CN110552030B - 一种铜铝电接触件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铜铝电接触件及其制备方法，属于铜铝电接触材料领域。该铜铝电接触件包括铜铝组合件和镀覆在铜铝组合件表面上的复合镀层，所述复合镀层包括由内向外依次镀覆的锌层、铜层和银层。本发明提供的铜铝电接触件，以锌层、铜层、银层的顺序形成复合镀层，基材与银层之间通过锌层、铜层过渡，复合镀层中各层的电极电位依次正移，保证电位相近的金属形成界面结合，因而保证了镀层与基材具有良好的结合力。

Description

一种铜铝电接触件及其制备方法
技术领域
本发明属于铜铝电接触材料领域，具体涉及一种铜铝电接触件及其制备方法。
背景技术
目前，铜铝组合件因可以实现铜、铝的导电互连，在输电配电、开关设备等领域得到广泛应用。铜铝组合件在作为触头等电接触件应用时，往往需要在表面镀银以进一步优化其电接触性能。
在铜铝组合件进行表面镀银处理时，由于铜、铝的活泼性差异，通常采用分别在铜件表面镀银(遮挡铝件)和在铝件表面镀银(遮挡铜件)的两次镀银工艺，这样的工艺方法虽然可实现铜铝组合件的表面镀银，但铜件、铝件表面的镀层厚度容易出现不一致的情形，而且镀银层与基材的结合力差，以上结果均会给铜铝组合件的装配、电接触性能造成不良影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铜铝电接触件，以解决现有铜铝组合件的镀层与基材的结合力差的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种铜铝电接触件的制备方法，以解决现有方法难以制备镀层厚度一致的产品的问题。
为实现上述目的，本发明的铜铝电接触件的技术方案是：
一种铜铝电接触件，包括铜铝组合件和镀覆在铜铝组合件表面上的复合镀层，所述复合镀层包括由内向外依次镀覆的锌层、铜层和银层。
本发明提供的铜铝电接触件，以锌层、铜层、银层的顺序形成复合镀层，基材与银层之间通过锌层、铜层过渡，复合镀层中各层的电极电位依次正移，保证电位相近的金属形成界面结合，因而保证镀层与基材具有良好的结合力。
铜铝组合件即铜、铝形成一体结构的工件，其中铜、铝可以以化学复合的形式形成铜铝复合件，也可以以机械装配的形式的铜铝组合件。铜铝组合件中的铜可以为纯铜、铜合金，铝可以为纯铝、铝合金。为更方便的形成复杂结构、组合牢靠的铜铝组合件，优选的，所述铜铝组合件由铝件和与铝件装配成一体结构的铜件构成。具体的装配形式可采用螺纹连接等。
为进一步改善铜铝电接触件的导电能力，优化其电接触特性，优选的，所述锌层的厚度为0.1-0.3μm，所述铜层的厚度为1-3μm，所述银层的厚度为8-12μm。在该镀层结构中，锌层、铜层、银层的厚度依次增加，其既保证了各镀层之间的结合质量，也进一步优化了工件外部镀层的整体导电能力。
本发明的铜铝电接触件的制备方法所采用的技术方案是：
一种铜铝电接触件的制备方法，包括以下步骤：
1)将前处理后的铜铝组合件进行化学镀锌处理，得到镀锌件；
2)将步骤1)所得镀锌件进行电镀铜处理，得到镀铜件；
3)将步骤2)所得镀铜件进行电镀银处理，即得。
本发明提供的铜铝电接触件的制备方法，对铜铝组合件依次进行化学镀锌、电镀铜和电镀银处理，通过以上施镀金属和施镀次序的组合为施镀策略，各步骤均采用整体镀覆方式，促进形成镀层厚度一致、镀层之间结合力优良的镀覆产品。
步骤1)的化学镀锌处理是利用化学镀方式来实现锌的沉积。铝的电位较锌更负，其可采用置换沉积方式实现锌的沉积；铜的电位较锌更正，单独铜件无法通过置换沉积方式实现锌的沉积。但是，铜铝组合件组合成一体结构后，铜件表面可以以接触沉积方式实现锌的沉积，接触沉积即铝进行置换沉积时，其表面的电子通过铜、铝的连接由铝表面传导到铜表面，进而可以使镀液中的锌离子在得到电子后沉积到铜表面。
