CN105088291A - 一种机械镀铜及铜合金用促进剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械镀铜及铜合金用促进剂，属于钢铁制件表面镀铜技术领域。本发明的促进剂由硅藻土0.5%～2%、葡萄糖酸钠1%～2%、三乙醇胺0.5%～1%、氯化铵1%～3%、亚锡盐78%～83%、磷酸二氢铵5%～8%、硼酸0.5%～2%、聚乙二醇5%～10%组成，它由以上物质混合成粉末状，使用时粉末状促进剂40%与OP-10？2%～5%和磷酸5%～10%和余量水按一定添加顺序配制成水溶液。本发明的促进剂用于机械镀方法在钢铁制品表面形成铜或铜合金镀层，施镀时促进剂水溶液的使用量（单位：毫升）为待镀钢铁制件表面积（单位：平方米）的8～10倍。采用本发明促进剂可实现铜或铜合金粉在钢铁制件表面的快速沉积，获得表面平滑、色泽均匀的铜及铜合金镀层。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械镀铜及铜合金用促进剂，属于钢铁材料的表面镀覆技术领域，用于钢铁制件表面的机械镀铜及铜合金。
背景技术
机械镀技术是欧美等发达国家在上世纪60年代进入工业应用的一种新型的绿色表面防护工艺，其具有效率高、成本低、能耗小、工艺简单、环境污染小等特征。近几年来，随着环保压力的增加以及小电镀厂的关闭，机械镀技术受到了表面处理行业的青睐。但其在发展过程中也暴露出了一些问题，如镀层种类单一，尤其是难以满足相关行业的生产需求。随着绿色表面工程的发展以及环保压力的增大，电子、电器、装饰五金领域对机械镀铜的发展提供了良好契机。但文献检索表明，表面防护领域对机械镀铜工艺的研究甚少，于萍曾在“机械镀铜及铜合金工艺及其耐蚀性研究”（电镀与精饰，2005，第六期，7～9页）一文中通过在机械镀过程中添加铜粉、CuSO4·5H2O、硫酸氢钠、聚乙二醇在钢铁制件表面制备了纯铜层，但其生产实践应用情况未见报道。机械镀技术领域的研究者和工程师们采用常规的机械镀锌工艺，将锌粉更换为铜粉或铜合金粉，在镀锌促进剂的基础上添加硫酸铜或其它铜盐，但大量的生产尝试均以失败而告终。机械镀铜及铜合金所采用的主要形层材料为紫铜粉或黄铜粉或青铜粉，与锌及锌合金粉相比，二价铜离子更容易在钢铁表面发生还原沉积，但金属铜易氧化，二价铜离子的还原沉积层极不稳定，易变色甚至发黑，且金属铜的标准电极电位比锌要正的多，所以从理论和实践分析常规的机械镀锌沉积促进剂（或者是机械镀锌镀层增厚过程所用的促进剂）已不再适合于机械镀铜及铜合金镀层工艺。为此，研究一种用于机械镀铜及铜合金的添加剂或促进剂，在钢铁制件表面获得表面平滑、镀层完整、色泽稳定、色泽均匀的铜及铜合金镀层成为该领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种机械镀铜及铜合金用促进剂，所述促进剂的成分及其质量百分比为硅藻土0.5%～2%，葡萄糖酸钠1%～2%，三乙醇胺0.5%～1%，氯化铵1%～3%，亚锡盐78%～83%，磷酸二氢铵5%～8%，硼酸0.5%～2%，聚乙二醇5%～10%。
所述的机械镀铜及铜合金促进剂水溶液使用时，具体包括以下步骤：
（1）钢铁制件依次经过除油、漂洗、除锈、漂洗后得到表面洁净的钢铁制件；
（2）将钢铁制件、介质、水(介质和水的加入量与钢铁制件的形状和单件重量有关，以保证镀筒转动过程镀筒内的物料呈泻落状态)装入通用机械镀设备的镀筒内，添加硫酸调节镀液的pH值为3～6，然后添加铜粉或铜合金粉，随后添加促进剂水溶液，转动镀筒3～6分钟；
（3）根据所要求的镀层厚度多次循环添加铜粉或铜合金粉和沉积促进剂水溶液，循环加料的时间间隔为3～6分钟，循环次数越多，镀层厚度越厚，因此对于循环次数的确定是本领域的公知常识；
（4）向机械镀设备的镀筒中添加水，镀筒继续旋转1～2分钟，随着镀筒的旋转将工件镀层表面清洗干净，然后卸料、工件分离，钢铁制件表面获得一层铜或铜合金层。
所述的机械镀铜及铜合金用促进剂用于钢铁制件表面的机械镀铜及铜合金镀，使用时促进剂水溶液的每次加入量与被镀面积的关系为8~10ml/m2。
