CN106676538A - 铜及铜合金表面处理的一种环保工艺 - Google Patents

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傅杰
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巢国辉
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Abstract

一种铜及铜合金表面处理的一种环保工艺，包括以下步骤（1）超声除油→（2）清水漂洗→（3）磁力抛光→（4）清水漂洗→（5）表面封闭→（6）离心烘干和（7）检验包装；采用磁力抛光的方法替代传统的三酸酸洗对铜合金工件进行表面的氧化皮去除作业，通过钢针与铜及铜合金工件不断碰撞摩擦以达到清除表面氧化层、微小毛刺，达到表面光亮的目的，处理前后铜合金工件的尺寸没有任何变化，不存在酸洗过程中过酸洗导致工件尺寸不良的问题；采用水溶性的环保封闭剂，对磁力抛光后表面光亮的铜及铜合金工件进行封闭处理，以有机封闭膜替代铬酸钝化膜对铜合金工件进行表面保护，采用的封闭剂符合ROSH标准，不含有毒有害物质，过程中表面封闭膜的厚度可控，且产品具有高耐指纹、高耐盐雾性能和高防变色性能。

Description

铜及铜合金表面处理的一种环保工艺
技术领域
本发明涉及一种金属表面的处理工艺，具体涉及一种铜及铜合金表面处理环保工艺。
背景技术
铜及铜合金作为仅次于铝合金的第二大消费有色金属，具有广泛的应用。随着当前经济水平的提高，铜合金工件（包括阀门、铜管件、水暖等）产品的应用领域越来越广。铜及铜合金的耐腐蚀性能较差，特别是在潮湿或氧化性条件下易发生化学或电化学腐蚀，影响产品美观，甚至引起产品质量事故。
为提高铜及铜合金的耐腐蚀性能，一般采用酸洗-铬酸钝化表面的处理方法以（除电镀外）。该方法需经过高价铬酸处理，使铜合金表面形成一层致密的铬酸盐保护膜，能极大地提高产品的耐腐性能。虽然酸洗-铬酸钝化处理具有高效、低成本、高耐腐蚀等优点，但三酸（硝酸+硫酸+盐酸或磷酸+硝酸+冰醋酸）酸洗以及铬酸钝化自身存在高环境污染、高人体危害性，与当前的环保趋势向悖，在国外发达地区已被严格禁止，国内也逐步淘汰。
发明专利CN2010 10595972.1，公开了一种黄铜表面钝化液及钝化方法。该发明采用无铬钝化处理，在一定程度可提高铜合金的耐腐性，并延长表面变色时间，但钝化前的表面清洗仍采用传统酸洗，同时钝化产品在耐腐性及防变色性能上与铬酸钝化还存在较大差距。因此，采用新的铜及铜合金表面处理工艺方法，替代传统酸洗-铬酸钝化，使耐腐性及防变色性能达到更高标准要求，是当前铜及铜合金表面保护处理的发展趋势，和必须解决的环保问题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上现状，提供一种可替代传统酸洗-铬酸钝化工艺的环保的铜合金表面处理工艺，既能达到传统铬酸钝化的耐腐蚀性能，又符合环保要求。
铜及铜合金表面处理的一种环保工艺，包括以下步骤（1）超声除油→（2）清水漂洗→（3）磁力抛光→（4）清水漂洗→（5）表面封闭→（6）离心烘干和（7）检验包装；其特征在于：
所述步骤（1）超声除油是在超声波清洗槽中加入用自来水稀释至2—6%重量浓度的除油清洗剂，将铜及铜合金工件置于清洗槽中进行除油，室温超声处理0.5～5分钟；
