趙 濤, 黃 娟, 張艷霞, 黃海賓

（1.西安西電開關(guān)電氣有限公司,陜西西安, 710077;2.海寧市科泰克金屬表面技術(shù)有限公司,浙江海寧, 314400）

銅保護(hù)劑在高壓電氣產(chǎn)品上的應(yīng)用

趙 濤1, 黃 娟1, 張艷霞1, 黃海賓2

（1.西安西電開關(guān)電氣有限公司,陜西西安, 710077;2.海寧市科泰克金屬表面技術(shù)有限公司,浙江海寧, 314400）

0 前言

為了使高壓電氣產(chǎn)品具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及較小的摩擦力,滑動(dòng)接觸零件廣泛使用銅或銅合金。然而在銅或銅合金零件表面生成的腐蝕層的電阻會(huì)造成電壓升高,嚴(yán)重影響設(shè)備的質(zhì)量;同時(shí)在銅材的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)及使用過程中容易形成薄的腐蝕膜而變色,這不僅影響美觀,而且影響其導(dǎo)電性和可焊性。對(duì)于在低功率及低電壓條件下的銅或銅合金電子設(shè)備,接觸面上生成100～150μm厚的腐蝕產(chǎn)物,便可產(chǎn)生10～100 mV的電壓,這足以影響設(shè)備的正常工作[1]。為了防止或減緩腐蝕,必須對(duì)銅或銅合金表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?。鈍化是常用的處理方法之一,一般分為3種類型[2-3]:（1）傳統(tǒng)的六價(jià)鉻工藝,效果較好,但因六價(jià)鉻污染嚴(yán)重,國(guó)家已明令禁止;（2）使用苯并三氮唑,雖然污染程度低,但溫度高,處理時(shí)間長(zhǎng),效果也不太理想;（3）現(xiàn)有商品鈍化工藝,配方各異,效果比常規(guī)工藝有所提高。以上3種工藝均未徹底解決制品的耐蝕性及耐高溫問題。為此,經(jīng)過對(duì)比試驗(yàn)及工業(yè)批量生產(chǎn),研究出了Cu18-III保護(hù)劑,其效果大大超過普通無鉻鈍化工藝,并優(yōu)于含鉻鈍化工藝。同時(shí)本工藝具有處理溫度低、鈍化速率快、工藝條件寬、易于管理使用等優(yōu)點(diǎn),在實(shí)際生產(chǎn)中效果明顯,完全可以替代鉻酸鈍化。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

使用的材料有紫銅件,Cu18-III保護(hù)劑（海寧市科泰克金屬表面技術(shù)有限公司）,鉻酸。

1.2 工藝流程

（1）鉻酸鈍化

（2）Cu18-III保護(hù)劑

1.3 主要工序說明

（1）除油

除油液工藝組成為:NaOH 14～16 g/L,Na2CO318～25 g/L,Na3PO48～10 g/L,80～90℃,油除盡為止。

（2）活化

常規(guī)活化液工藝組成為:H2SO430～60 mL/L,5～10 s;我車間采用的活化工藝為:鹽酸150～200 g/L,5～10 s,光澤酸洗（VH2S04∶VHNO3=1∶4,3～5 s）。

2 結(jié)果與討論

2.1 Cu18-III對(duì)耐蝕性的影響

Cu18-III保護(hù)劑為含有多個(gè)N—H化學(xué)鍵的有機(jī)分子混合物,對(duì)銅的保護(hù)效果很好。在p H值為6.5～10.0的水溶液中,保護(hù)劑吸附到銅表面后,分子中N—H化學(xué)鍵上的氫原子被銅原子取代,形成Cu—N共價(jià)鍵,由銅和保護(hù)劑交替形成一種較復(fù)雜、厚度約為 5μm的配合物膜結(jié)構(gòu)。該膜層在220℃以上仍能保持良好的緩蝕效果,起到隔絕外界浸蝕性物質(zhì)的作用。

