CN103789802B - 一种铜基表面纳米化处理后电镀银的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜基表面纳米化处理后电镀银的方法，将纯铜样品或铜合金样品放于密闭容器上部，容器底部放置磨球，对样品进行表面机械研磨处理；然后进行退火处理，消除表面机械研磨处理过程中产生的位错和应力，得到表面纳米化的铜基体；再对表面纳米化的铜基体进行电镀银处理，待镀层厚度达到要求时，完成对表面纳米化的铜基体的电镀银操作，得到铜基银镀件。本发明通过表面机械研磨处理在样品表层处获得一层均匀的等轴纳米晶粒，电镀时铜基体表面的等轴纳米晶粒层能够提高电镀银层与铜基体的结合性，提高铜基体表面的硬度，同时降低电镀银层应力，降低镀件在使用过程中的磨损情况，延长镀件的使用寿命。

Description

一种铜基表面纳米化处理后电镀银的方法

技术领域

本发明属于电镀银技术领域，具体涉及一种铜基表面纳米化处理后电镀银的方法。

背景技术

随着工业应用的发展，电镀银广泛应用于变压器开关、高低压开关等行业的触头部分。目前，在电镀银过程中，对铜及铜合金等基体表面进行除油、酸洗后进行电镀银沉积。通过这种电镀沉积获得的镀银层存在与基体结合差、膜层应力大、使用寿命短等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜基表面纳米化处理后电镀银的方法，该方法能够在铜基体表层处得到一层均匀的等轴纳米晶粒，能够提高电镀银层与铜基体的结合性，降低电镀银层应力，并且能够延长镀件的使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1）将纯铜样品或铜合金样品放于密闭容器上部，容器底部放置磨球，对样品进行表面机械研磨处理；

2）对经过表面机械研磨处理后的纯铜样品或铜合金样品进行退火处理，消除表面机械研磨处理过程中产生的位错和应力，得到表面纳米化的铜基体；

3）对表面纳米化的铜基体进行电镀银处理，待镀层厚度达到要求时，完成对表面纳米化的铜基体的电镀银操作，得到铜基银镀件。

所述的步骤1）中表面机械研磨处理的时间为10～20min，振动频率为10～20KHz。

所述的步骤1）中的磨球是直径为2～5mm的不锈钢球或陶瓷球。

所述的步骤2）中退火处理的温度为300℃～400℃，时间为0.5～1h。

所述的步骤2）得到的表面纳米化的铜基体其表面具有等轴的纳米晶粒。

所述的步骤3）中的电镀银处理包括有氰镀银处理和无氰镀银处理。

所述的有氰镀银处理的主要工艺步骤依次为：除油、酸洗、活化及有氰镀银；所述的无氰镀银处理的主要工艺步骤依次为：除油、酸洗、活化、预镀银及无氰镀银。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供了一种铜基表面纳米化处理后电镀银的方法，先对纯铜样品或铜合金样品进行表面机械研磨处理，然后退火，得到表面纳米化的铜基体，再对表面纳米化的铜基体进行电镀银处理。其中表面机械研磨处理主要用于实现样品表面晶粒的纳米化。表面机械研磨处理的过程是，在密闭容器内，由底部的磨球通过振动发生器的驱动高速冲击位于容器上部的纯铜样品或铜合金样品表面，导致样品表层不断地发生剧烈的塑性变形，致使样品表层晶粒细化至纳米量级。经过处理的样品表层的晶粒中存在大量的位错与应力，在恒温下退火处理一定时间后，可以实现样品表层晶粒细化，在样品表面获得一层均匀的等轴纳米晶粒层，即得到表面纳米化的铜基体。然后对表面纳米化的铜基体进行电镀银处理，得到铜基银镀件。电镀时铜基体表面的等轴纳米晶粒层能够提高电镀银层与铜基体的结合性，降低电镀银层应力。并且经过表面机械研磨处理得到的铜基体的表面硬度大幅提高，降低了镀件在使用过程中的磨损情况，延长了镀件的使用寿命。