所述步骤（3）磁力抛光是将经步骤（2）清水漂洗后的铜及铜合金工件置于磁力抛光机的抛光桶中，进行磁力抛光，抛光液是抛光剂：自来水＝1：50～1：200重量，抛光钢针重量为0.5～2公斤，将铜及铜合金工件和抛光钢针平铺铺满抛光桶，抛光液浸盖铜及铜合金工件，抛光时间正、反转各为3～15分钟；
所述步骤（5）表面封闭是将经步骤（4）清水漂洗后的铜及铜合金工件浸没于封闭工作液槽中，进行表面封闭，封闭工作液是封闭剂：酒精：水＝1：3：3～2：1：1重量配制，浸渍时间0.5～3分钟，浸渍时间歇抖动工件。
所述步骤（2）清水漂洗是将经步骤（1）除油后的铜及铜合金工件置于自来水槽中漂洗，漂洗二次，控制第二次漂洗水的电导率小于1000μs。
所述步骤（3）中的抛光剂主体成份为浓度30%重量柠檬酸。
所述步骤（4）清水漂洗是将经步骤（3）磁力抛光后的铜及铜合金置于自来水槽中漂洗，漂洗三次，控制第三次漂洗水的电导率小于500μs。
所述步骤（5）封闭剂为符合ROSH标准的水溶性树脂羟基型水性聚氨酯，浓度为50%重量。
所述步骤（6）离心作业的离心时间0.5～3分钟，离心机转速为50～400转/分。
所述步骤（7）烘干作业的烘箱温度设定为70～100℃，烘干时间为3～20分。
本发明的技术方案中，采用磁力抛光的方法替代传统的三酸酸洗对铜合金工件进行表面的氧化皮去除作业。磁力抛光是一种物理的抛光手段，通过钢针与铜及铜合金工件不断碰撞摩擦以达到清除表面氧化层、微小毛刺，达到表面光亮的目的。同时，采用水溶性的环保封闭剂，对磁力抛光后表面光亮的铜及铜合金工件进行封闭处理，以有机封闭膜替代铬酸钝化膜对铜合金工件进行表面保护，采用的封闭剂符合ROSH标准，不含有毒有害物质。
因此，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、 本发明的铜及铜合金表面处理工艺，所用的除油清洗剂、抛光液、铜合金封闭剂等辅料均为市售产品，且均不含有毒有害成分，因此整个工艺过程是环保的。同时作业过程中排放量少，不存在或极少存在环保风险；
2、 采用磁力抛光替代传统的三酸酸洗，处理前后铜合金工件的尺寸没有任何变化，不存在酸洗过程中过酸洗导致工件尺寸不良的问题；
3、 采用表面封闭替代铬酸钝化，表面封闭膜的厚度可控，且产品具有高耐指纹、高耐盐雾性能和高防变色性能。
本工艺所得产品颜色均一，不存在酸洗-铬酸钝化工艺中常见的发红、色差等问题。
具体实施方式
以下通过对不同材质，不同型号的铜合金产品结合上述工艺流程和具体参数对本发明作更进一步的说明，但本发明针对的铜及铜合金材质产品不仅限于此。
实施例1：
材质为HPb59-1，经270℃去应力退火的铅黄铜阀门的环保表面处理工艺如下：
（1）超声除油
在不锈钢材质的超声波清洗槽中加入除油清洗剂，用自来水稀释至5%的浓度作为除油工作液，将上述铅黄铜阀门置于清洗槽中进行除油作业，室温下超声处理3min。
（2）清水漂洗
将步骤（1）除油后的铅黄铜阀门置于清水为槽液的不锈钢槽中，进行漂洗作业，漂洗2道，控制第2道漂洗槽中漂洗水的电导率不大于1000µs。
（3）磁力抛光
将步骤（2）漂洗后的铅黄铜阀门置于磁力抛光机的不锈钢抛光桶中，进行磁力抛光作业。抛光工作液为柠檬酸抛光剂与自来水按1：100配制而成。抛光时铅黄铜阀门平铺铺满不锈钢桶，抛光工作液覆盖铅黄铜阀门。抛光时间为正、反转各10min，抛光用钢针重量为1kg。
（4）清水漂洗
