铜及铜合金电化学抛光

卷 第9期 【抛光】 Vro-．27 No．9 铜及铜合金电化学抛光 张述林 ，罗秭 ，陈世波 (1．四川理工学院材料与化学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系，四川 白贡 463000；2．东方钢管有限公司，山东 潍坊 26101 1) 摘 要：在酸性条件下对紫铜进行了电化学抛光，其 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 流程 主要 包括：除油，活化，电化学抛光和真空干燥。采用正交试 验，讨论 了抛光液中各组分及各工艺参数对抛光效果的影响， 得出了最佳配方和工艺条件：30％硫酸 +60％磷酸 +5％去离子 水 +5％添加剂(即 3％乙醇 +1．8％尿素 +0．2％苯并三氮唑)， 温度 45 oC，电流密度 40A／dm 。 关键宇：铜及铜合金；电化学抛光；正交试验；苯并三氮唑 中图分类号：TG175 文献标志码：A 文章编号：1004—227X(2008)09—0026—03 Electrochemical polishing of copper and its alloys／／ ZHANG Shu—lin．LUO Wei．CHEN Shi—bo Abstract：Red copper was electrochemically polished under acidic conditions。 The process flOW mainly includes degreasing，activating，electrochemical polishing and vacuum drying． The effects of bath composition and process parameters on polishing effect were discussed by o~hogonal test．The optimal formulation and process conditions were obtained as follows：30％ sulfuric acid+60％ phosphoric acid+ 5％ deionized water+ 5％ additive fnamely 3％ ethanol+ l。8％ urea+ 0．2％ benzotriazole1，temperature 45。C．and current density 40 A／dm 。 Keywords：copper and its alloy；electrochemical polishing； o~hogonal test；benzo仃iazole First．author’S address：College ofMaterials& Chemical Engineering，Sichuan Ligong University，Zigong 463000， China 1 前言 铜及铜合金具有 良好的导热性及导电性，被广泛 应用于电子、开关、军工产品等方面。抛光是金属表 面处理的常用方法之一，其目的是为了消除金属表面 的细微不平，使表面具有镜面光泽。抛光主要分为机 械抛光、化学抛光、电化学抛光等n]。机械抛光的生产 强度较大，化学抛光会产生大量 NOx、SOz等有害气体； 收稿 日期：2008-05—12 修回 日期：2008—05—3O 作者简介：张述林 (1964-)，男，四川自贡人，副教授，研究方向为 应用化学。 作者联系方式：(Email)zsl16938@126．corn。 而电化学抛光可以代替许多金属机械精加工工序，且 不受加工尺寸、材料组成和零件形状等的限制。电化 学抛光通常所用的基础电解液主要由磷酸系、硫酸系、 磷酸一硫酸系、磷酸一铬酐、硫酸一铬酐或磷酸—硫酸一铬 酐，再配以各种添加剂组合而成【2]。因铬酐有毒，污染 环境，故选择磷酸一硫酸系为研究对象，以新型添加剂 取代铬酐L3]。本文在酸性条件下对紫铜进行了电化学 抛光的研究，通过试验找到了最佳工艺条件。经过处 理后的铜具有镜面光泽，起到了美化产品的作用。 2 实验 2．1 试验材料 将紫铜加工成 50 nⅡn×25 1Tim×3 mm的块状，并 且一端打上直径为 3 mm 的小孔。加工时防止试件过 热，因为过热将改变试件的晶体结构，抛光时可能产 生纹路和划痕。如果试件的表面粗糙度很大，先进行 机械抛光，这样有利于缩短电化学抛光的时间和延长 抛光液的使用寿命。 2．2 试剂和仪器 试剂：苯并三氮唑，磷酸，硫酸，OP—l0，碳酸钠， 磷酸钠，氢氧化钠。 仪器：85—2型磁力搅拌机 (上海司乐仪器厂)， DB一207SGB 真空干燥箱 (成都天宇试验设备有限公 司)，DHl7l8D一2双路跟踪稳压稳流电源(北京福凯仪 器有限公司)。 