表1為保護(hù)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)膜層耐蝕性的影響。由表1可知:膜層的耐蝕性隨著Cu18-III的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而變好,當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于15%以后,保護(hù)作用增加有限?？紤]經(jīng)濟(jì)因素,一般使用以5%～10%為宜。表2為保護(hù)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)溫度對(duì)膜層耐蝕性能的影響。由表2可知:由于保護(hù)劑中存在表面活性劑,濁點(diǎn)對(duì)保護(hù)性能的影響較大,溫度過低,化學(xué)反應(yīng)活性不夠,速度慢,溶液中有保護(hù)劑析出;溫度過高,超過表面活性劑的濁點(diǎn),溶液渾濁,保護(hù)性能急劇下降。因此,為了發(fā)揮銅保護(hù)劑的最佳性能,必須選擇合適的溫度,實(shí)際操作中控制在40～55℃為宜。

表1 保護(hù)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)耐蝕性的影響

表2 保護(hù)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)溫度對(duì)耐蝕性的影響

2.2 Cu18-III對(duì)絕緣保護(hù)涂料剝離性能的影響

由于高壓電器中許多工件需要部分鍍銀,涉及到局部電鍍問題,局部電鍍的絕緣保護(hù)涂料（可剝性涂料）與工件的結(jié)合力必須適中。由于保護(hù)劑與銅的結(jié)合是屬于化學(xué)反應(yīng),非物理黏附,因此保護(hù)劑分子與涂料中的橡膠分子必須有恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合力,保護(hù)劑中親水基團(tuán)太強(qiáng),涂料就不容易被剝離下來;親水基團(tuán)太弱,涂料結(jié)合力不夠,容易出現(xiàn)開膠、漏保護(hù)。Cu18-III保護(hù)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)可剝性涂料剝離性能的影響,如表3所示。

表3 保護(hù)劑對(duì)可剝性涂料剝離性能的影響（45℃）

3 Cu18-III替代鉻酸經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益分析

根據(jù)工廠實(shí)際情況,推算出使用鉻酸鈍化工藝處理時(shí),1年的運(yùn)行費(fèi)用約為776 880元;而采用Cu18-III保護(hù)工藝時(shí),1年的運(yùn)行費(fèi)用約為722 880元,明顯低于鉻酸鈍化工藝的。

使用鉻酸鈍化工藝時(shí),處理每m2的銅件需鉻酸3 g,實(shí)際真正起作用的僅為2～5 mg,其余的大量鉻酸都要經(jīng)過嚴(yán)格處理才能排放。經(jīng)Cu18-III保護(hù)劑處理后的廢液中無六價(jià)鉻,僅留有少量的有機(jī)物,COD廢水中化學(xué)耗氧量約為10 mg/L,達(dá)到國(guó)家1級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。如沒有其他前處理、電鍍等污染物混合,可以直接排放。

4 結(jié)論

Cu18-III保護(hù)工藝的耐蝕性能超過鉻酸鈍化的,耐高溫性能優(yōu)于鉻酸鈍化的,絕緣保護(hù)涂料剝離強(qiáng)度和鉻酸鈍化的相似,綜合使用成本低于鉻酸鈍化的。試驗(yàn)證明本工藝在高壓電氣產(chǎn)品上完全可以替代鉻酸鈍化并起到較佳的中間保護(hù)作用。

[1] 賴春曉.銅及其合金的腐蝕與控制[J].腐蝕與防護(hù),1991,12（5）:251-253.

[2] 王鵬,梁成浩,張婕.銅及其合金防變色工藝研究現(xiàn)狀[J].材料保護(hù),2007,40（3）:52-55.

[3] 謝洪波,沈小鵬,張來祥.銅及銅合金低溫快速無鉻鈍化工藝研究[J].材料保護(hù),2005,38（1）:37-39.

TG 174

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1000-4742（2011）03-0025-02

2010-09-01

·陽(yáng)極氧化·