采用化学镀锌可避免铜、铝的活泼程度不同对镀覆的不良影响，容易得到均匀的锌层；另外，化学镀方式所得镀膜的厚度较薄，进而可以在实现良好打底功能的同时，不影响工件的导电性能。
为促进形成致密的锌层，防止铝件的再氧化，同时方便其他金属的沉积，提高镀层与基材以及与相邻镀层之间的结合力，优选的，步骤1)中，所述化学镀锌处理包括将前处理后的铜铝组合件依次在浸锌液中进行一次镀锌、在酸液中进行酸洗去锌和浸锌液中进行二次镀锌。
一次镀锌主要是在清除工件表面氧化膜的同时，置换出一层锌层。酸洗是去除工件表面粗糙、松散的锌层，从活性金属基材或活性的锌沉积点裸露出来，从而为二次镀锌形成致密锌层作好准备。二次镀锌后工件表面的电极电位向正的方向移动，从而使随后的镀层与基材有良好的结合力。从镀锌效率和施镀效果方面综合考虑，优选的，一次镀锌的温度为室温，时间为30s-1min；酸洗去锌的室温，时间为30s-1min；二次镀锌的温度为室温，时间为30s-1min。
从浸锌液成本和锌沉积效果方面综合考虑，优选的，所述浸锌液的组成为：氧化锌35-45g/L，氰化钠5-15g/L，氢氧化钠70-80g/L，硫酸镍3-7g/L、硫酸铜2-4g/L，氯化铁1-3g/L，溶剂为水。从酸液成本和去锌效果方面综合考虑，优选的，所述酸液由以下质量百分比的组分组成：硫酸35-45％，植酸25-35％，分散剂为2-6％，余量为水。
在镀锌层的基础上，可参考相关现有技术进行电镀铜，为获得均匀致密的镀铜层，提高锌层与银层的结合力，优选的，步骤2)中，所述电镀铜处理所用镀铜液的组成为：CuCN56-62g/L，NaCN 62-82g/L，溶剂为水；处理温度为室温，电流密度为0.6-1.2A/dm2，时间为10-20min。
在镀铜层的基础上，可参考相关现有技术进行电镀银，为获得均匀致密的镀银层，优选的，步骤3)中，所述电镀银处理包括依次进行预镀银和再镀银。
为进一步优化预镀银过程，促进形成良好预镀银活性层，优选的，所述预镀银所用预镀银液的组成为：AgCN 2-6g/L，KCN 120-140g/L，溶剂为水；处理温度为20-40℃，电流密度为1.2-2.0A/dm2，时间为5-15s。预镀银可防止在工件表面置换出结晶粗糙、附着力差的银层。在进行预镀银时，工件带电下槽进行电镀即可。
为了在工件表面沉积一定厚度、结晶细致、结合力好的镀银层，优选的，所述再镀银所用再镀银液的组成为：AgCN 30-40g/L，KCN 120-150g/L，溶剂为水；处理温度为20-30℃，电流密度为0.8-1.5A/dm2，时间为20-30min。
在工件施镀之前的前处理主要是为了获得清洁的表面，从而为后续的镀覆作好准备，相关处理可参考现有技术。为进一步提高清洁效果，优选的，步骤1)中，所述前处理包括依次对铜铝组合件进行碱洗去油和酸洗去氧化皮。
碱洗主要是去除工件表面的油污，可根据工件表面油污情况适当调整清洗时间。碱洗所所采用的碱蚀剂的组成为：NaOH 10-20g/L、Na2CO3 30-40g/L、Na3SiO3 30-50g/L，溶剂为水。碱洗温度可设定为50-60℃，清洗时间可设定为2-3min。酸洗主要是去除工件表面的氧化皮，使基材金属暴露出来。酸洗所用酸液的组成没有特殊限制，其不会腐蚀工件基材即可，在室温下酸洗1-4min即可满足要求。
附图说明
图1为本发明中铜铝组合件的结构示意图；
图2为本发明实施例4的铜铝电接触件的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，铜铝组合件的结构如图1所示，由铝合金基体1和铜合金2构成，铝合金基体1和铜合金2通过螺纹连接装配成一体结构。
一、本发明的铜铝电接触件的具体实施例
实施例1
