CN103614752B - 一种锆材表面镀铜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锆材表面镀铜方法，该方法为：一、将锆材用酒精擦拭除脂，然后用水冲洗干净；二、将冲洗后的锆材置于酸洗液中进行酸洗，然后将酸洗后的锆材水洗去除残留酸；三、将去除残留酸的锆材置于NH4HF2溶液中进行预膜处理；四、将经预膜处理后的锆材置于电镀液中进行电镀覆铜，然后将电镀覆铜后的锆材冲洗干净后烘干。本发明通过预膜处理可在锆材表面形成蜂窝状结构，克服了锆材表面难以形成致密、均匀镀层的缺点，与未经预膜处理的光滑锆材表面相比，铜离子更容易在锆材表面附着，镀层结合力更强，镀层厚度可达0.05mm～0.20mm，镀层光滑、致密、不易脱落。

Description

一种锆材表面镀铜方法
技术领域
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种锆材表面镀铜方法。
背景技术
锆材因其具有中子吸收截面小且耐腐蚀的优点，在核工业及化工行业有着非常广泛的应用。在锆材的制备过程中，一般会经过挤压等热加工工序，由于锆材表面活性大，在高温状态下极易形成氧化物，这会导致材料的浪费且增加了后续的加工难度，且在挤压工序中因锆材和模具之间的摩擦导致锆材表面质量较差。目前在锆材的挤压加工过程中，主要采取包铜套的方式进行，由于铜套和坯料间存在间隙，在挤压过程中会因变形不同步导致产品表面产生沟槽等问题，而且在大规模生产过程中铜的用量也很大。
因此，为解决锆材在热加工过程中的表面氧化及挤压过程中铜包套的浪费问题，可在锆材表面进行镀铜处理，但锆属于一种难镀金属，作为稀有难熔金属的锆材表面极易生成稳定的钝化膜，使镀层和基体不能紧密结合。因此采用常规工艺很难在锆材表面形成致密、均匀的镀层，目前尚未见到在锆材表面进行镀铜处理的相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种锆材表面镀铜方法。该方法通过预膜处理可在锆材表面形成蜂窝状结构，克服了锆材表面难以形成致密、均匀镀层的缺点，与未经预膜处理的光滑锆材表面相比，铜离子更容易在锆材表面附着，镀层结合力更强；通过控制电镀时间和电流密度可精确控制镀层的厚度，采用该方法在锆材表面镀铜，镀层厚度可达0.05mm～0.20mm，镀层光滑、致密、不易脱落。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种锆材表面镀铜方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将锆材用酒精擦拭除脂，然后用水冲洗干净；
步骤二、将步骤一中冲洗后的锆材置于酸洗液中进行酸洗，然后将酸洗后的锆材水洗去除残留酸洗液；
步骤三、将步骤二中去除残留酸洗液的锆材置于浓度为10g/L～30g/L的NH4HF2溶液中进行预膜处理；所述预膜处理的温度为20℃～50℃，时间为20s～60s；
步骤四、将步骤三中经预膜处理后的锆材置于电镀液中进行电镀覆铜，然后将电镀覆铜后的锆材冲洗干净后烘干；所述电镀液为硫酸铜、浓硫酸和水的混合溶液，每1000mL电镀液中含有浓硫酸25mL～50mL，CuSO4·5H2O100g～300g，余量为水；所述电镀的时间为1h～3h，电镀液温度为20℃～45℃，锆材横截面的电流密度为0.5A/mm2～5A/mm2。
上述的一种锆材表面镀铜方法，步骤一中所述锆材中Zr的质量百分含量不小于95%。
上述的一种锆材表面镀铜方法，步骤二中所述酸洗液由HF、HNO3和H2O按照（5～10）:（40～50）:（40～55）的体积比混合制成，其中HF和HNO3均为分析纯试剂，所述酸洗的温度为20℃～50℃，时间为20s～80s。