所述促进剂水溶液由以下方法配制得到：先向水中添加磷酸，然后添加OP-10，最后添加促进剂粉末得到促进剂水溶液，在促进剂水溶液中促进剂粉末的质量百分比为40%，OP-10的质量百分比为2%～5%、磷酸的质量百分比为5%～10%，余量为水。
本发明所述除油：采用常用的化学法、电化学法、超声波法、氧化法等除去钢铁制件表面的各类油、脂、蜡等污物；
本发明所述漂洗：采用常用的流动水漂洗方法；
本发明所述除锈：采用常用的酸洗法、机械法等去除钢铁制件表面的锈垢、氧化皮等污物；
本发明所述镀铜步骤：向机械镀设备的镀筒内添加铜粉或铜合金粉，然后添加所述的促进剂水溶液，镀筒转动3～6分钟，可根据镀层的厚度要求循环向镀筒内添加铜粉+促进剂水溶液，循环加料的时间间隔为3～6分钟；
（7）强化：向镀筒中添加自来水，镀筒继续旋转1～2分钟，然后卸料、工件分离，钢铁制件表面获得一层铜或铜合金层。
本发明的有益效果：
（1）本发明的促进剂不含有硫酸铜、氯化铜或其它铜盐，最终在钢铁制件表面所获得的镀层主要由的铜粉或合金粉组成，不存在铜盐的还原沉积层，镀层表面色泽稳定。
（2）采用本发明促进剂施镀时不需要在工件基体表面建立铜盐还原沉积过渡层，也不需要建立锌—锡合金过渡层，可直接在钢铁制件表面镀敷铜或铜合金镀层，生产效率高。
（3）采用本发明促进剂施镀时每次加料（促进剂水溶液+铜粉或铜合金粉）可实现镀层增厚10微米，镀敷速度快。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
机械镀铜及铜合金促进剂原料质量百分比：
硅藻土0.5%
葡萄糖酸钠1%
三乙醇胺0.5%
氯化铵1%
氯化亚锡78%
磷酸二氢铵8%
硼酸1%
聚乙二醇10%
以上原料均为工业级化工原料，水为干净的自来水。
本实施例所述的机械镀铜及铜合金用促进剂用于钢铁制件表面的机械镀铜及铜合金，使用时将促进剂配置为水溶液，具体过程为：先向水中添加磷酸，然后添加OP-10，最后添加促进剂粉末得到促进剂水溶液，在促进剂水溶液中促进剂粉末的质量百分比为40%，OP-10的质量百分比为2%，磷酸的质量百分比为7%，余量为水。促进剂水溶液的加入量与被镀面积的关系为8ml/m2。
所述的机械镀铜及铜合金用促进剂用于钢铁制件表面的机械镀铜及铜合金，包括以下步骤：待镀钢铁制件为Ф20厚度3mm的平垫片100kg，被镀表面积9.5㎡，将经过前处理的垫片、适量的玻璃珠（Ф2～3）、水和少量的硫酸装入镀筒，镀筒内镀液的pH值为6，然后向镀筒内添加807.5g紫铜粉，随后向镀筒内添加76ml促进剂水溶液，镀筒继续转动5分钟后向镀筒内添加适量自来水完成镀层强化，之后卸料、分离，垫片表面获得色泽均匀的紫铜镀层，横断面金相法发现紫铜镀层厚度约9微米，且镀层厚度均匀。
实施例2
机械镀铜及铜合金促进剂原料质量百分比：
硅藻土2%
葡萄糖酸钠1%
三乙醇胺1%
氯化铵3%
氯化亚锡80%
磷酸二氢铵5%
硼酸2%
聚乙二醇6%
以上原料均为工业级化工原料，水为干净的自来水。
本实施例所述的机械镀铜及铜合金用促进剂用于钢铁制件表面的机械镀铜及铜合金，使用时将促进剂配置为水溶液，具体过程为：先向水中添加磷酸，然后添加OP-10，最后添加促进剂粉末得到促进剂水溶液，在促进剂水溶液中促进剂粉末的质量百分比为40%，OP-10的质量百分比为4%，磷酸的质量百分比为5%，余量为水。促进剂水溶液的加入量与被镀面积的关系为9ml/m2。
所述的机械镀铜及铜合金用促进剂用于钢铁制件表面的机械镀铜及铜合金，包括以下步骤：待镀钢铁制件为Ф16厚度2mm的平垫片100kg，被镀表面积14㎡，将经过前处理的垫片、适量的玻璃珠（Ф2～3）、水和少量硫酸装入镀筒，镀筒内镀液的pH值为4，然后向镀筒内添加1190g黄铜粉，随后向镀筒内添加126ml促进剂水溶液，镀筒继续转动5分钟后向镀筒内添加适量自来水完成镀层强化，之后卸料、分离，垫片表面获得色泽均匀的黄铜镀层，横断面金相法发现黄铜镀层厚度约9.5微米，且镀层厚度均匀。
实施例3
机械镀铜及铜合金促进剂原料质量百分比：
硅藻土1%
葡萄糖酸钠1.5%
三乙醇胺0.8%
氯化铵2.5%
氯化亚锡80%
磷酸二氢铵6%
硼酸1.5%
聚乙二醇6.7%
