一種機械鍍銅及銅合金工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種機械鍍銅及銅合金工藝，屬于鋼鐵材料的表面鍍覆技術領域，用于鋼鐵制件表面制備銅及銅合金鍍層。
【背景技術】
[0002]近幾年來，傳統電鍍銅工藝隨著環保壓力的不斷增大，一度出現關、停、整等；而電子、電器、裝飾-防護五金領域對鍍銅工藝的需求有增無減，這給機械鍍銅的發展提供了良好契機。但機械鍍領域到目前并沒有成熟的機械鍍銅工藝用于生產實踐，文獻檢索表明，表面防護領域對機械鍍銅工藝的研究甚少。于萍曾在“機械鍍銅及銅合金工藝及其耐蝕性研究”(電鍍與精飾，2005，第6期，7?9頁)一文中通過在機械鍍過程中添加銅粉、硫酸銅、硫酸氫鈉、聚乙二醇在鋼鐵制件表面制備了純銅層，其鍍層的形成依靠硫酸銅的置換還原建立銅基層，然后在銅基層上再進行閃錫建立鋅-錫層，再在鋅-錫層的基礎上鍍銅，工藝流程繁雜，鍍層的厚度控制困難。劉麗在“機械鍍銅的工藝研究”(材料保護，2000，第12期，29?30頁)中采用銅粉和銅合金粉，以硫酸銅、氯化銅、聚乙二醇、EDTA組合配制沉積劑，在鋼鐵制備表面制備了銅層和銅合金層，但存在沉積速度慢、鍍層表面易變色的問題；同時，劉麗在添加銅粉或銅合金粉的情況下，僅靠添加二價銅鹽在鋼鐵制件表面制備了銅層，但鍍層的增厚困難，鍍層表面變色問題嚴重。機械鍍技術領域的工程師們采用常規的機械鍍鋅工藝，將鋅粉更換為銅粉或銅合金粉，進行了大量的實驗研究和生產嘗試，最終均以失敗而告終，這說明借鑒或嫁接機械鍍鋅的工藝方法進行機械鍍銅是行不通的。
[0003]機械鍍銅及銅合金所采用的主要成層材料為銅粉或銅合金粉，與鋅及鋅合金粉相比，金屬銅易氧化，金屬銅的標準電極電位比金屬鋅要正的多，銅粉和鋅粉在酸性溶液中的顆粒表面狀態也不相同，所以從機理上分析常規的機械鍍鋅工藝是不適合于機械鍍銅及銅合金的。為此，從工藝原理和工藝操作流程出發，研究一種借助于通用機械鍍設備，工藝簡單、操作方便的機械鍍銅及銅合金工藝，在鋼鐵制件表面獲得表面平滑、鍍層完整、色澤均勻的銅或銅合金層成為該領域技術人員亟待解決的技術難題。

【發明內容】

[0004]本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種機械鍍銅及銅合金工藝，具體包括以下步驟:
(1)前處理:鋼鐵制件依次經過除油、漂洗、除銹、漂洗后得到表面潔凈的鋼鐵制件；
(2)將鋼鐵制件、介質、水(介質和水的加入量與鋼鐵制件的形狀和單件重量有關，以保證鍍筒轉動過程鍍筒內的物料呈瀉落狀態)裝入通用機械鍍設備的鍍筒內，添加磷酸或檸檬酸調整鍍液的PH值為I?5，然后添加銅粉或銅合金粉，隨后添加促進劑，轉動鍍筒5?8分鐘；
(3)根據所要求的鍍層厚度多次循環添加銅粉或銅合金粉和沉積促進劑，循環加料的時間間隔為5?8分鐘，循環次數越多，鍍層厚度越厚，因此對于循環次數的確定是本領域的公知常識；
(4)向機械鍍設備的鍍筒中添加水，鍍筒繼續旋轉I?2分鐘，隨著鍍筒的旋轉將工件鍍層表面清洗干凈，然后卸料、工件分離，鋼鐵制件表面獲得一層銅或銅合金層。
[0005]優選的，本發明所述沉積促水溶液進劑的成分及其質量百分比為硅藻土 0.5%?1%，葡萄糖酸鈉1%?2%，三乙醇胺0.5%?1%，亞錫鹽35%?45%，磷酸二氫銨1%?3%，聚乙二醇1%?3%和余量水。
