CN109023378B - 一种阴极辊化学抛光液及抛光方法 - Google Patents

一种阴极辊化学抛光液及抛光方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电解铜箔生产工艺技术领域，提供了一种钛阴极辊化学抛光液及抛光方法，抛光液由两种有机酸和一种表面活性剂组成。有机酸分别是具有还原性浓度为50‑300/L的草酸，可与铜离子、镍离子和钛离子等金属离子形成稳定络合物浓度为10‑50g/L的柠檬酸，表面活性剂为浓度为0.01‑0.5g/L的聚乙烯吡咯烷酮。阴极辊抛光方法为：将钛阴极辊清洗去油后放置在抛光液中，在20‑60℃下旋转辊筒浸泡10‑20分钟，操作简单，抛光后阴极辊表面形成镜面，制造的电解铜箔具有结晶细小致密、容易剥离的优点。钛阴极辊通过该化学抛光液的修复即可满足锂电池用铜箔的需求，也可满足印制线路板用铜箔的需要。

Description

一种阴极辊化学抛光液及抛光方法
技术领域
本发明属于电解铜箔生产工艺技术领域，特别涉及一种钛阴极辊的化学抛光液及抛光方法。
背景技术
钛阴极辊是制造电解铜箔的关键部件，钛阴极辊在电解铜箔的生产过程中，阴极辊表面始终处于变化状态，当阴极辊装入电解槽里，进行铜箔的电沉积时，因电化学腐蚀和机械腐蚀等原因，阴极辊表面的氧化膜逐渐增厚，造成阴极辊的导电性不良；由于辊面的色泽不均匀，产生部分亮线，影响铜箔电沉积时的晶型生长；由于阴极辊表面的粗糙度不断增大，导致铜离子在阴极辊表面电沉积的结晶粗大。为了保证铜箔的品质，钛阴极辊需要定期进行研磨和抛光。
对阴极辊的抛光工艺主要是机械抛光，主要分为离线抛光和在线抛光，离线抛光需要生箔机停止生产，将阴极辊从生箔机上拆除，转移到抛光机上，对于直径2m以上的阴极辊，其重量达10吨左右，对其进行拆装及其不安全。所以目前将抛光机进行适当改进，实现阴极辊的在线抛光。在线抛光是直接在生箔机上利用尼龙刷辊将阴极辊表面生成的氧化层去除，从而达到抛光的目的。在线抛光虽然快速方便，但由于它是在正常运行的生箔机上进行，对阴极辊表面产生的一些弧点等损伤很难完全修复，所以，一般阴极辊经过在线抛磨几次后，就必须进行离线抛磨。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单易行，且抛光效果优良的化学抛光液，通过采用该化学抛光液对阴极辊的处理，可以有效地去除钛阴极辊表面的氧化层，使钛阴极辊表面获得平整光亮的外观。
为了达成上述目的，本发明提供一种化学抛光液，该化学抛光液是由两种有机酸和表面活性剂组成，其中，一种有机酸是具有还原性的有机酸草酸，另一种有机酸是可与阴极辊上的沉积金属如铜离子等形成络合物的柠檬酸，表面活性剂是聚乙烯吡咯烷酮(K30)。
本发明化学抛光液的制备方法是：将草酸缓慢溶解于去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入柠檬酸的水溶液，然后再加入聚乙烯吡咯烷酮(K30)的水溶液，制得化学抛光液。
对于化学抛光液中的还原性有机酸草酸而言，草酸的浓度过大，容易引起阴极辊钛的过度腐蚀，反之草酸的浓度过低时，化学抛光液很难起到去除阴极辊钛表面氧化层的目的以及获得光亮的表面，因此，化学抛光液中草酸的浓度范围为50-300g/L。
对于化学抛光液中络合剂柠檬酸而言，柠檬酸的浓度过大，同样易于对阴极辊钛表面产生腐蚀，浓度过低则起不到去除阴极辊钛表面氧化层的目的，因此，化学抛光液中柠檬酸的浓度范围为10-50g/L。
化学抛光液中的表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(K30)浓度的最佳范围是0.01-0.5g/L，浓度过低，化学抛光液对钛阴极辊的表面润湿作用下降，去除钛氧化物的能力变弱，抛光效果变差；反之浓度过高，容易在钛阴极辊上形成残留，难于清洗。
本发明制得的化学抛光液中，草酸、柠檬酸和表面活性剂具有相互协同的作用，将其中的一种去掉或者换成其他的材料均不能达到本发明的效果。对于表面氧化物的去除，由于草酸的酸性和还原性，对钛阴极辊表面的金属氧化物和金属具有良好的腐蚀，而柠檬酸与溶液中的金属离子络合，可以加速草酸的反应，而由于表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(K30)的存在使得钛阴极辊表面的反应变得均匀。