上述的一种锆材表面镀铜方法，步骤四中所述浓硫酸为分析纯试剂。
上述的一种锆材表面镀铜方法，步骤四中所述烘干的温度为30℃～50℃，时间为10min～30min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过预膜处理可在锆材表面形成蜂窝状结构，克服了锆材表面难以形成致密、均匀镀层的缺点，与未经预膜处理的光滑锆材表面相比，铜离子更容易在锆材表面附着，镀层结合力更强。
2、本发明通过控制电镀时间和电流密度可精确控制镀层的厚度，采用本发明提供的电镀参数在锆材表面镀铜，镀层厚度可达0.05mm～0.20mm，镀层光滑、致密、不易脱落。
下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1预膜处理后的锆丝材的显微图片。
具体实施方式
实施例1
Zr的质量百分含量不小于95%的锆丝材表面镀铜：
步骤一、将锆材用酒精擦拭除脂，然后用水冲洗干净；
步骤二、将步骤一中冲洗后的锆材置于酸洗液中进行酸洗，然后将酸洗后的锆材水洗去除残留酸洗液；所述酸洗液由HF、HNO3和H2O按照5:40:55的体积比混合制成，其中HF和HNO3均为分析纯试剂，所述酸洗的温度为30℃，时间为40s；
步骤三、将步骤二中去除残留酸洗液的锆材置于浓度为20g/L的NH4HF2溶液中进行预膜处理；所述预膜处理的温度为30℃，时间为40s；
步骤四、将步骤三中经预膜处理后的锆材置于电镀液中，以锆材为阴极，以紫铜片为阳极，采用恒流电源进行电镀覆铜，然后将电镀覆铜后的锆材用水冲洗干净后烘干；所述电镀液为硫酸铜、浓硫酸（分析纯）和水的混合溶液，每1000mL电镀液中含有浓硫酸25mL，CuSO4·5H2O250g，余量为水；所述电镀的时间为2h，电镀液温度为25℃，锆材横截面的电流密度为1A/mm2；所述烘干的温度为45℃，时间为20min。
本实施例通过预膜处理可在锆材表面形成蜂窝状结构（见图1），克服了锆材表面难以形成致密、均匀镀层的缺点，与未经预膜处理的光滑锆材表面相比，铜离子更容易在锆材表面附着，镀层结合力更强；通过控制电镀时间和电流密度可精确控制镀层的厚度，镀层厚度为0.05mm～0.06mm，镀层光滑、致密、不易脱落。
实施例2
Zr的质量百分含量不小于95%的锆板材表面镀铜：
步骤一、将锆材用酒精擦拭除脂，然后用水冲洗干净；
步骤二、将步骤一中冲洗后的锆材置于酸洗液中进行酸洗，然后将酸洗后的锆材水洗去除残留酸洗液；所述酸洗液由HF、HNO3和H2O按照10:50:40的体积比混合制成，其中HF和HNO3均为分析纯试剂，所述酸洗的温度为50℃，时间为20s；
步骤三、将步骤二中去除残留酸洗液的锆材置于浓度为30g/L的NH4HF2溶液中进行预膜处理；所述预膜处理的温度为50℃，时间为20s；
步骤四、将步骤三中经预膜处理后的锆材置于电镀液中，以锆材为阴极，以紫铜片为阳极，采用恒流电源进行电镀覆铜，然后将电镀覆铜后的锆材用水冲洗干净后烘干；所述电镀液为硫酸铜、浓硫酸（分析纯）和水的混合溶液，每1000mL电镀液中含有浓硫酸50mL，CuSO4·5H2O100g，余量为水；所述电镀的时间为1h，电镀液温度为20℃，锆材横截面的电流密度为2A/mm2；所述烘干的温度为30℃，时间为30min。
本实施例通过预膜处理可在锆材表面形成蜂窝状结构，克服了锆材表面难以形成致密、均匀镀层的缺点，与未经预膜处理的光滑锆材表面相比，铜离子更容易在锆材表面附着，镀层结合力更强；通过控制电镀时间和电流密度可精确控制镀层的厚度，镀层厚度为0.09mm～0.10mm，镀层光滑、致密、不易脱落。