附图说明

图1为经过表面机械处理及退火处理的铜合金有氰电镀银后的截面透射图。

图2为经过表面机械处理及退火处理的铜合金表层纳米晶粒的截面透射图。

其中：a为电镀银层、b为铜合金表层纳米晶粒、c为铜合金基体大晶粒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

1）将纯铜样品放于密闭容器上部，容器底部放置直径为3mm的不锈钢球，对样品进行15min的表面机械研磨处理，振动频率为20KHz。

2）将经过表面机械研磨处理后的纯铜样品在300℃的恒温状态下退火处理1h，消除由表面机械研磨处理过程中产生的位错和应力，得到表面纳米化的铜基体。

3）对表面纳米化的铜基体进行有氰镀银处理，待镀层厚度达到要求时，完成对表面纳米化的铜基体的有氰镀银操作，得到铜基银镀件。其中有氰镀银处理的工艺步骤依次为：除油、水洗、酸洗、水洗、活化、水洗、有氰镀银、水洗、干燥。各主要工序的工艺条件如下：

a.除油：将表面纳米化的铜基体浸于80℃的除油碱液中，至表面除油干净，其中除油碱液的配方为：氢氧化钠10g/L，碳酸钠40g/L，磷酸三钠50g/L，OP乳化剂3g/L；

b.酸洗：将除油后的铜基体浸于40℃的酸洗液中，其中酸洗液的配方为：硫酸（1.84g/ml）100g/L，盐酸（1.18g/ml）150g/L，缓蚀剂0.5g/L；

c.活化：将酸洗后的铜基体浸于活化酸液中，在室温下活化处理20s，其中活化酸液的配方为：硫酸（1.84g/ml）8g/L；

d.有氰镀银：将活化后的铜基体置于有氰镀银溶液中，在室温下电镀银，电镀银时的阴极电流密度为1.5A/dm²，其中有氰镀银溶液的配方为：氯化银60g/L，氰化钾75g/L，酒石酸钾钠35g/L。

实施例2

（1）将铜合金样品放入密闭容器上部，容器底部放有直径为2mm的陶瓷球，对样品进行20min的表面机械研磨处理，振动频率为10KHz。

（2）将经过表面机械研磨处理的铜合金样品在400℃下退火0.8h，消除由表面机械研磨处理过程中产生的位错和应力，得到表面纳米化的铜基体。

（3）对表面纳米化的铜基体进行无氰镀银处理，待镀层厚度达到要求时，完成对表面纳米化的铜基体的无氰镀银操作，得到铜基银镀件。其中无氰镀银处理的工艺步骤依次为：除油、水洗、酸洗、水洗、活化、水洗、预镀银、水洗、无氰镀银、水洗、干燥。各主要工序的工艺条件如下：

a.除油：将表面纳米化的铜基体浸于80℃的除油碱液中，至表面除油干净，其中除油碱液的配方为：氢氧化钠10g/L，碳酸钠40g/L，磷酸三钠50g/L，OP乳化剂3g/L；

b.酸洗：将除油后的铜基体浸于40℃的酸洗液中，其中酸洗液的配方为：硫酸（1.84g/ml）100g/L，盐酸（1.18g/ml）150g/L，缓蚀剂0.5g/L；

c.活化：将酸洗后的铜基体浸于活化酸液中，在室温下活化处理20s，其中活化酸液的配方为：硫酸（1.84g/ml）8g/L；

d.预镀银：将活化后的铜基体置于预镀银溶液中，在室温下预镀银，预镀银时的阴极电流密度为0.3A/dm²，时间60s，其中预镀银溶液的配方为：氰化银5g/L，氰化钾70g/L，碳酸钾8g/L；

e.无氰镀银：将预镀银后的铜基体置于无氰镀银溶液中，在室温下电镀银，电镀银时的阴极电流密度为0.3A/dm²，无氰镀银溶液的pH值为5.5，无氰镀银溶液的配方为：硝酸银45g/L，硫代硫酸钠250g/L，焦亚硫酸钠45g/L，醋酸铵25g/L，硫代氨基脲0.6g/L。