采用本发明的化学抛光液对阴极辊的化学抛光方法为，将钛阴极辊清洗去油后，放置在化学抛光液中，在20-60℃的条件下，旋转辊筒浸泡10-20分钟。
有益效果：采用本发明的电化学抛光液进行化学抛光，可以将阴极辊表面微观凸起处溶解，能除掉表面的氧化层，微小毛刺、毛边和锐角，化学抛光可达到镜面程度，表面的物理化学性质改变，平滑性、耐蚀性、抗粘附性等极大地提高，效果超过机械抛磨，使用方便成本低。
本发明方法不需要专用研磨设备，只需要简易的化学抛光槽，就可以抛光各种规格钛阴极辊。现有技术研磨一台阴极辊需要数小时，本发明抛光一台阴极辊仅需要10-20分钟，可以充分节约时间，并节省人力物力。与研磨抛光相比，由于化学抛光没有引入杂质，使钛表面的洁净度非常高，有利于铜析出时形成细小的结晶，增大铜箔的抗拉强度和延展性。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明的化学抛光液及对钛阴极辊进行化学抛光的方法。为了便于评价，将2mm厚的2cm x 6cm的钛板进行研磨和抛光，使其粗糙度Ra约为0.25μm，放置24h后备用。用化学抛光液对该钛板进行抛光处理，来评价化学抛光液的有效性，钛板在使用化学抛光液抛光前，需要将钛板进行除油处理，除油处理后，将钛板置于500ml实施例中的化学抛光液中进行抛光处理后，进行外观评价和粗糙度测量。
实施例1
将草酸缓慢溶解于去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入柠檬酸的水溶液，再加入聚乙烯吡咯烷酮(K30)的水溶液。草酸的浓度为50g/L，柠檬酸的浓度为10g/L，聚乙烯吡咯烷酮(K30)的浓度为0.01g/L。将钛板清洗去油后，放置于化学抛光液中，在20℃搅拌化学抛光液的条件下，浸泡20分钟，即可达到对钛板抛光的目的。钛板的外观与粗糙度结果列于表1中。
实施例2
将草酸缓慢溶解于去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入柠檬酸的水溶液，再加入聚乙烯吡咯烷酮(K30)的水溶液。使草酸的浓度为100g/L，柠檬酸的浓度为20g/L，聚乙烯吡咯烷酮(K30)的浓度为0.1g/L。将钛板清洗去油后，放置于化学抛光液中，在30℃搅拌化学抛光液的条件下，浸泡15分钟，即可达到对钛板抛光的目的。钛板的外观与粗糙度结果列于表1中。
实施例3
将草酸缓慢溶解于去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入柠檬酸的水溶液，再加入聚乙烯吡咯烷酮(K30)的水溶液。使草酸的浓度为200g/L，柠檬酸的浓度为30g/L，聚乙烯吡咯烷酮(K30)的浓度为0.2g/L。将钛板清洗去油后，放置于化学抛光液中，在40℃搅拌化学抛光液的条件下，浸泡10分钟，即可达到对钛板抛光的目的。钛板的外观与粗糙度结果列于表1中。
实施例4
将草酸缓慢溶解于去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入柠檬酸的水溶液，再加入聚乙烯吡咯烷酮(K30)的水溶液。使草酸的浓度为300g/L，柠檬酸的浓度为40g/L，聚乙烯吡咯烷酮(K30)的浓度为0.3g/L。将钛板清洗去油后，放置于化学抛光液中，在60℃搅拌化学抛光液的条件下，浸泡10分钟，即可达到对钛板抛光的目的。钛板的外观与粗糙度结果列于表1中。
实施例5
将草酸缓慢溶解于去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入柠檬酸的水溶液，再加入聚乙烯吡咯烷酮(K30)的水溶液。使草酸的浓度为300g/L，柠檬酸的浓度为50g/L，聚乙烯吡咯烷酮(K30)的浓度为0.5g/L。将钛板清洗去油后，放置于化学抛光液中，在60℃搅拌化学抛光液的条件下，浸泡10分钟，即可达到对钛板抛光的目的。钛板的外观与粗糙度结果列于表1中。
比较例1
