新型铜及铜合金酸洗光亮剂研究

摘要：本文介绍了硫酸-双氧水体系下铜及铜合金的酸洗光亮剂，通过正交实验对化学清洗剂组成进行优化，得出最优配比：8-12%的硫酸；70-75%的双氧水；15-20%的光亮添加剂；2-4%的添加剂。该体系酸洗速率可控，得到的铜及铜合金表面光亮度好。

关键词：铜及铜合金；酸性清洗剂；光亮剂；环保

背景介绍

铜及铜合金在现代生活中应用非常广泛，随着科学技术的发展以及生活水平的提高，人们对铜及铜合金制品的外观装饰提出了更高的要求。铜材在加工过程中往往要经过最后的表面光亮酸洗以及钝化，才能满足人们的使用要求。

铜及铜合金传统的清洗方法主要有两种：

硫酸-硝酸清洗剂_【1】和硫酸-铬酸清洗剂_【2】。

 硫酸-硝酸清洗剂具有清洗速度快、出光效果好等特点，但是强酸性条件下，硝酸的使用容易造成氮氧化合物的产生（黄烟），危害工作人员的健康，已慢慢被禁止使用；

 硫酸-铬酸体系，出光效果好，溶液稳定，但是由于铬酸具有很强的毒性，对环境污染较大，而且废水处理成本越来越高，也慢慢被取代。

现在市面上常用的酸性清洗方法主要以H₂SO₄-H₂O₂ 体系为主，由于其使用安全、毒性小，深受工业界的青睐，但是该体系如果不加入光亮剂，很难得到镜面效果的铜材，因此，光亮剂的研究变得非常重要。本文以H₂SO₄-H₂O₂ 体系为主体，探索出一种新型的光亮剂组成，适用于多种铜及其合金的光亮清洗。

实验介绍

1

工艺流程

化学除油——水洗——预酸洗——水洗——光亮酸洗——水洗——钝化——水洗——烘干

2

工艺配方

酸洗处理前，先将样品进行除油和预酸洗_【3】，然后再进行光亮酸洗。

（1）化学除油

碳酸钠	2-3%
三乙醇胺	1-2%
TX-10	0.1-0.5%
五水偏硅酸钠	2-3%
水	余量
温度	50-60oC
时间	3-5min

（2）预酸洗

硫酸	5-10%
温度	30-40 oC
时间	1-2min

（3）光亮酸洗

本文通过反复试验，研制出一种铜及其合金的酸洗光亮剂，该体系下，铜及其合金，酸洗速度快且可控，无毒无污染，是较为理想的酸洗工艺。其配方如下：

H2SO4（98%）	8-12%
H2O2（30%）	70-75%
光亮添加剂	15-20 %
添加剂	2-4%
温度	20-30oC
时间	30-120s

★注意：光亮酸洗的时间因产品不同而不同，应先进行小批量试验。酸洗一段时间后，如果出现效率降低，可以适当添加硫酸和双氧水；如果出现出光不亮，可以适当补加一定量的光亮添加剂。

光亮酸洗剂的配置：

先在光亮酸洗槽中加入一定量的H₂O₂，然后慢慢加入光亮剂，再缓慢加入浓硫酸，边加边搅拌，等温度降至20-30 ^oC时加入添加剂，边加边搅拌，得到光亮酸洗剂即可使用。

结果与讨论

1

H₂SO₄的作用

硫酸是酸性清洗剂中的主要成份，其作用是溶解氧化铜，裸露出新鲜的铜层，随着浓度的增加，氧化铜溶解的速度加快；但是浓度过高时，由于其所占比例过高，无法对氧化层溶解加速_【4】。因此，硫酸的用量一般控制在8-12%即可。

2

H₂O₂的作用

双氧水可以将铜氧化成氧化铜，为酸洗提供活性氧，游离出来的活性氧和硫酸作用，优先溶解铜基材表面凸出的部分，使铜及其合金表面平整。_【5】H₂O₂浓度低时，清洗后的光亮效果差，因为，双氧水浓度低，对不平整的部位整平效果就差，因此无法达到光亮效果；随着H₂O₂浓度升高，光亮效果有所增加，但是太高时，反应剧烈，速度无法控制，造成铜材过腐蚀_【4】。

该体系下一般选用的双氧水浓度在40-50%之间。本文中为了使体系使用寿命更长，搭配更加合理，选用的双氧水浓度为70-75%，然后通过添加剂来控制反应的速率，达到更好的清洗效果。

3

光亮添加剂的作用

光亮添加剂在溶液中起到增光作用，可以加速氧化膜的去除，同时还要起到双氧水稳定剂的作用。其组成包括：有机酸、双氧水稳定剂、光亮剂、增亮剂、铜钝化剂等。

光亮添加剂的添加量对铜及铜合金酸性清洗有着显著的影响（见表1）。

⒈当添加量过低时，光亮剂无法起到增光效果，清洗后的铜及铜合金无法达到镜面效果；

⒉光亮剂添加量过高时，会出现局部的不均匀，出点斑点，影响美观，因此，优选的添加量为15-20%。

表1 光亮添加剂对清洗效果的影响

添加量	效果及现象
5%	不光亮，粉红色
10%	光亮，但是会有局部不均匀
15%	光亮，接近镜面
20%	光亮，接近镜面
25%	光亮，会有点状不均

4

酸洗温度的影响

温度对铜及铜合金酸性光亮清洗的影响较大。

 温度较高时，双氧水分解较快，在酸度可以达到的条件下，可以快速出光，但是温度高时对双氧水的消耗加快，双氧水的分解以及酸洗都是放热过程，会导致体系温度急剧上升，从而导致酸洗速度太快而无法控制；同时，温度太高，容易在铜及铜合金表面形成过腐蚀，影响表面美观度。随意酸洗时温度一般不超过40℃。

 当温度太低时，反应速度较慢，出光时间长，但是只要在冰点以上，通过延长清洗时间，都可以达到光亮酸洗的效果。因此，为了达到更好的清洗效果，选用清洗温度为20-30℃。

表3温度对清洗效果的影响

温度（℃）	清洗时间（s）	效果及现象
10	180	光亮度好，达到镜面效果
20	120	光亮度好，达到镜面效果
30	30	光亮度好，达到镜面效果
40	10	光亮度好，达到镜面效果
50	10	光亮度好，偶有少量麻点

5

铜材的影响

该配方对黄铜和紫铜都具有较好的光亮效果，经过光亮酸洗后的光亮度高如图1所示。

图1. 黄铜件以及黄铜紫铜混合件经过光亮酸洗后的对比图

结论

（1）该配方无毒、无污染，可以在常温下操作，环保效果好；

（2）该工艺解决了双氧水浓度高时易分解、反应速率无法控制的问题，使操作更加方便；

（3）经过抛光后的铜材表面光亮度高，可以达到镜面效果。

参考文献

[1] 曾样德. 铜制件光亮酸洗钝化无污染工艺[J] 《表面工程杂志》1996,32（3），39-42.

[2] 郑永峰. 铜及铜合金光亮酸洗钝化工艺[J] 《电镀与环保》1998,18（2），25-27.

[3] 颜宝峰，上官小红. 铜合金化学抛光技术的研究[J] 《表面技术》2006,35（3），57-58,66.

[4] 郭贤烙，肖鑫，易翔，钟萍. 铜及铜合金化学抛光及钝化的研究[J] 《表面技术》2001,30（2），35-39.

[5] 沈伟智. 铜及铜合金光亮酸洗新工艺[J] 《电镀与精饰》1993,15（5），42-44.

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