将步骤（3）磁力抛光后的铅黄铜阀门置于清水为槽液的不锈钢中，进行漂洗作业，漂洗3道，控制第3道漂洗槽中漂洗水的电导率不大于500µs。
（5）表面封闭
将步骤（4）漂洗后的铅黄铜阀门置于装有封闭工作液的不锈钢中，并浸没于封闭工作液中。封闭工作液由羟基型水性聚氨酯封闭剂：酒精：水按1：1：1配制。浸渍时间1min，期间间歇地抖动工件。
（6）离心
将步骤（5）浸渍后的铅黄铜阀门置于PVC离心框中，随后进行离心作业，离心时间1min，离心机转速为200r/min。
（7）烘干
将步骤（6）离心后的铅黄铜阀门置于烘箱内烘干，温度设定为85℃，烘干时间10min。
（8）检验包装
将步骤（7）烘干后的产品冷却至室温后，进行检验包装。
实施例2：
材质为HBi60-1，经300℃去应力退火的无铅环保黄铜阀门的环保表面处理工艺如下：
（1）超声除油
在不锈钢材质的超声波清洗槽中加入除油清洗剂，用自来水稀释至3%的浓度作为除油工作液，将无铅环保黄铜阀门置于清洗槽中进行除油作业，室温下超声处理2min。
（2）清水漂洗
将步骤（1）除油后的无铅环保黄铜阀门置于清水为槽液的PVC槽中，进行漂洗作业，漂洗2道，控制第2道漂洗槽中漂洗水的电导率不大于1000µs。
（3）磁力抛光
将步骤（2）漂洗后的无铅环保黄铜阀门置于磁力抛光机的不锈钢抛光桶中，进行磁力抛光作业。抛光工作液为柠檬酸抛光剂与自来水按1：50配制而成。抛光时无铅环保黄铜阀门平铺铺满不锈钢桶，抛光工作液覆盖无铅环保黄铜阀门。抛光时间为正、反转各5min，抛光用钢针重量为1.5kg。
（4）清水漂洗
将步骤（3）磁力抛光后的无铅环保黄铜阀门置于清水为槽液的PVC槽中，进行漂洗作业，漂洗3道，控制第3道漂洗槽中漂洗水的电导率不大于500µs。
（5）表面封闭
将步骤（4）漂洗后的无铅环保黄铜阀门置于装有封闭工作液的PVC槽中，并浸没于封闭工作液中。封闭工作液由羟基型水性聚氨酯封闭剂：酒精：水按1：2：2配制。浸渍时间2min，期间间歇地抖动工件。
（6）离心
将步骤（5）浸渍后的无铅环保黄铜阀门置于PVC离心框中，随后进行离心作业，离心时间1min，离心机转速为100r/min。
（7）烘干
将步骤（6）离心后的无铅环保黄铜阀门置于烘箱内烘干，温度设定为75℃，烘干时间为15min。
（8） 检验包装
将步骤（7）烘干后的产品冷却至室温后，进行检验包装。
实施例3：
材质为HPb59-2，机加工后的铅黄铜管段件的环保表面处理工艺如下：
（1）超声除油
在不锈钢材质的超声波清洗槽中加入除油清洗剂，用自来水稀释至6%的浓度作为除油工作液，将铅黄铜管段件置于清洗槽中进行除油作业，室温下超声处理5min。
（2）清水漂洗
将步骤（1）除油后的铅黄铜管段件置于清水为槽液的不锈钢槽中，进行漂洗作业，漂洗2道，控制第2道漂洗槽中漂洗水的电导率不大于1000µs。
（3）磁力抛光
将步骤（2）漂洗后的铅黄铜管段件置于磁力抛光机的不锈钢抛光桶中，进行磁力抛光作业。抛光工作液为柠檬酸抛光剂与自来水按1：150配制而成。抛光时铅黄铜管段件平铺铺满不锈钢桶，抛光工作液覆盖铅黄铜管段件。抛光时间为正、反转各15min，抛光用钢针重量为2kg。
（4）清水漂洗
将步骤（3）磁力抛光后的铅黄铜管段件置于清水为槽液的不锈钢、中，进行漂洗作业，漂洗3道，控制第3道漂洗槽中漂洗水的电导率不大于500µs。
（5）表面封闭