本实施例的铜铝电接触件，包括铜铝组合件和镀覆在铜铝组合件表面上的复合镀层，所述复合镀层包括由内向外依次镀覆的锌层、铜层和银层；其中，所述锌层的厚度为0.2μm，所述铜层的厚度为2μm，所述银层的厚度为10μm。
实施例2
本实施例的铜铝电接触件，包括铜铝组合件和镀覆在铜铝组合件表面上的复合镀层，所述复合镀层包括由内向外依次镀覆的锌层、铜层和银层；其中，所述锌层的厚度为0.1μm，所述铜层的厚度为1μm，所述银层的厚度为8μm。
实施例3
本实施例的铜铝电接触件，包括铜铝组合件和镀覆在铜铝组合件表面上的复合镀层，所述复合镀层包括由内向外依次镀覆的锌层、铜层和银层；其中，所述锌层的厚度为0.3μm，所述铜层的厚度为3μm，所述银层的厚度为10μm。
二、本发明的铜铝电接触件的制备方法的具体实施例
实施例4
本实施例的铜铝电接触件的制备方法，对实施例1的铜铝电接触件的制备进行说明，工艺流程图如图2所示，具体包括以下步骤：
1)采用碱蚀剂对铜铝组合件进行碱洗以去除表面油污，碱蚀剂的组成为：NaOH10g/L、Na2CO330g/L、Na3SiO330g/L；碱洗时的温度为55℃，清洗时间为2min。
2)将碱洗后的工件进行酸洗以去除工件表面的氧化皮，酸液的质量百分比组成组成为：98％硫酸40％，植酸(环己六醇六磷酸酯)30％，分散剂(十二烷基磺酸钠)4％，余量为水。酸洗的温度为室温，时间为2min。
3)将酸洗后的工件在浸锌液中进行化学镀锌(一次浸锌)，处理时的温度为室温，时间为50s。浸锌液的组成为：氧化锌40g/L，氰化钠10g/L，氢氧化钠75g/L，硫酸镍5g/L、硫酸铜3g/L，氯化铁2g/L，溶剂为水。
4)将步骤3)处理后的工件在酸液中进行酸洗去锌，处理时的温度为室温，时间为50s。
5)将步骤4)处理后的工件在浸锌液中进行化学镀锌(二次浸锌)，处理时的温度为室温，时间为50s，处理后得到镀锌件。
6)将步骤5)所得镀锌件置于镀铜液中进行电镀铜，镀铜液的组成为：60g/L CuCN，70g/L NaCN，溶剂为水；电镀铜时的温度为室温，电流密度为0.9A/dm2，时间为15min，处理后得到镀铜件。
7)将步骤6)所得镀铜件置于预镀银液中进行预镀银，预镀银液的组成为：AgCN4g/L，KCN 130g/L，溶剂为水；预镀银时的温度为30℃，电流密度为1.6A/dm2，时间为10s；
将预镀银处理后的工件置于再镀银液中进行再镀银，再镀银液的组成为：AgCN35g/L，KCN 140g/L，溶剂为水；再镀银时的温度为25℃，电流密度为1.2A/dm2，时间为25min。
实施例5
实施例5的铜铝电接触件的制备方法，对实施例2的铜铝电接触件的制备进行说明，具体制备方法与实施例4的制备方法基本相同，区别仅在于：
步骤1)中，碱洗时的温度为50℃，清洗时间为2min。
步骤2)中，酸洗的时间为1min。
步骤3)中，一次浸锌处理的时间为30s。
步骤4)中，酸洗去锌处理的时间为30s。
步骤5)中，二次浸锌处理的时间为30s。
步骤6)中，镀铜液的组成为：56g/L CuCN，62g/L NaCN，溶剂为水；电镀铜时的温度为室温，电流密度为0.6A/dm2，时间为10min，处理后得到镀铜件。
步骤7)中，预镀银处理时，预镀银液的组成为：AgCN 2g/L，KCN 120g/L，溶剂为水；预镀银时的温度为20℃，电流密度为1.2A/dm2，时间为5s。
再镀银处理时，再镀银液的组成为：AgCN 30g/L，KCN 120g/L，溶剂为水；再镀银时的温度为20℃，电流密度为0.8A/dm2，时间为20min。
实施例6
实施例6的铜铝电接触件的制备方法，对实施例3的铜铝电接触件的制备进行说明，具体制备方法与实施例4的制备方法基本相同，区别仅在于：
步骤1)中，碱洗时的温度为60℃，清洗时间为3min。
