铜及其合金的铬化、无铬化处理与涂装

铜及其合金的铬化、无铬化处理与涂装

高远化工东莞

1概述

铜及铜合金零件具有良好的传热、导电、压延等物理机械性能，但在空气中不稳定易氧化；特别在含有SO2、H2S及水蒸汽等腐蚀性介质的大气中易受到强烈腐蚀。为了提高铜及其合金的保护性和装饰性能必须要对其进行防护处理，它广泛用于电器仪表、电子工业及日用五金等铜及其合金零件的表面处理。

2铬酸盐钝化的反应机理

铜及其合金在铬酸盐中钝化分三个阶段，首先是铜的溶解：

3C u+C r2O72-+14H+→3C u2++2C r3++7H2O

3C u+2C r o42-+16H+→3C u2++2C r3++8H2O

第二步，当铜继续溶解，其表面附近溶液的pH值升高，从而使C r3+、C u2+与OH-作用，生成氧化物或碱式铬酸盐、碱式铜盐增到一定的浓度时便开始析出，在零件表面形成钝化膜，同时，由于扩散作用，溶液中的SO42-、C r2O72- 等阴离子，穿过碱过性区域，它们不仅可以溶解钝化膜，而且可以穿过膜层溶解金属，尤其是阴离子穿透能力强，溶解作用大，加速了钝化膜的形成：

2C r3++6OH-→C r2O3。3H2O

C r3++OH- +C r o42- →C r(OH)C r O4

2C u2++2OH- +C r O42- →C u2(OH)2C r O4

C u2+ +2C r3++8OH- →C u(C r O2)2+4H2O

第三步，随着时间的延长，膜层不断的加厚，当其达到一定的厚度后，阴离子穿透被迫停止，此时膜层不仅不增厚，反而会被溶解变薄。由此可见铬酸盐是成膜的主要成份，H2SO4和某无机盐分子可以帮助膜层加厚。铜铬酸盐的转化膜的主要组份是C r3+和

C r6+的化合物以及其基底的铬酸盐，至于各组份在转化膜中所占的比例和是否还含有别

的化合物，取决于成膜条件。一般在单位面积上铬酸盐的重量为10∽18mg/dm2 , 铬酸盐膜的形成会耗去一定量的金属，一般厚度为0.8μm,正常条件下的铬酸盐膜在冷水中，可以部分地被溶解，在热水中溶解更易，故热水洗的时间不能过长。

铬酸盐膜的硬度在很大程度上取决于它的形成条件。

3铬酸盐膜的工艺性能

十分薄的透明膜或彩虹色膜存在时，金属的钎焊性能并无明显影响，甚至比金属上存在自燃氧化膜的情形还要好，但是较厚的铬酸盐膜会使金属的焊接变得困难。

同样薄的铬酸盐膜对点焊不发生影响，但膜层过厚时则点焊进行有困难。

铬酸盐膜及无铬盐膜对粉料、橡胶或其它粘结剂都有较好的粘附能力，铜及其合金件铬化或无铬化处理后，其膜层作为底层可以避免涂料同底层金属铜发生不利的反应。

此外，铬酸盐或无铬盐膜对金属有缓蚀作用，一旦腐蚀介质穿透涂膜，仍然可以延缓底层锈蚀的出现，使涂膜保存完好，铬酸盐膜或无铬盐膜即使放置一段时间，也可以直接地进行涂装。

4铬酸盐膜或无铬酸盐膜的耐蚀性

铬酸盐膜或无铬酸盐膜为什么会对铜及其合金具有保护作用呢？

通常认为它结金属的防护作用是基于这们样的两种原因：第一是膜的紧密性，保证金属表面同腐蚀介质可靠地隔离，第二是部份地可溶性的C r6+化合物可以在膜的不连续部分对裸露金属起缓蚀作用。

防护作用的电化学理论在对铬酸盐膜的防护作用在于自铬酸盐溶液中吸附了极性的分子（或离子）并形成偶极的膜，此时，金属的表面带正电荷电位变正，其值与所附的

分子（或离子）的数量成比例，由于金属电位变正，其化学活性随之降低，耐蚀性也就提高了。

铜及其合金在铬酸盐和H2SO4含量高的混合液中不能形成可见的膜，只能达到表面清理和浸蚀的目的。而当上述溶液中含有一定的某无机盐离子时，铬酸盐膜便可形成，其形成的速度视溶液的pH值而定。

经铬酸盐处理后，水洗所得的湿膜是松散的，较易碰损的抹去，为此最好在50℃的热水中浸1min吹干，随后在70∽8 0℃的烘炉中老化处理20∽30min。这时膜层将变硬并且有一定的耐溶性和良好的耐蚀性。

膜的色泽和质量是在很大程度上取决于基底金属的组成和钝化液的类型，如东莞市高远金属处理材料有限公司生产研制的GY-319铜钝化剂处理的黄铜件其钝化膜为黄色+淡彩虹色，纯铜件为红色+淡彩虹色，而经GY-320环保铜钝化液处理而形成的钝化膜为无色透明膜，黄铜件为黄色，纯铜件为红色。它们都具有较好的耐蚀性和对涂料、橡胶和其他粘接剂的良好粘附能力。

5无铬钝化是今后的发展方向

随着中国环境保护法、国家水污染防治法和国家海洋环境保护法的贯彻、实施。控制水污染、保护江河、湖泊、海洋地面水及地下水水质的良好状态，保证人体健康、维护生态平衡，将是今后国家环保部门对各企业排污要求达到地基本目标。而传统的铜铬酸盐钝化工艺由于C r6+，严重污染环境，污水处理复杂，投资费用高。显然与国家的环境保护法等法规是相违背的，这种传统工艺随着科学技术的向前发展而被逐步淘汰。现在有许多的科研和生产单位正在攻克这一难关向低铬或无铬钝化之方面发展，有的无铬钝化液已变成了产品并投放市场，如：国家级高新企业—东莞市高远金属处理材料有限公司研制生产的GY-320环保铜钝化剂、GY-321环保铜封闭剂等就属于对环境无污染的产品。