以上原料均为工业级化工原料，水为干净的自来水。
本实施例所述的机械镀铜及铜合金用促进剂用于钢铁制件表面的机械镀铜及铜合金，使用时将促进剂配置为水溶液，具体过程为：先向水中添加磷酸，然后添加OP-10，最后添加促进剂粉末得到促进剂水溶液，在促进剂水溶液中促进剂粉末的质量百分比为40%，OP-10的质量百分比为5%，磷酸的质量百分比为6%，余量为水。促进剂水溶液的加入量与被镀面积的关系为9ml/m2。
所述的机械镀铜及铜合金用促进剂用于钢铁制件表面的机械镀铜及铜合金，包括以下步骤：待镀钢铁制件为Ф2.5mm长度50mm的钢钉100kg，被镀表面积22.5㎡；将经过前处理的钢钉、适量的玻璃珠（Ф2～3）、水和少量的硫酸装入镀筒，镀筒内镀液的pH值为3，然后向镀筒内添加1912.5g锡青铜粉，随后向镀筒内添加202.5ml促进剂水溶液，镀筒继续转动5分钟后向镀筒内添加适量自来水完成镀层强化，之后卸料、分离，钢钉表面获得色泽均匀的青铜镀层，横断面金相法发现青铜镀层厚度约10微米，且镀层厚度均匀。
实施例4
机械镀铜及铜合金促进剂原料质量百分比：
硅藻土2%
葡萄糖酸钠2%
三乙醇胺0.5%
氯化铵2%
硫酸亚锡83%
磷酸二氢铵5%
硼酸0.5%
聚乙二醇5%
以上原料均为工业级化工原料，水为干净的自来水。
本实施例所述的机械镀铜及铜合金用促进剂用于钢铁制件表面的机械镀铜及铜合金，使用时将促进剂配置为水溶液，具体过程为：先向水中添加磷酸，然后添加OP-10，最后添加促进剂粉末得到促进剂水溶液，在促进剂水溶液中促进剂粉末的质量百分比为40%，OP-10的质量百分比为3.5%，磷酸的质量百分比为10%，余量为水；促进剂水溶液的每次加入量与被镀面积的关系为10ml/m2。
所述的机械镀铜及铜合金用促进剂用于钢铁制件表面的机械镀铜及铜合金，包括以下步骤：待镀钢铁制件为Ф16厚度2mm的平垫片100kg，被镀表面积14㎡；将经过前处理的垫片、适量的玻璃珠（Ф2～3）、水和少量的硫酸装入镀筒，镀筒内镀液的pH值为5，然后向镀筒内添加1190g黄铜粉，随后向镀筒内添加140ml促进剂水溶液，镀筒继续转动5分钟；然后再次向镀筒内添加1190g黄铜粉，随后再次向镀筒内添加140ml促进剂水溶液，镀筒继续转动5分钟后向镀筒内添加适量自来水完成镀层强化，之后卸料、分离，垫片表面获得色泽均匀的黄铜镀层，横断面金相法发现黄铜镀层厚度约19.5微米，且镀层厚度均匀。
Claims (4)
1.一种机械镀铜及铜合金用促进剂，其特征在于，所述促进剂的成分及其质量百分比为硅藻土0.5%～2%，葡萄糖酸钠1%～2%，三乙醇胺0.5%～1%，氯化铵1%～3%，亚锡盐78%～83%，磷酸二氢铵5%～8%，硼酸0.5%～2%，聚乙二醇5%～10%。
2.权利要求1所述的机械镀铜及铜合金用促进剂用于钢铁制件表面机械镀铜及铜合金镀层的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）钢铁制件依次经过除油、漂洗、除锈、漂洗后得到表面洁净的钢铁制件；
（2）将钢铁制件、介质、水装入通用机械镀设备的镀筒内，添加硫酸调节镀液的pH值为3～6，然后添加铜粉或铜合金粉，随后添加促进剂水溶液，转动镀筒3～6分钟；
（3）根据所要求的镀层厚度多次循环添加铜粉或铜合金粉和沉积促进剂水溶液，循环加料的时间间隔为3～6分钟；
（4）向机械镀设备的镀筒中添加水，镀筒继续旋转1～2分钟，然后卸料、工件分离，钢铁制件表面获得一层铜或铜合金层。
3.根据权利要求1所述的钢铁制件表面机械镀铜及铜合金镀层的方法，其特征在于：使用时促进剂水溶液的每次加入量为每平方米被镀面积添加促进剂水溶液8~10ml。
4.权利要求3或4所述的钢铁制件表面机械镀铜及铜合金镀层的方法，其特征在于：所述促进剂水溶液由以下方法配制得到：先向水中添加磷酸，然后添加OP-10，最后添加促进剂粉末得到促进剂水溶液，在促进剂水溶液中促进剂粉末的质量百分比为40%，OP-10的质量百分比为2%～5%、磷酸的质量百分比为5%～10%，余量为水。
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