步骤2)中，酸洗的时间为4min。
步骤3)中，一次浸锌处理的时间为1min。
步骤4)中，酸洗去锌处理的时间为1min。
步骤5)中，二次浸锌处理的时间为1min。
步骤6)中，镀铜液的组成为：62g/L CuCN，82g/L NaCN，溶剂为水；电镀铜时的温度为室温，电流密度为1.2A/dm2，时间为20min，处理后得到镀铜件。
步骤7)中，预镀银处理时，预镀银液的组成为：AgCN 6g/L，KCN 140g/L，溶剂为水；预镀银时的温度为40℃，电流密度为2.0A/dm2，时间为15s。
再镀银处理时，再镀银液的组成为：AgCN 40g/L，KCN 150g/L，溶剂为水；再镀银时的温度为30℃，电流密度为1.5A/dm2，时间为30min。
三、实验例
本实验例对各实施例的镀膜的性能进行测试。
采用以下两种方法测试结合力，一是利用90℃热水洗10min后进行结合力检测，而是将制品在150℃保温2.5h进行结合力检测，经过以上两种检测方法测试后结合力合格。
各实施例中镀膜厚度差别在5微米以内，而现有技术中两次镀银处理的镀膜厚度差别达15微米。因镀银层结合力和镀银层厚度均匀性有所提高，电接触性能得到提升。

Claims (7)

1.一种铜铝电接触件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将前处理后的铜铝组合件进行化学镀锌处理，得到镀锌件；
2）将步骤1）所得镀锌件进行电镀铜处理，得到镀铜件；
3）将步骤2）所得镀铜件进行电镀银处理，即得；
步骤1）中，所述前处理包括依次对铜铝组合件进行碱洗去油和酸洗去氧化皮；
所述化学镀锌处理包括将前处理后的铜铝组合件依次在浸锌液中进行一次镀锌、在酸液中进行酸洗去锌和浸锌液中进行二次镀锌；
酸洗去锌所用酸液由以下质量百分比的组分组成：硫酸35-45%，植酸25-35%，分散剂为2-6%，余量为水；
酸洗去氧化皮所用酸液由以下质量百分比的组分组成：98%硫酸40%，植酸30%，十二烷基磺酸钠4%，余量为水。
2.如权利要求1所述的铜铝电接触件的制备方法，其特征在于，一次镀锌的温度为室温，时间为30s-1min；酸洗去锌的室温，时间为30s-1min；二次镀锌的温度为室温，时间为30s-1min。
3.如权利要求1或2所述的铜铝电接触件的制备方法，其特征在于，所述浸锌液的组成为：氧化锌35-45g/L，氰化钠5-15 g/L，氢氧化钠70-80 g/L，硫酸镍3-7 g/L、硫酸铜2-4 g/L，氯化铁1-3 g/L，溶剂为水。
4.如权利要求1所述的铜铝电接触件的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述电镀铜处理所用镀铜液的组成为：CuCN 56-62g/L，NaCN 62-82g/L，溶剂为水；处理温度为室温，电流密度为0.6-1.2A/dm2，时间为10-20min。
5.如权利要求1所述的铜铝电接触件的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述电镀银处理包括依次进行预镀银和再镀银。
6.如权利要求5所述的铜铝电接触件的制备方法，其特征在于，所述预镀银所用预镀银液的组成为：AgCN 2-6g/L，KCN 120-140g/L，溶剂为水；处理温度为20-40℃，电流密度为1.2-2.0A/dm2，时间为5-15s。
7.如权利要求5所述的铜铝电接触件的制备方法，其特征在于，所述再镀银所用再镀银液的组成为：AgCN 30-40g/L，KCN 120-150g/L，溶剂为水；处理温度为20-30℃，电流密度为0.8 -1.5A/dm2，时间为20-30min。
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