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无氰无甲醛酸性镀铜工艺技术(一)

放大字体  缩小字体发布日期:2012-11-09  浏览次数:1148
核心提示:电镀是国民经济基础性行业之一,与广大人民群众的生产生活紧密相关,从衣食住行到学习工作的各个领域、从机械制造业到五金工具、从民用到军用、从电子信息产业到航空航天,社会对电镀的需求越来越广泛。
 

电镀是国民经济基础性行业之一,与广大人民群众的生产生活紧密相关,从衣食住行到学习工作的各个领域、从机械制造业到五金工具、从民用到军用、从电子信息产业到航空航天,社会对电镀的需求越来越广泛。世界各国也非常重视这一产业的发展,2007年诺贝尔化学奖颁给了德国表面化学应用科学家哈德·埃特尔。但电镀属于重污染高能耗行业,治理起来困难大,如何发展一种无毒、清洁、低能耗的电镀工艺是一个多世纪来各国电镀行业所面临的一个重大难题。

上海电子电镀专委会指出:“特别是对传统的含氰镀铜产业,必须对传统的镀铜技术及产业进行技术革新,降低其对生态环境的污染,众多科学家工作者为研究这一新技术艰苦奋斗。 无氰镀铜就是人们期望的一项环保型镀铜新技术,行内人士都知道在铁基体上实现无氰镀铜是一个世界性的难题,这一技术难题已由河北省电化工程有限公司在生产实践中自主研发成功。无氰无甲醛酸性镀铜新工艺,打开了世界无氰镀铜实现清洁生产的大门”。

一、本技术领域国内、外现状和技术发展趋势

目前,在钢铁工件上进行装饰性电镀国内外仍以铜/镍/铬复合镀层为主,其中应用最为广泛的是镀铜。电镀工艺自1840年发明至今170多年以来,预镀铜一直使用氰化物作络合剂,非氰化物镀铜国内外虽有报道,但由于工艺不成熟不稳定,仍未实现工业化应用。

代替氰化物镀铜技术的研究,大多都是在碱性镀铜领域进行的。 如柠檬酸盐、酒石酸盐、卤化物、氨基磺酸盐、HEDP镀铜、乙二胺、丙三醇镀铜等,虽有报道,但都因工艺对镀前要求苛刻、工艺稳定性差、生产可控性难、成本高、结合力差等原因未在生产中广泛使用,国内外至今广泛使用的仍是氰化物镀铜。

化学镀是无外接电源,通过溶液中适当的还原剂使金属离子在金属表面的自催化作用下还原进行的金属沉积过程,也叫无电解电镀、自催化镀。

化学镀铜研究最早于1947年由纳克斯报道,并于1955年由A.E.canill实现化学镀铜的商品化。它主要用于印制电路板,主要成分是以甲醛为还原剂。由于甲醛对环境有害,近年来国内外的一些企业、科研机构都开展了以次磷酸盐为还原剂的化学镀铜的研究。这些研究都是针对电路板施镀,而在钢铁工件上没有实用价值。

代替以甲醛为还原剂的化学镀铜,国内外虽有大量报道,如美国专利6329072、6660071、4539044;日本专利P2002—241953A;美国专利申请号02151379.X,《无甲醛化学镀铜方法及该方法中使用的溶液;广东东硕科技有限公司,申请号200510036618.4,《混合型非甲醛还原剂的化学镀铜》。它们都以硫酸铜为供铜剂,其共同的缺点是:

1、技术范围都是针对电路板镀铜,在钢铁及其它金属材料上没有使用价值。

2、铜离子含量低(2—10克/L),沉积速度慢,(每小时约0.7--1.5μm),生产效率低,不能适应快速大规模生产的工艺要求。

3、镀铜的工艺要求是在高温强碱(工作温度在65℃以上,pH>12.5)下进行。而硫酸铜在以上的条件中容易被转化为氧化铜CuO和被还原成一价铜Cu+,溶液稳定性差,维护操作困难,从而影响溶液的使用寿命,生产成本高压缩了企业的利润空间。