实施例3

（1）将铜合金样品放入密闭容器上部，容器底部放有直径为5mm的陶瓷球，对样品进行10min的表面机械研磨处理，振动频率为15KHz。

（2）将经过表面机械研磨处理的铜合金样品在350℃下退火0.5h，消除由表面机械研磨处理过程中产生的位错和应力，得到表面纳米化的铜基体。

（3）对表面纳米化的铜基体进行无氰镀银处理，待镀层厚度达到要求时，完成对表面纳米化的铜基体的无氰镀银操作，得到铜基银镀件。其中无氰镀银处理的工艺步骤依次为：除油、水洗、酸洗、水洗、活化、水洗、预镀银、水洗、无氰镀银、水洗、干燥。

图1为经过表面机械研磨处理及退火处理的铜合金有氰电镀银后的截面透射图。图2为经过表面机械研磨处理及退火处理的铜合金表层纳米晶粒的截面透射图。其中：a为电镀银层、b为铜合金表层纳米晶粒、c为铜合金基体大晶粒。从图1与图2可以看出，经过表面机械研磨处理后，铜合金表层为细小的等轴纳米晶粒，晶粒大小约100nm左右，距离表层越远，铜合金的晶粒越粗大。说明铜合金经表面机械研磨处理后，其表层处得到一层均匀的等轴纳米晶粒，能够提高电镀银层与铜合金基体的结合性与铜合金基体表面的硬度，同时降低电镀银层应力，延长镀件的使用寿命。

根据GB/T5270-2005金属基体上的金属覆盖层电沉积和化学沉积层附着强度试验方法，采用划线方法分别对表面未经过纳米化处理的有氰镀银试样和表面经过纳米化处理后有氰镀银试样进行结合强度测试，具体方法为：用一刃口磨成30°锐角的硬质钢划刀，划边长为1mm的正方形格子，观察格子内的覆盖层情况。测试结果如表1所示。

表1

Claims (6)

1.一种铜基表面纳米化处理后电镀银的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将纯铜样品或铜合金样品放于密闭容器上部，容器底部放置磨球，对样品进行表面机械研磨处理；

2)对经过表面机械研磨处理后的纯铜样品或铜合金样品在300℃～400℃的温度下进行0.5～1h的退火处理，消除表面机械研磨处理过程中产生的位错和应力，得到表面纳米化的铜基体；所述的表面纳米化的铜基体的表面具有等轴的纳米晶粒；

3)对表面纳米化的铜基体进行电镀银处理，待镀层厚度达到要求时，完成对表面纳米化的铜基体的电镀银操作，得到铜基银镀件。

2.根据权利要求1所述的铜基表面纳米化处理后电镀银的方法，其特征在于：所述的步骤1)中表面机械研磨处理的时间为10～20min，振动频率为10～20KHz。

3.根据权利要求1或2所述的铜基表面纳米化处理后电镀银的方法，其特征在于：所述的步骤1)中的磨球是直径为2～5mm的不锈钢球或陶瓷球。

4.根据权利要求1或2所述的铜基表面纳米化处理后电镀银的方法，其特征在于：所述的步骤3)中的电镀银处理包括有氰镀银处理和无氰镀银处理。

5.根据权利要求4所述的铜基表面纳米化处理后电镀银的方法，其特征在于：所述的有氰镀银处理的主要工艺步骤依次为：除油、酸洗、活化及有氰镀银。

6.根据权利要求4所述的铜基表面纳米化处理后电镀银的方法，其特征在于：所述的无氰镀银处理的主要工艺步骤依次为：除油、酸洗、活化、预镀银及无氰镀银。