2．3 工艺流程 除油～水洗一活化一水洗～电化学抛光一水洗～ 真空干燥。 除油采用常用的碱性除油液(碳酸钠 +磷酸钠 + OP—l0)。活化在 l0％～l5％(质量分数，下同)的H2SO4 中预浸，操作时问越短越好，以防发生过腐蚀现象。 电解抛光以不锈钢作阴极，铜试件作阳极，时问 5 min。 2．4 正交试验 抛光液组成为：90％基础液 +5％水 +5％添加剂 维普资讯 http://www.cqvip.com 铜及铜合金电化学抛光 (其中以 3％乙醇作缓蚀剂，1。8％尿素作整平剂，0。2％ 苯并三氮唑作光亮剂)。操作电压为 l5 V。表 1为正交 试验因素水平表。 表 1 正交试验因素水平表 Table 1 Factors and levels of orthogonal test 2．5 性能 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 2。5。1 外观 采用 目测法。抛光后目测，应无划痕、斑点、缺 陷，表面平整、光亮。 2。5。2 抗变色性 将抛光后的铜件放在 150。C的加热平台上，20 S 后取下，待冷却后观察铜表面是否有斑点[41。 2。5。3 腐蚀失重测试 试样在电化学抛光后损失的质量占其抛光前质量 的百分比，即： 77=(，卵前一，卵后)／，卵前×100％ 3 结果与讨论 3．1 正交试验结果 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 根据因素水平表，选择 L9(3 )正交表进行试验，结 果如表 2所示。以光亮度、整平度、有无划痕、是否 发彩、有无麻点为评分标准，每个指标满分为 l0分。 表 2 正交试验结果 Table 2 Results of orthogonal test 实验号 A B C D 外观评分 9 5。5 9、5 6 9 7。5 7 7 5。5 8。5 由表 2可知，实验 2(即 A1B2C2D2)所得试样的外 观评分最高(为9．5)；然而，均值分析所得到的最佳方 案为 A2B2C2D2。因此，对 A2B2C2D2做一次验证性实 验，所得试样的外观质量评分为9。 3．2 腐蚀失重结果 A1B2C2D2和 A2B2C2D2两片试样电化学抛光后的 失重测试结果见表 3。 表3 电化学抛光前后样品的质量变化 Table 3 M ass changes of samples before and after electrochemical polishing 由表 3可知，A1B2C2D2所得试样的失重更小。因 此，最终确定最佳 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 为A1B2C2D2，即抛光温度45。C， 抛光时间 5 min，硫酸与磷酸的质量比为 3：6，电流密 度为40A／dm2。 3．3 抛光液中各主要组分对抛光效果的影响 3．3。1 硫酸 浓硫酸是相当强的氧化剂，在加热情况下能氧化 许多金属。在电化学抛光中，硫酸的作用主要是提高 溶液的导电率，改善分散能力，提高电流效率，改善 金属的整平能力。硫酸的质量分数还会影响抛光液寿 命。适当提高抛光液中硫酸的质量分数，可以提高生 产率，但不利于提高表面光亮度。其质量分数一般应 控制在占总抛光液的 30％左右。 3．3．2 磷酸 磷酸是多元中强酸，是铜及铜合金电解抛光液中 的主要成分，它能在制品表面和阳极区形成黏稠膜， 有利于提高电解抛光效果I51。试验表明，磷酸质量分数 对制品表面整平和光洁度有极大的影响，磷酸质量分 数偏低，电抛光溶液密度小，黏度小，离子扩散速度 加大，使金属电化学溶解加快，不利于达到整平抛光。 磷酸质量分数高，黏度和溶液密度均增大，电流密度 减小，有利于提高整平抛光效果。磷酸质量分数与阳 极电流密度有很密切的关系，直接影响电抛光质量。 生产过程中，在保证电流密度的前提下，必须有效地 控制磷酸的质量分数在适宜的范围。一般将其控制在 60％左右，这样不但可以保证必要的电流密度，还可以 有效提高抛光表面的整平精饰和光洁、光泽度。 3。3。3 添 加 剂 在电化学抛光基础溶液中加入少量的添加剂，当 电压达到阳极钝化电位时，就可在阳极表面产生一层 吸附膜，从而促使阳极钝化膜完整，抑制腐蚀，产生 光泽。同时，由于该吸附膜在阳极凹陷处比在凸起处 厚，因此凸起处电流大、溶解快，凹陷处电流小、溶 解慢，从而可以提高整平效果，进而显著改善电化学 · 27 · l 2 3 3 1 2 2 3 1 l 2 3 2 3 4 3 1 2 l 2 3 1 2 3 1 2 3 l 1 1 2 2 2 3 3 3 维普资讯 http://www.cqvip.com 铜 及铜 合金 电化 学抛 光 =，= 抛光溶液的性能，提高制件表面质量。