将步骤（4）漂洗后的铅黄铜管段件置于装有封闭工作液的不锈钢中，并浸没于封闭工作液中。封闭工作液由羟基型水性聚氨酯封闭剂：酒精：水按1：3：3。浸渍时间3min，期间间歇地抖动工件。
（6）离心
将步骤（5）浸渍后的铅黄铜管段件置于PVC离心框中，随后进行离心作业，离心时间1min，离心机转速为100r/min。
（7）烘干
将步骤（6）离心后的铅黄铜管段件置于烘箱内烘干，温度设定为90℃，烘干时间为5min。
（8）检验包装
将步骤（7）烘干后的产品冷却至室温后，进行检验包装。
实例4：
材质为HBi60-1，经300℃去应力退火的无铅环保黄铜阀门的环保表面处理工艺如下：
（1）超声除油
在不锈钢材质的超声波清洗槽中加入除油清洗剂，用自来水稀释至3%的浓度作为除油工作液，将无铅环保黄铜阀门置于清洗槽中进行除油作业，室温下超声处理2min。
（2）清水漂洗
将步骤（1）除油后的无铅环保黄铜阀门置于清水为槽液的PVC槽中，进行漂洗作业，漂洗2道，控制第2道漂洗槽中漂洗水的电导率不大于1000µs。
（3）磁力抛光
将步骤（2）漂洗后的无铅环保黄铜阀门置于磁力抛光机的不锈钢抛光桶中，进行磁力抛光作业。抛光工作液为柠檬酸抛光剂与自来水按1：50配制而成。抛光时无铅环保黄铜阀门平铺铺满不锈钢桶，抛光工作液覆盖无铅环保黄铜阀门。抛光时间为正、反转各5min，抛光用钢针重量为1.5kg。
（4） 清水漂洗
将步骤（3）磁力抛光后的无铅环保黄铜阀门置于清水为槽液的PVC槽中，进行漂洗作业，漂洗3道，控制第3道漂洗槽中漂洗水的电导率不大于500µs。
（5）表面封闭
将步骤（4）漂洗后的无铅环保黄铜阀门置于装有封闭工作液的PVC槽中，并浸没于封闭工作液中。封闭工作液由羟基型水性聚氨酯封闭剂：酒精：水按1：2：2配制。浸渍时间2min，期间间歇地抖动工件。
（6）离心
将步骤（5）浸渍后的无铅环保黄铜阀门置于PVC离心框中，随后进行离心作业，离心时间1min，离心机转速为100r/min。
（7）烘干
将步骤（6）离心后的无铅环保黄铜阀门置于烘箱内烘干，温度设定为75℃，烘干时间为15min。
（8）检验包装
将步骤（7）烘干后的产品冷却至室温后，进行检验包装。
实施例5：
材质为紫铜，通过加工后的紫铜管件的环保表面处理工艺如下：
（1）超声除油
在不锈钢材质的超声波清洗槽中加入除油清洗剂，用自来水稀释至3%的浓度作为除油工作液，将紫铜管件置于清洗槽中进行除油作业，室温下超声处理3min。
（2）清水漂洗
将步骤（1）除油后的紫铜管件置于清水为槽液的不锈钢槽中，进行漂洗作业，漂洗2道，控制第2道漂洗槽中漂洗水的电导率不大于1000µs。
（3）磁力抛光
将步骤（2）漂洗后的紫铜管件置于磁力抛光机的不锈钢抛光桶中，进行磁力抛光作业。抛光工作液为柠檬酸抛光剂与自来水按1：150配制而成。抛光时紫铜管件平铺铺满不锈钢桶，抛光工作液覆盖紫铜管件。抛光时间为正、反转各12min，抛光用钢针重量为2kg。
（4）清水漂洗
将步骤（3）磁力抛光后的紫铜管件置于清水为槽液的不锈钢、中，进行漂洗作业，漂洗3道，控制第3道漂洗槽中漂洗水的电导率不大于500µs。
（5）表面封闭
将步骤（4）漂洗后的紫铜管件置于装有封闭工作液的不锈钢中，并浸没于封闭工作液中。封闭工作液由羟基型水性聚氨酯封闭剂：酒精：水按1：3：3。浸渍时间3min，期间间歇地抖动工件。
（6）离心
将步骤（5）浸渍后的紫铜管件置于PVC离心框中，随后进行离心作业，离心时间1min，离心机转速为200r/min。
