背景介紹

銅及銅合金在現(xiàn)代生活中應(yīng)用非常廣泛，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及生活水平的提高，人們對(duì)銅及銅合金制品的外觀裝飾提出了更高的要求。銅材在加工過程中往往要經(jīng)過最后的表面光亮酸洗以及鈍化，才能滿足人們的使用要求。

銅及銅合金傳統(tǒng)的清洗方法主要有兩種：

硫酸-硝酸清洗劑_【1】和硫酸-鉻酸清洗劑_【2】。

 硫酸-硝酸清洗劑具有清洗速度快、出光效果好等特點(diǎn)，但是強(qiáng)酸性條件下，硝酸的使用容易造成氮氧化合物的產(chǎn)生（黃煙），危害工作人員的健康，已慢慢被禁止使用；

 硫酸-鉻酸體系，出光效果好，溶液穩(wěn)定，但是由于鉻酸具有很強(qiáng)的毒性，對(duì)環(huán)境污染較大，而且廢水處理成本越來越高，也慢慢被取代。

現(xiàn)在市面上常用的酸性清洗方法主要以H₂SO₄-H₂O₂ 體系為主，由于其使用安全、毒性小，深受工業(yè)界的青睞，但是該體系如果不加入光亮劑，很難得到鏡面效果的銅材，因此，光亮劑的研究變得非常重要。本文以H₂SO₄-H₂O₂ 體系為主體，探索出一種新型的光亮劑組成，適用于多種銅及其合金的光亮清洗。

實(shí)驗(yàn)介紹

化學(xué)除油——水洗——預(yù)酸洗——水洗——光亮酸洗——水洗——鈍化——水洗——烘干

酸洗處理前，先將樣品進(jìn)行除油和預(yù)酸洗_【3】，然后再進(jìn)行光亮酸洗。

（1）化學(xué)除油

（2）預(yù)酸洗

（3）光亮酸洗

本文通過反復(fù)試驗(yàn)，研制出一種銅及其合金的酸洗光亮劑，該體系下，銅及其合金，酸洗速度快且可控，無毒無污染，是較為理想的酸洗工藝。其配方如下：

★注意：光亮酸洗的時(shí)間因產(chǎn)品不同而不同，應(yīng)先進(jìn)行小批量試驗(yàn)。酸洗一段時(shí)間后，如果出現(xiàn)效率降低，可以適當(dāng)添加硫酸和雙氧水；如果出現(xiàn)出光不亮，可以適當(dāng)補(bǔ)加一定量的光亮添加劑。

光亮酸洗劑的配置：

先在光亮酸洗槽中加入一定量的H₂O₂，然后慢慢加入光亮劑，再緩慢加入濃硫酸，邊加邊攪拌，等溫度降至20-30 ^oC時(shí)加入添加劑，邊加邊攪拌，得到光亮酸洗劑即可使用。

結(jié)果與討論

硫酸是酸性清洗劑中的主要成份，其作用是溶解氧化銅，裸露出新鮮的銅層，隨著濃度的增加，氧化銅溶解的速度加快；但是濃度過高時(shí)，由于其所占比例過高，無法對(duì)氧化層溶解加速_【4】。因此，硫酸的用量一般控制在8-12%即可。

雙氧水可以將銅氧化成氧化銅，為酸洗提供活性氧，游離出來的活性氧和硫酸作用，優(yōu)先溶解銅基材表面凸出的部分，使銅及其合金表面平整。_【5】H₂O₂濃度低時(shí)，清洗后的光亮效果差，因?yàn)?，雙氧水濃度低，對(duì)不平整的部位整平效果就差，因此無法達(dá)到光亮效果；隨著H₂O₂濃度升高，光亮效果有所增加，但是太高時(shí)，反應(yīng)劇烈，速度無法控制，造成銅材過腐蝕_【4】。

該體系下一般選用的雙氧水濃度在40-50%之間。本文中為了使體系使用壽命更長(zhǎng)，搭配更加合理，選用的雙氧水濃度為70-75%，然后通過添加劑來控制反應(yīng)的速率，達(dá)到更好的清洗效果。

光亮添加劑在溶液中起到增光作用，可以加速氧化膜的去除，同時(shí)還要起到雙氧水穩(wěn)定劑的作用。其組成包括：有機(jī)酸、雙氧水穩(wěn)定劑、光亮劑、增亮劑、銅鈍化劑等。

光亮添加劑的添加量對(duì)銅及銅合金酸性清洗有著顯著的影響（見表1）。

⒈當(dāng)添加量過低時(shí)，光亮劑無法起到增光效果，清洗后的銅及銅合金無法達(dá)到鏡面效果；

⒉光亮劑添加量過高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)局部的不均勻，出點(diǎn)斑點(diǎn)，影響美觀，因此，優(yōu)選的添加量為15-20%。

表1 光亮添加劑對(duì)清洗效果的影響

溫度對(duì)銅及銅合金酸性光亮清洗的影響較大。

 溫度較高時(shí)，雙氧水分解較快，在酸度可以達(dá)到的條件下，可以快速出光，但是溫度高時(shí)對(duì)雙氧水的消耗加快，雙氧水的分解以及酸洗都是放熱過程，會(huì)導(dǎo)致體系溫度急劇上升，從而導(dǎo)致酸洗速度太快而無法控制；同時(shí)，溫度太高，容易在銅及銅合金表面形成過腐蝕，影響表面美觀度。隨意酸洗時(shí)溫度一般不超過40℃。

 當(dāng)溫度太低時(shí)，反應(yīng)速度較慢，出光時(shí)間長(zhǎng)，但是只要在冰點(diǎn)以上，通過延長(zhǎng)清洗時(shí)間，都可以達(dá)到光亮酸洗的效果。因此，為了達(dá)到更好的清洗效果，選用清洗溫度為20-30℃。

表3溫度對(duì)清洗效果的影響

該配方對(duì)黃銅和紫銅都具有較好的光亮效果，經(jīng)過光亮酸洗后的光亮度高如圖1所示。

圖1. 黃銅件以及黃銅紫銅混合件經(jīng)過光亮酸洗后的對(duì)比圖

結(jié)論

（1）該配方無毒、無污染，可以在常溫下操作，環(huán)保效果好；

（2）該工藝解決了雙氧水濃度高時(shí)易分解、反應(yīng)速率無法控制的問題，使操作更加方便；

（3）經(jīng)過拋光后的銅材表面光亮度高，可以達(dá)到鏡面效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾樣德. 銅制件光亮酸洗鈍化無污染工藝[J] 《表面工程雜志》1996,32（3），39-42.

[2] 鄭永峰. 銅及銅合金光亮酸洗鈍化工藝[J] 《電鍍與環(huán)?！?998,18（2），25-27.

[3] 顏寶峰，上官小紅. 銅合金化學(xué)拋光技術(shù)的研究[J] 《表面技術(shù)》2006,35（3），57-58,66.

[4] 郭賢烙，肖鑫，易翔，鐘萍. 銅及銅合金化學(xué)拋光及鈍化的研究[J] 《表面技術(shù)》2001,30（2），35-39.

[5] 沈偉智. 銅及銅合金光亮酸洗新工藝[J] 《電鍍與精飾》1993,15（5），42-44.