添加剂用量过 少的话，起不到应有的作用；如果用量太多，将直接 影响电解液的导电性能，使电流密度降低，而且还会 增大溶液的黏度，不利于溶液中气体的逸出。本试验 将添加剂的质量分数稳定控制在 5％。所选取的添加剂 组分及其用量如下：3％乙醇作缓蚀剂，1．8％尿素作整 平剂，0．2％苯并三氮唑作光亮剂。 3．4 各工艺参数对抛光效果的影响 3．4．1 电流密度 电流密度在电解抛光过程中起决定性作用，电流 密度与金属的溶解几乎成正比。由于阳极极化增加， 使金属溶解的同时，发生水或其它含氧离子的放电， 有一定的氧气析出，有利于成膜和溶解，达到整平抛 光、精饰表面的目的。试验表明，电流密度过小，制 品表面发生一般的阳极溶解，起不到抛光作用；电流 密度过大，氧气会猛烈析出，抛光溶液扩散加剧形成 气流，导致表面局部过热，容易产生电化学腐蚀。所 以，阳极电流密度必须控制在适宜的范围，以 30～ 50 A／dfn2为宜，40 A／dfn2时抛光效果最好。 3．4．2 温度 抛光温度影响抛光溶液中离子的扩散速度，对提 高制品表面的整平速率有明显影响。抛光整平速率随 温度的升高而增大。温度升高，能降低电抛光溶液的 黏度，减少阳极黏膜的厚度，加速阳极溶解产物的扩 散，使溶液对流加快，有利于阳极表面滞留气泡的脱 附，避免产生麻点、斑点而影响电抛光质量。但温度 ·· ．．．．． 。 。。 ． l"，mlllll ·’．．．m 一 ．． ·．．．．h1一H ¨ ·．1．．“一 I_ l。 Ull J ．．_．1lI_’‘’IIn· ．．．．· (上接第 15页) 参考文献： [I】 IIJIMA S．Helical microtubules ofgraphitic carbon[J】Nature，1991， 354(6348)：56—58． [2】 刘家琴，吴玉程，薛茹君，等．碳纳米管／聚合物功能复合材料的研究 进展[J]．兵器材料科学与工程，2005，28(6)：64—68． [3] KOSAKA M，EBBESEN T W，HIURA H，et a1．Annealing effect on 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工艺处理后的工件，表面光亮度较高，可以达到镜面 光亮，其抗变色和耐腐蚀性都有很大程度的提高。 参考文献： [1】 张素银，杜凯，谌加军，等 电解抛光技术研究进展[J]．电镀与涂饰， 2007，26(2)：48—50 [2】 刘爱华，徐中耀，郑兴华．金属电化学抛光工艺研究[J]．机械工艺师， I998 f6)：2-4． [3】 肖鑫．环保型铜及铜合金化学抛光[J]．电镀与环保，2004，24(1)：31—32． [4】 颜宝锋，上官小红．铜合金化学抛光技术的研究[J]．表面技术，2006， 35(3)：57—58． [5】 文斯雄 铜合金零件电抛光去毛刺[J]．电镀与环保，2000，20(2)：39-41． [6】 彭荣华，李国斌，马凇江．铜及其合金化学抛光工艺研究[J]．材料保 护，2005，38(6)：30—32． [编辑：吴杰 ] [8】 LI Q Q，FAN S S，HAN W Q，et a1．Coating of carbon nanotube with nickel by electroless plating method[J]．Japanese Journal of Applied Physics，1997，36(4B)：L501一L503． [9】 ANG L M，HOR T S A，XU G Q，et a1．Decoration of activated carbon nanotubes with copper and nickel[J]．Carbon，2000，38(3)：363—372． [1O】 陈小华，颜永红，张高明，等．N Co合金包覆碳纳米管的研究[J]．微 细加工技术，1999(2)：17．22． [1l】 王银春，王育人，于泳．一种新型的碳纤维和碳纳米管化学镀镍工艺[J]． 中国表面工程，2005，18(4)：45-48． [12】 KIM D—H，AOKI K，TAKANO O Soft magnetic films by electroless Ni_Co_P plating[J]_Journal ofthe Electrochemical Society，1995，142(11)： 3763—3767． [1 3】 FARR J P G，NOSHANI A A．Some properties of electroless 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