（7）烘干
将步骤（6）离心后的铅黄铜管段件置于烘箱内烘干，温度设定为90℃，烘干时间为10min。
（8）检验包装
将步骤（7）烘干后的产品冷却至室温后，进行检验包装。
对比例1：
材质为HPb59-1，经270℃去应力退火的铅黄铜阀门的酸洗-铬酸钝化工艺如下：
（1）超声除油
在不锈钢材质的超声波清洗槽中加入除油清洗剂，用自来水稀释至5%的浓度作为除油工作液，将上述铅黄铜阀门置于清洗槽中进行除油作业，室温下超声处理2min。
（2）清水漂洗
将步骤（1）除油后的铅黄铜阀门置于清水为槽液的不锈钢槽中，进行漂洗作业，漂洗2道。
（3）预酸洗除锈
将步骤（2）清洗后的铅黄铜阀门置于不锈钢酸洗槽中进行酸洗除锈，酸洗液为10%浓度的硫酸溶液，在室温下浸渍3min。
（4）混酸酸洗
将步骤（3）预酸洗后的铅黄铜阀门置于以混酸为工作液的不锈钢酸洗槽中，混酸工作液按硫酸450mL/L，硝酸（65%浓度）70 mL/L，盐酸（37%浓度）3mL/L，水470mL/L，聚乙二醇（平均分子量8000）50g/L的比例配置，在室温下酸洗30s。
（5）清水漂洗
将步骤（4）混酸酸洗后的铅黄铜阀门置于清水为槽液的不锈钢槽中，进行漂洗作业，漂洗2道。
（6）铬酸盐钝化
将步骤（5）漂洗后的置于铬酸盐钝化液为槽液的不锈钢槽中，铬酸盐钝化液按以下配方配置：重铬酸钾150g/L，硫酸8g/L，氯化钠6g/L，其余为水。钝化时间5s。
（7）清水漂洗
将步骤（6）钝化后的铅黄铜阀门置于清水为槽液的不锈钢槽中，进行漂洗作业，漂洗3道，其中第三道为热水漂洗，热水温度90℃。
（8）离心
将步骤（7）漂洗后的铅黄铜阀门置于PVC离心框中，随后进行离心作业，离心时间1min，离心机转速为200r/min。
（9）检验包装
将步骤（8）离心后的产品冷却至室温后，进行检验包装。
对比例2：
材质为HPb59-1，经270℃去应力退火的铅黄铜阀门的酸洗-无铬钝化工艺如下：
（1）超声除油
在不锈钢材质的超声波清洗槽中加入除油清洗剂，用自来水稀释至5%的浓度作为除油工作液，将上述铅黄铜阀门置于清洗槽中进行除油作业，室温下超声处理3min。
（2）清水漂洗
将步骤（1）除油后的铅黄铜阀门置于清水为槽液的不锈钢槽中，进行漂洗作业，漂洗2道。
（3）预酸洗除锈
将步骤（2）清洗后的铅黄铜阀门置于不锈钢酸洗槽中进行酸洗除锈，酸洗液为10%浓度的硫酸溶液，在室温下浸渍3min。
（4）混酸酸洗
将步骤（3）预酸洗后的铅黄铜阀门置于以混酸为工作液的不锈钢酸洗槽中，混酸工作液按磷酸（85%）550mL/L，硝酸（65%浓度）100mL/L，冰醋酸350mL/L，的比例配置，在室温下酸洗3min，酸洗过程中对铅黄铜阀门进行适当晃动。
（5）清水漂洗
将步骤（4）混酸酸洗后的铅黄铜阀门置于清水为槽液的不锈钢槽中，进行漂洗作业，漂洗3道，控制第3道漂洗槽中漂洗水的电导率不大于500µs。
（6）无铬钝化
将步骤（5）漂洗后的置于无铬钝化液为槽液的不锈钢槽中，无铬钝化液按无铬钝化剂用水稀释50倍配置，无铬钝化剂为市售苯并三氮唑系铜及铜合金钝化剂，钝化温度80℃，钝化时间1min。
（7）热水漂洗
将步骤（6）钝化后的铅黄铜阀门置于清水为槽液的不锈钢槽中，进行漂洗作业，漂洗1道，漂洗温度80℃。
（8）离心
将步骤（7）漂洗后的铅黄铜阀门置于PVC离心框中，随后进行离心作业，离心时间1min，离心机转速为200r/min。
（9）检验包装
