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“铜包钢”镀铜工艺的选择

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-21  浏览次数:693

线材加工业的特殊性使其对镀铜工艺的要求不同于常规的钢铁零件镀铜。因此,如何选择适合于线材加工用的镀铜工艺是一个十分重要的课题。

 

通常选择电镀工艺的依据首先是施镀产品本身对镀层的要求。即先加工出产品,再进行电镀。比如厚度、光亮度、硬度以及分散能力等。有的还有对电流效率、沉积速度的要求。再就是看所需镀铜的预镀层、中间镀层和表面镀层。

 

而线材加工电镀的特点是线材的加工过程和电镀过程有时是同步进行的。即有些是先拉后镀,有些是先镀后拉。即使是成品丝的电镀,也是在收线机的牵引下进行的。所选工艺除了根据线材的不同用途而对镀层有所要求外,还要考虑电镀工对线材行走速度、牵引的头数、加工线的长度等因素的适应性。

 

对于CO2气体保护焊丝来说,由于对焊丝上的铜附着量有严格的限定,例如单位体积铜含量应在焊料的0.52(质量分数)以内,属极薄的镀层,选用化学浸入法即置换镀铜就能满足要求,但是由于目前国内采用的传统方法置换镀铜,其结合力、镀层色泽都不能满足产品要求。并且在实际中采用的是先浸镀再拉拔的工艺,使铜层在拉拔中延展而变薄,以达到产品要求。这种方法常常出现镀层脱落、露底现象。因此,选择有良好结合力和延展性的镀铜工艺就对于气保焊丝来说就十分重要了。

 

在有新的能使成品丝一次化学镀铜成功的工艺出现以前,仍然只能采用先拉到中间线径,镀铜后再拉成成品的工艺。适合这种加工工艺的应该是氰化物镀铜或无光酸性镀铜。由于氰化物毒性太大,在冶金线材加工业中已经很少有人采用。目前较为流行的方法仍然是化学浸铜后再加厚镀铜再拉拔。所用的加厚镀铜为酸性镀铜或焦磷酸盐镀铜。在扁丝加工行业也多采用化学法镀铜。

 

传统的置换镀铜用的是硫酸铜加硫酸的工艺。只有在很短的时间内可以有极薄的镀层置换出来,在上面镀铜加厚时,结合力不牢。如果在这种化学置换镀中浸的时间过长,不但不会增加镀层厚度,还会使镀层变得疏松多孔,铁基体还会发生腐蚀,线材强度大大下降。改进的方法是在置换铜镀液中加人具有表面阻滞作用的添加剂,使置换过程有序地进行。理想的添加剂还有一定的光亮作用。

 

对于需要有一定厚度甚至较厚镀层的线材产品,采用置换镀层打底要十分小心。至少在尚无可靠适应厚铜镀层电镀的打底工艺之前,对于镀厚铜来说,可靠的工艺仍应采用电化学方法预镀。成熟的预镀工艺有氰化物镀铜镀镍和高P比的焦磷酸盐镀铜。权衡各种利弊,在拔丝电镀业,以镀镍作为预镀打底比较好。而加厚镀铜则可以采用酸性硫酸盐镀铜。这是因为经过工艺调整,酸性镀铜可以适应高速电镀的要求。电流密度可以达到30~50A/dm2,使沉积速度大大提高。相比之下,氰化物镀铜因为环境污染问题不宜采用,而焦磷酸盐镀铜因为成分复杂,不仅成本高,而且不适合在大电流下工作。测试表明,在酸性镀铜中高速电镀,当电流密度升高时,镀层的沉积速度也是同时增高的,其大致的关系见表1。

 

表1高速酸性镀铜的沉积速度

 

   电流密度/(A/dm2)

   20

   30

   50

   沉积速度/(μm/min)

   3~5

   5~7

   7~10

 

用于高速电镀的酸性镀铜工艺如下:

 

硫酸铜

250~300g/L

温度

20~30℃

硫酸

50~70g/L

电流密度

30~50A/dm2

氯离子

0.02~O.08g/L

阳极

专用磷铜阳极

添加剂

0.5~2mL/L

 

高速走线和镀液循环过滤

 

从理论上看,对于高速电镀,在一定范围内,主盐浓度越高越好,但是由于存在溶解度和同离子效应等问题,在镀液中要单一提高主盐浓度是存在一定问题的,硫酸铜在与硫酸共存时,其溶解度见表2。由表2可知,当硫酸铜含量高于300g/L时,硫酸的允许含量会下降很快,而过低的硫酸对镀液性能和镀层质量都是不利的,因此,正常情况下应该维持铜盐在290g/L左右。

 

表2不同硫酸含量时硫酸铜的溶解度(25℃)

硫酸含量/(g/L)

   0

   20

   40

   60

   100

   150

硫酸铜浓度/(g/L)

   352

   330

   309

   294

   264

   230

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