铜保护剂在高压电气产品上的应用

2011-12-27张艳霞黄海宾

电镀与环保 2011年3期

关键词：铬酸铜合金保护剂

赵涛, 黄娟, 张艳霞, 黄海宾

（1.西安西电开关电气有限公司,陕西西安, 710077;2.海宁市科泰克金属表面技术有限公司,浙江海宁, 314400）

铜保护剂在高压电气产品上的应用

赵涛1, 黄娟1, 张艳霞1, 黄海宾2

（1.西安西电开关电气有限公司,陕西西安, 710077;2.海宁市科泰克金属表面技术有限公司,浙江海宁, 314400）

0 前言

为了使高压电气产品具有良好的导电性、导热性及较小的摩擦力,滑动接触零件广泛使用铜或铜合金。然而在铜或铜合金零件表面生成的腐蚀层的电阻会造成电压升高,严重影响设备的质量;同时在铜材的生产、储运及使用过程中容易形成薄的腐蚀膜而变色,这不仅影响美观,而且影响其导电性和可焊性。对于在低功率及低电压条件下的铜或铜合金电子设备,接触面上生成100～150μm厚的腐蚀产物,便可产生10～100 mV的电压,这足以影响设备的正常工作[1]。为了防止或减缓腐蚀,必须对铜或铜合金表面进行适当的处理。钝化是常用的处理方法之一,一般分为3种类型[2-3]:（1）传统的六价铬工艺,效果较好,但因六价铬污染严重,国家已明令禁止;（2）使用苯并三氮唑,虽然污染程度低,但温度高,处理时间长,效果也不太理想;（3）现有商品钝化工艺,配方各异,效果比常规工艺有所提高。以上3种工艺均未彻底解决制品的耐蚀性及耐高温问题。为此,经过对比试验及工业批量生产,研究出了Cu18-III保护剂,其效果大大超过普通无铬钝化工艺,并优于含铬钝化工艺。同时本工艺具有处理温度低、钝化速率快、工艺条件宽、易于管理使用等优点,在实际生产中效果明显,完全可以替代铬酸钝化。

1 试验

1.1 试验材料

使用的材料有紫铜件,Cu18-III保护剂（海宁市科泰克金属表面技术有限公司）,铬酸。

1.2 工艺流程

（1）铬酸钝化

（2）Cu18-III保护剂

1.3 主要工序说明

（1）除油

除油液工艺组成为:NaOH 14～16 g/L,Na2CO318～25 g/L,Na3PO48～10 g/L,80～90℃,油除尽为止。

（2）活化

常规活化液工艺组成为:H2SO430～60 mL/L,5～10 s;我车间采用的活化工艺为:盐酸150～200 g/L,5～10 s,光泽酸洗（VH2S04∶VHNO3=1∶4,3～5 s）。

2 结果与讨论

2.1 Cu18-III对耐蚀性的影响

Cu18-III保护剂为含有多个N—H化学键的有机分子混合物,对铜的保护效果很好。在p H值为6.5～10.0的水溶液中,保护剂吸附到铜表面后,分子中N—H化学键上的氢原子被铜原子取代,形成Cu—N共价键,由铜和保护剂交替形成一种较复杂、厚度约为 5μm的配合物膜结构。该膜层在220℃以上仍能保持良好的缓蚀效果,起到隔绝外界浸蚀性物质的作用。

表1为保护剂的质量分数对膜层耐蚀性的影响。由表1可知:膜层的耐蚀性随着Cu18-III的质量分数的升高而变好,当其质量分数大于15%以后,保护作用增加有限。考虑经济因素,一般使用以5%～10%为宜。表2为保护剂的质量分数为10%时温度对膜层耐蚀性能的影响。由表2可知:由于保护剂中存在表面活性剂,浊点对保护性能的影响较大,温度过低,化学反应活性不够,速度慢,溶液中有保护剂析出;温度过高,超过表面活性剂的浊点,溶液浑浊,保护性能急剧下降。因此,为了发挥铜保护剂的最佳性能,必须选择合适的温度,实际操作中控制在40～55℃为宜。

表1 保护剂的质量分数对耐蚀性的影响

表2 保护剂的质量分数为10%时温度对耐蚀性的影响

2.2 Cu18-III对绝缘保护涂料剥离性能的影响

由于高压电器中许多工件需要部分镀银,涉及到局部电镀问题,局部电镀的绝缘保护涂料（可剥性涂料）与工件的结合力必须适中。由于保护剂与铜的结合是属于化学反应,非物理黏附,因此保护剂分子与涂料中的橡胶分子必须有恰当的结合力,保护剂中亲水基团太强,涂料就不容易被剥离下来;亲水基团太弱,涂料结合力不够,容易出现开胶、漏保护。Cu18-III保护剂的质量分数对可剥性涂料剥离性能的影响,如表3所示。

表3 保护剂对可剥性涂料剥离性能的影响（45℃）

3 Cu18-III替代铬酸经济与环境效益分析

根据工厂实际情况,推算出使用铬酸钝化工艺处理时,1年的运行费用约为776 880元;而采用Cu18-III保护工艺时,1年的运行费用约为722 880元,明显低于铬酸钝化工艺的。

使用铬酸钝化工艺时,处理每m2的铜件需铬酸3 g,实际真正起作用的仅为2～5 mg,其余的大量铬酸都要经过严格处理才能排放。经Cu18-III保护剂处理后的废液中无六价铬,仅留有少量的有机物,COD废水中化学耗氧量约为10 mg/L,达到国家1级排放标准。如没有其他前处理、电镀等污染物混合,可以直接排放。