实施例3
Zr的质量百分含量不小于95%的锆带材表面镀铜：
步骤一、将锆材用酒精擦拭除脂，然后用水冲洗干净；
步骤二、将步骤一中冲洗后的锆材置于酸洗液中进行酸洗，然后将酸洗后的锆材水洗去除残留酸洗液；所述酸洗液由HF、HNO3和H2O按照8:42:50的体积比混合制成，其中HF和HNO3均为分析纯试剂，所述酸洗的温度为20℃，时间为80s；
步骤三、将步骤二中去除残留酸洗液的锆材置于浓度为10g/L的NH4HF2溶液中进行预膜处理；所述预膜处理的温度为20℃，时间为60s；
步骤四、将步骤三中经预膜处理后的锆材置于电镀液中，以锆材为阴极，以紫铜片为阳极，采用恒流电源进行电镀覆铜，然后将电镀覆铜后的锆材用水冲洗干净后烘干；所述电镀液为硫酸铜、浓硫酸（分析纯）和水的混合溶液，每1000mL电镀液中含有浓硫酸30mL，CuSO4·5H2O300g，余量为水；所述电镀的时间为3h，电镀液温度为45℃，锆材横截面的电流密度为5A/mm2；所述烘干的温度为50℃，时间为10min。
本实施例通过预膜处理可在锆材表面形成蜂窝状结构，克服了锆材表面难以形成致密、均匀镀层的缺点，与未经预膜处理的光滑锆材表面相比，铜离子更容易在锆材表面附着，镀层结合力更强；通过控制电镀时间和电流密度可精确控制镀层的厚度，镀层厚度为0.18mm～0.20mm，镀层光滑、致密、不易脱落。
实施例4
Zr的质量百分含量不小于95%的锆丝材表面镀铜：
步骤一、将锆材用酒精擦拭除脂，然后用水冲洗干净；
步骤二、将步骤一中冲洗后的锆材置于酸洗液中进行酸洗，然后将酸洗后的锆材水洗去除残留酸洗液；所述酸洗液由HF、HNO3和H2O按照5:50:40的体积比混合制成，其中HF和HNO3均为分析纯试剂，所述酸洗的温度为30℃，时间为60s；
步骤三、将步骤二中去除残留酸洗液的锆材置于浓度为30g/L的NH4HF2溶液中进行预膜处理；所述预膜处理的温度为40℃，时间为30s；
步骤四、将步骤三中经预膜处理后的锆材置于电镀液中，以锆材为阴极，以紫铜片为阳极，采用恒流电源进行电镀覆铜，然后将电镀覆铜后的锆材冲洗干净后烘干；所述电镀液为硫酸铜、浓硫酸（分析纯）和水的混合溶液，每1000mL电镀液中含有浓硫酸40mL，CuSO4·5H2O250g，余量为水；所述电镀的时间为3h，电镀液温度为30℃，锆材横截面的电流密度为0.5A/mm2；所述烘干的温度为30℃，时间为15min。
本实施例通过预膜处理可在锆材表面形成蜂窝状结构，克服了锆材表面难以形成致密、均匀镀层的缺点，与未经预膜处理的光滑锆材表面相比，铜离子更容易在锆材表面附着，镀层结合力更强；通过控制电镀时间和电流密度可精确控制镀层的厚度，镀层厚度为0.05mm～0.06mm，镀层光滑、致密、不易脱落。
实施例5
Zr的质量百分含量不小于95%的锆线材表面镀铜：
步骤一、将锆材用酒精擦拭除脂，然后用水冲洗干净；
步骤二、将步骤一中冲洗后的锆材置于酸洗液中进行酸洗，然后将酸洗后的锆材水洗去除残留酸洗液；所述酸洗液由HF、HNO3和H2O按照10:40:40的体积比混合制成，其中HF和HNO3均为分析纯试剂，所述酸洗的温度为40℃，时间为20s；
步骤三、将步骤二中去除残留酸洗液的锆材置于浓度为15g/L的NH4HF2溶液中进行预膜处理；所述预膜处理的温度为50℃，时间为20s；
步骤四、将步骤三中经预膜处理后的锆材置于电镀液中，以锆材为阴极，以紫铜片为阳极，采用恒流电源进行电镀覆铜，然后将电镀覆铜后的锆材用水冲洗干净后烘干；所述电镀液为硫酸铜、浓硫酸（分析纯）和水的混合溶液，每1000mL电镀液中含有浓硫酸30mL，CuSO4·5H2O200g，余量为水；所述电镀的时间为2.5h，电镀液温度为30℃，锆材横截面的电流密度为3A/mm2；所述烘干的温度为40℃，时间为20min。