取浓度为98％(w/w)的氢氟酸50g和浓度为98％(w/w)磷酸200g溶于500ml的去离子水中，配制成钛板的电解抛光液，加热电解抛光液的温度至45℃，以不锈钢为阴极，待抛光的钛板为阳极，所施加的电流密度为10A/dm2，时间为5min，在上述条件下对钛板进行抛光，抛光结果如表1所示。该方法的缺点是抛光作业较为复杂，且抛光成本较高。
比较例2
将草酸缓慢溶解于去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入柠檬酸的水溶液，再加入聚乙烯吡咯烷酮(K30)的水溶液。草酸的浓度为25g/L，柠檬酸的浓度为10g/L，聚乙烯吡咯烷酮(K30)的浓度为0.01g/L。将钛板清洗去油后，放置于化学抛光液中，在20℃搅拌化学抛光液的条件下，浸泡20分钟，即可达到对钛板抛光的目的。钛板的外观与粗糙度结果列于表1中。
比较例3
将草酸缓慢溶解于去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入柠檬酸的水溶液，再加入聚乙烯吡咯烷酮(K30)的水溶液。草酸的浓度为50g/L，柠檬酸的浓度为5g/L，聚乙烯吡咯烷酮(K30)的浓度为0.01g/L。将钛板清洗去油后，放置于化学抛光液中，在20℃搅拌化学抛光液的条件下，浸泡20分钟，即可达到对钛板抛光的目的。钛板的外观与粗糙度结果列于表1中。
比较例4
将草酸缓慢溶解于去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入聚乙烯吡咯烷酮(K30)的水溶液。草酸的浓度为50g/L，聚乙烯吡咯烷酮(K30)的浓度为0.01g/L。将钛板清洗去油后，放置于化学抛光液中，在20℃搅拌化学抛光液的条件下，浸泡20分钟，即可达到对钛板抛光的目的。钛板的外观与粗糙度结果列于表1中。
比较例5
将草酸缓慢溶解于去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入柠檬酸的水溶液。草酸的浓度为50g/L，柠檬酸的浓度为10g/L。将钛板清洗去油后，放置于化学抛光液中，在20℃搅拌化学抛光液的条件下，浸泡20分钟，即可达到对钛板抛光的目的。钛板的外观与粗糙度结果列于表1中。
比较例6
将苹果酸缓慢溶解于去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入柠檬酸的水溶液，再加入聚乙烯吡咯烷酮(K30)的水溶液。苹果酸的浓度为50g/L，柠檬酸的浓度为10g/L，聚乙烯吡咯烷酮(K30)的浓度为0.01g/L。将钛板清洗去油后，放置于化学抛光液中，在20℃搅拌化学抛光液的条件下，浸泡20分钟，即可达到对钛板抛光的目的。钛板的外观与粗糙度结果列于表1中。
表1化学抛光液处理后的外观与粗糙度的结果
Figure BDA0001768903780000061
Figure BDA0001768903780000071
通过表1中的实验数据可知，实施例中通过化学抛光液抛光后，钛板得到了色泽均匀且光亮的表面，表面粗糙度均小于2μm，表面粗糙度得到很大的改善。而比较例2和比较例3的结果中，尽管得到了色泽均匀且光亮的表面，但是表面的粗糙度未得到很好的改善。比较例4-6得到的钛板粗糙度未得到很好的改善，且表面没有光泽。基于以上数据可知，本发明的化学抛光液对钛板进行抛光的方法是一种简单、高效的方法。

Claims (2)

1.一种阴极辊化学抛光液，其特征在于，所述抛光液由有机酸和表面活性剂组成，其中，所述有机酸分别是草酸和柠檬酸，表面活性剂是聚乙烯吡咯烷酮 K30；所述草酸在抛光液中的浓度为50-300g/L，柠檬酸在抛光液中的浓度为10-50g/L，聚乙烯吡咯烷酮 K30在抛光液中的浓度为0.01-0.5g/L；
采用所述的化学抛光液对用于制造电解铜箔的阴极辊的抛光方法为：将钛阴极辊清洗去油后，放置在化学抛光液中，在20-60℃的条件下，旋转滚筒浸泡10-20分钟。
2.一种如权利要求l所述的化学抛光液的制备方法，其特征在于，所述制备方法是：将草酸缓慢溶解于去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入柠檬酸的水溶液，然后再加入聚乙烯吡咯烷酮的水溶液，得到化学抛光液。
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