将步骤（8）离心后的产品冷却至室温后，进行检验包装。
中性盐雾试验
中性盐雾测试是在盐雾试验箱内连续进行，试验溶液采用氯化钠和蒸馏水配制成5%的氯化钠溶液，试验条件为：试验箱内部温度35℃±2℃，盐雾沉积量1~2mL/h，喷嘴压力0.1MPa，进嘴压力0.2MPa，各实施例及对比例的结果如下表1所示：
试样 抗盐雾性能/h 表面腐蚀程度
实施例1 120 少量锈斑
实施例2 96 少量锈斑
实施例3 96 少量锈斑
实施例4 72 少量锈斑
实施例5 96 少量锈斑
对比例1 48 大量锈斑，并发红
对比例2 12 大量锈斑，并发红
从表1所示可看出，实施例1、3为铅黄铜合金，用本发明方法处理过的抗盐雾能力和表面抗腐蚀能力都比对比例1、2铅黄铜合金采用传统的酸洗—铬酸纯化处理的抗盐雾能力和表面抗腐蚀能力要强2~10倍。实施例2和4是无铅黄铜合金采用本发明方法处理过的也表现出极好的抗盐雾能力和抗表面腐蚀能力。实施例5是紫铜采用本发明方法处理过也有很好的抗盐雾能力和抗表面腐蚀能力。充分证明本发明的表面环保工艺对铜及铜合金的表面处理都适用，无论对铜及铜合金表面处理和环境保护都有实施和推广前景。

Claims (7)

1.铜及铜合金表面处理的一种环保工艺，包括以下步骤（1）超声除油→（2）清水漂洗→（3）磁力抛光→（4）清水漂洗→（5）表面封闭→（6）离心烘干和（7）检验包装；其特征在于：
所述步骤（1）超声除油是在超声波清洗槽中加入用自来水稀释至2—6%重量浓度的除油清洗剂，将铜及铜合金工件置于清洗槽中进行除油，室温超声处理0.5～5分钟；
所述步骤（3）磁力抛光是将经步骤（2）清水漂洗后的铜及铜合金工件置于磁力抛光机的抛光桶中，进行磁力抛光，抛光液是抛光剂：自来水＝1：50～1：200重量，抛光钢针重量为0.5～2公斤，将铜及铜合金工件和抛光钢针平铺铺满抛光桶，抛光液浸盖铜及铜合金工件，抛光时间正、反转各为3～15分钟；
所述步骤（5）表面封闭是将经步骤（4）清水漂洗后的铜及铜合金工件浸没于封闭工作液槽中，进行表面封闭，封闭工作液是封闭剂：酒精：水＝1：3：3～2：1：1重量配制，浸渍时间0.5～3分钟，浸渍时间歇抖动工件。
2.根据权利要求1所述的铜及铜合金表面处理的一种环保工艺，其特征是所述步骤（2）清水漂洗是将经步骤（1）除油后的铜及铜合金工件置于自来水槽中漂洗，漂洗二次，控制第二次漂洗水的电导率小于1000μs。
3.根据权利要求1所述的铜及铜合金表面处理的一种环保工艺，其特征是所述步骤（3）中的抛光剂主体成份为浓度30%重量柠檬酸。
4.根据权利要求1所述的铜及铜合金表面处理的一种环保工艺，其特征是所述步骤（4）清水漂洗是将经步骤（3）磁力抛光后的铜及铜合金置于自来水槽中漂洗，漂洗三次，控制第三次漂洗水的电导率小于500μs。
5.根据权利要求1所述的铜及铜合金表面处理的一种环保工艺，其特征是所述步骤（5）封闭剂为符合ROSH标准的水溶性树脂羟基型水性聚氨酯，浓度为50%重量。
6.根据权利要求1所述的铜及铜合金表面处理的一种环保工艺，其特征是所述步骤（6）离心作业的离心时间0.5～3分钟，离心机转速为50～400转/分。
7.根据权利要求1所述的铜及铜合金表面处理的一种环保工艺，其特征是所述步骤（7）烘干作业的烘箱温度设定为70～100℃，烘干时间为3～20分。
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