4、结合力差,仅是电镀铜结合力的三分之一,不能满足复合镀层性能的要求。

5、 溶液中普遍含有强络合剂,镀后污水处理困难,金属离子不易分离,造成新的环境污染。

从上述国内外众多无氰镀铜、无甲醛镀铜专利技术中可以看出,它们用在钢铁金属上镀铜,工艺不成熟、不稳定,不能实行产业化,都无法真正代替氰化物镀铜。

二、无氰镀铜技术(CDS镀铜)和工艺流程特点

1、本项目的关键技术:首先选择适合CDS酸性镀铜液的酸盐,阻化剂实现合理配位,有效抑制铜离子与钢铁置换反应;其次选择以葡萄糖等组成的复合还原剂,使Cu2+ 在金属表面形成了镀层而不是置换层,使基体与镀层结合力非常牢固;第三研制组合络合剂,使酸性镀铜液产生的有害成分和带入的杂质,实现有效分离沉淀

2、工艺流程

钢铁工件→碱性化学除油→三连水洗→酸性化学除油→三连水洗→电解除油→水洗 →酸活化 →CDS镀铜→水洗→活化→镀酸性光亮铜(管状)→三连水洗→镀光亮镍及其它镀层。

3、无氰酸性镀铜技术工艺流程特点

无氰酸性镀铜工艺技术具有:“可靠性、稳定性、经济实用性、操作的简单可控性、溶液范围宽、环保型”等特点,多项技术指标与氰化物镀铜相比具有明显的优点。

3.1 结合力牢固。镀层结合力达到HB/Z5069-1992标准和航天QJ479-96标准。它在用于功能性、装饰性镀种中经用户使用多种方法检测结合力良好,适用于多种功能性和装饰性电镀的需要。结合力达到氰化物镀铜的技术指标。

3.2 工艺稳定、抗杂质能力强、使用寿命长。它能有效的控制有害杂质的产生,对溶液中的各种杂质能实现有效分离,该工艺经过四年的试生产和三年的正式生产运营及全国广大用户使用,镀液稳定未见异常,仍在正常生产。

3.3 镀层结晶细致,半光亮,孔隙率低,防腐性能好,镀铜/镍/铬与氰化物镀铜做盐雾对比试验,CDS镀铜 6-8级,氰化镀铜/镍/铬2-3级,据此,它的防腐能力接近双层镍的技术指标。

3.4 电流效率高,沉积速度快,在相同的时间内沉积速度优于氰化物镀铜。操作简单维护方便。镀液覆盖能力好,特别是对于钢铁管状工件管壁内外覆盖达到百分之百。

3.5 本发明既可实施化学镀又可用外接电源电镀,均能达到相关技术指标。

3.6 环保:经过环境保护部中国环境科学研究院检测结果:COD: 64.6mg/L;总磷 :未检出;Cu:0.67mg/L;Ni: 未检出)。镀液不含氰化物、甲醛及其它有害成分,生产中无有毒、有害气体挥发。对人身体、环境无害,是环保产品。本工艺不含强络合剂,镀后污水处理简单,降低投资和生产成本。

4、本工艺的适用范围

代替氰化物在钢铁基体上镀铜。

在铜、锡基体上镀铜

在非金属基体上镀铜、活化、敏化要形成导电膜,才能有良好的镀层

本工艺可适用于挂镀或滚镀

它既适合铜/镍/铬装饰性镀层,又可用于金属表面功能性镀铜及镀银、镀金。该工艺已广泛应用到五金、家具、自行车、机械制造、冰箱制冷、军工、航天等各个领域

5、产品检测标准

本工艺坚持走厂校结合,边研制、边生产、边检测的科研路线。

Q/BDHG企业标准。

HB/Z5069-1992标准

QJ4796-96航天标准

GB6461-86标准

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