結晶器銅管是否剝離。如果沒有剝離，再將結晶器銅管進行快速鋸切，觀察銅鍍層與結晶器銅管是否剝離。如果沒有剝離，最后，將結晶器銅管進行快速銑削，同樣觀察銅鍍層與結晶器銅管是否剝離。如果沒有剝離，證明銅鍍層與結晶器銅管的結合力良好。用上述方式可以判明銅鍍層結合力。

2)鍍液穩定性試驗。鍍液老化試驗最可靠的方法是長時間的生產，從2010年9月配制的鍍銅溶液，到2011年9月已經使用了一年時間，完成了數百只成品結晶器管實驗品和產品的電鍍，溶液仍繼續使用，與初配時一樣清澈。在日常工作中經常對溶液各成分進行化驗分析，如果含量超出工藝范圍，對溶液進行稀釋，如果含量低于工藝范圍，對溶液進行補加。總之，各成分質量濃度必須控制在工藝范圍內。同時槽液需連續過濾，蒸發后的溶液要及時補加去離子水。

用上述工藝在長期施鍍過程中，陽極正常損耗，幾乎不產生陽極泥，且溶液清澈見底，鍍層呈光亮的紫紅色。

6 結論

通過電鑄銅工藝對結晶器銅管進行施鍍，所得銅鍍層光亮，打磨后放置時間長而不變色。在工序生產過程中，未發現銅鍍層與結晶器銅管剝離的現象，說明鍍層結合力良好，能夠保證產品質量。

［1］ 張允誠，胡如南，向榮.電鍍手冊［M］.第2版.北京:國防工業出版社，1997:284-286.

［2］ 張勝濤.電鍍工程［M］.北京:化學工業出版社，2002:142-145.

［3］ 鄭瑞庭.電鍍實踐600例［M］.北京:化學工業出版社，2003:40-46.

［4］ 任廣軍.電鍍原理與工藝［M］.沈陽:東北大學出版社，2001:99-104.