[0006]本發明所述沉積促進劑中不含有硫酸銅、氯化銅或其它銅鹽，沉積促進劑可以控制鐵、銅、錫之間的電位穩定，且促使所添加的銅粉或銅合金在鍍液環境中以尺寸適合的團族狀沉積在鋼鐵基體表面。
[0007]優選的，本發明所述方法施鍍時銅粉或銅合金粉的總添加量M=8.5XdXS，其中，M單位為克；d為鍍層欲鍍厚度，單位:微米；S為待鍍工件表面積，單位:平方米；銅粉或銅合金粉每次添加量m=M / (d / 10)。
[0008]優選的，本發明所述方法施鍍時沉積促進劑的加入量為銅或銅合金粉加入量的1/3 ?1/2。
[0009]本發明所述介質常用玻璃珠介質，其他符合要求的材質也可以使用。
[0010]本發明所述前處理主要是采用常用的化學法、電化學法、超聲波法、氧化法等除去鋼鐵制件表面的各類油、脂、蠟等污物，以及采用常用的化學酸洗法、機械法等去除鋼鐵制件表面的銹垢、氧化皮等污物，經前處理后鋼鐵制件表面裸露出潔凈的表面。
[0011]向鍍液中添加銅粉或銅合金粉+沉積促進劑鍍銅可以在鋼鐵制件表面獲得銅層或銅合金層，向鍍液中循環多次添加銅粉或銅合金粉和沉積促進劑可以實現鋼鐵制件表面的銅層或銅合金層厚度增加；添加銅粉或銅合金粉+沉積促進劑時需要先添加銅粉或銅合金粉，再添加沉積促進劑，循環加料的時間間隔為5?8分鐘。
[0012]本發明的有益效果:
(I)本發明的機械鍍銅及銅合金工藝穩定，工藝流程中不添加硫酸銅、氯化銅或其它銅鹽，在鍍液環境中沉積促進劑可以控制鐵、銅、錫之間的電位穩定，控制銅粉或銅合金粉以尺寸適合的團簇狀沉積在鋼鐵基體表面，銅粉或銅合金粉的沉積速度穩定。
[0013](2)本發明的機械鍍銅及銅合金工藝流程操作簡單，鍍層的形成不需要建立鋅-錫基層或硫酸銅置換銅底層，可在前處理后的鋼鐵制件表面直接沉積銅層或銅合金層，工藝流程簡單，操作方便。
[0014](3)本發明的機械鍍銅及銅合金工藝流程中銅及銅合金粉、沉積促進劑的添加量由待鍍件的表面積、所要求的鍍層厚度、銅及銅合金粉的密度定量決定，工藝操作時它們的總添加量和分次添加量均定量化，施鍍時操作簡單，易實現鍍層厚度的準確控制。
[0015](4)本發明的機械鍍銅及銅合金工藝流程中施鍍時不添加硫酸銅、氯化銅或其它銅鹽，最終在鋼鐵制件表面所獲得的鍍層主要由銅粉或合金粉組成，不存在銅鹽的還原沉積層，鍍層表面色澤穩定，不變色。
【具體實施方式】
[0016]
下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不限于所述內容。
[0017]實施例1
本實施例所述機械鍍銅及銅合金工藝，待鍍工件為Φ20厚度3 mm的鋼鐵平墊片100kg，被鍍表面積9.5 m2，欲鍍鍍層厚度10微米，具體包括以下步驟:
(1)前處理:鋼鐵墊片依次經過除油、漂洗、除銹、漂洗后得到表面潔凈的鋼鐵制件；本實施例采用熱堿法去除鋼鐵墊片表面的各類油脂類污物，采用鹽酸酸洗法去除墊片表面的銹蝕產物，采用流動水進行漂洗；
(2)將鋼鐵墊片、介質(Φ2?3)、水、裝入通用機械鍍設備的鍍筒內，向鍍筒內添加400ml磷酸調整鍍液的pH值為3，然后添加807.5 g紫銅粉，隨后向鍍筒內添加465 ml沉積促進劑水溶液，轉動鍍筒8分鐘；
(4)向機械鍍設備的鍍筒中添加水，鍍筒