本实施例通过预膜处理可在锆材表面形成蜂窝状结构，克服了锆材表面难以形成致密、均匀镀层的缺点，与未经预膜处理的光滑锆材表面相比，铜离子更容易在锆材表面附着，镀层结合力更强；通过控制电镀时间和电流密度可精确控制镀层的厚度，镀层厚度为0.13mm～0.15mm，镀层光滑、致密、不易脱落。
实施例6
Zr的质量百分含量不小于95%的锆带材表面镀铜：
步骤一、将锆材用酒精擦拭除脂，然后用水冲洗干净；
步骤二、将步骤一中冲洗后的锆材置于酸洗液中进行酸洗，然后将酸洗后的锆材水洗去除残留酸洗液；所述酸洗液由HF、HNO3和H2O按照10:40:55的体积比混合制成，其中HF和HNO3均为分析纯试剂，所述酸洗的温度为30℃，时间为50s；
步骤三、将步骤二中去除残留酸洗液的锆材置于浓度为25g/L的NH4HF2溶液中进行预膜处理；所述预膜处理的温度为30℃，时间为50s；
步骤四、将步骤三中经预膜处理后的锆材置于电镀液中，以锆材为阴极，以紫铜片为阳极，采用恒流电源进行电镀覆铜，然后将电镀覆铜后的锆材冲洗干净后烘干；所述电镀液为硫酸铜、浓硫酸（分析纯）和水的混合溶液，每1000mL电镀液中含有浓硫酸40mL，CuSO4·5H2O150g，余量为水；所述电镀的时间为1h，电镀液温度为40℃，锆材横截面的电流密度为5A/mm2；所述烘干的温度为45℃，时间为20min。
本实施例通过预膜处理可在锆材表面形成蜂窝状结构，克服了锆材表面难以形成致密、均匀镀层的缺点，与未经预膜处理的光滑锆材表面相比，铜离子更容易在锆材表面附着，镀层结合力更强；通过控制电镀时间和电流密度可精确控制镀层的厚度，镀层厚度为0.15mm～0.17mm，镀层光滑、致密、不易脱落。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种锆材表面镀铜方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将锆材用酒精擦拭除脂，然后用水冲洗干净；
步骤二、将步骤一中冲洗后的锆材置于酸洗液中进行酸洗，然后将酸洗后的锆材水洗去除残留酸洗液；所述酸洗液由HF、HNO3和H2O按照(5～10):(40～50):(40～55)的体积比混合制成，其中HF和HNO3均为分析纯试剂，所述酸洗的温度为20℃～50℃，时间为20s～80s；
步骤三、将步骤二中去除残留酸洗液的锆材置于浓度为10g/L～30g/L的NH4HF2溶液中进行预膜处理；所述预膜处理的温度为20℃～50℃，时间为20s～60s；
步骤四、将步骤三中经预膜处理后的锆材置于电镀液中进行电镀覆铜，然后将电镀覆铜后的锆材冲洗干净后烘干；所述电镀液为硫酸铜、浓硫酸和水的混合溶液，每1000mL电镀液中含有浓硫酸25mL～50mL，CuSO4·5H2O100g～300g，余量为水；所述电镀的时间为1h～3h，电镀液温度为20℃～45℃，锆材横截面的电流密度为0.5A/mm2～5A/mm2。
2.根据权利要求1所述的一种锆材表面镀铜方法，其特征在于，步骤一中所述锆材中Zr的质量百分含量不小于95％。
3.根据权利要求1所述的一种锆材表面镀铜方法，其特征在于，步骤四中所述浓硫酸为分析纯试剂。
4.根据权利要求1所述的一种锆材表面镀铜方法，其特征在于，步骤四中所述烘干的温度为30℃～50℃，时间为10min～30min。
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