铜及铜合金化学抛光及钝化的研究

２００１年４月

表面技术第３０卷第２期．３５．

０引言

铜及铜合金化学抛光及钝化的研究

郭贤烙。肖鑫。易翔，钟萍

（湖南工程学院，湖南湘潭４１１１０１）

［摘要］研究了铜及铜合金化学抛光液及其钝化液的组成和工艺参数，讨论了抛光液各组分和抛光温度、时间、搅拌方式等工艺条件的影响。介绍了一种铜及铜合金的化学抛光和钝化工艺。

［关键词】铜及其合金；化学抛光；钝化

［中图分类号］ＴＧｌ４６．１＋１［文献标识码］Ａ［文章编号】１００１—３６６０（２００１）０２一００１３—０３

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［ＫＩ羽傩］Ｃ叩ｐｅｒａＩｌｄｃ叩ｐｅｒａｌｌｏｙ；Ｃｈ锄ｉｃａｌｐｏｌｉｓｈｉＩｌｇ；Ｐ鹳ｓｉｖａｔｉｏｎ

铜及铜合金以优良的装饰性在仪表、医疗设备、轻工产品等领域得到越来越广泛的运用。通过抛光和钝化可以提高铜及铜合金的装饰效果和表面性能。化学抛光与电化学抛光和机械抛光相比具有成本低、效率高、操作等简便等特点，因而得到广泛运用。

传统的化学抛光工艺污染严重、废液难以处理且有毒，随着人们环保意识的增强，人们强烈意识到环保型工艺取代传统工艺的迫切性。因此，研究无毒低污的抛光和钝化工艺意义重大。讨论了抛光和钝化的影响因素，开发了一种可以替代传统抛光工艺的无毒低污的抛光新工艺。

１实验方法

（１）实验材料：紫铜２．５ｃｍ×２．５ｃｍ，黄铜２．５ｃｍ×２．５ｃｍｏ

（２）工艺流程：化学除油一热水洗一冷水洗一化学抛光一冷水洗一脱膜一冷水洗一钝化一热风吹于或

［收稿日期】２０００斯－２ｌ烘干。

（３）前处理与脱膜规范

除油规范：ＮａｏＨ１０—１６∥Ｌ；Ｎａ２Ｃ０３１８—２６∥Ｌ；Ｎａ３地８～１叫Ｌ；温度８０～９０℃；时间油除尽为止。

预酸洗：Ｈ２Ｓ０４１００～１４‰ｌ／Ｌ；ＨＣｌ２５—５０ｎｌｌ／Ｌ；温度室温；时间３０一６０ｓ。

脱膜液：心Ｓ０４３０～７０“／Ｌ；时间５—１０ｓ。

２实验结果与讨论

２．１抛光与钝化的工艺规范’

通过对有关文献资料的研究和分析，经粗选实验和正交实验获得抛光的工艺规范如下：

Ｈ２０２２５０—４５０１１１ｌ／Ｌ；Ｈ２Ｓ０４８０～１１０Ｉｎｌ／Ｌ；ＯＰ０．１一Ｉ．５洲Ｌｏ

乙酸５０～７０Ｉｌｌｌ／Ｌ；乙醇３５～４５ｒＩｌｌ／Ｌ；光亮剂３５～４５１１１ｌ／Ｌ。

增亮剂Ｏ．１—１．Ｏｒ洲Ｌ。

实验发现影响抛光光亮性的因素及大小顺序为：温度＞Ｈ２Ｓ０４＞Ｈ２０２＞乙酸＞光亮剂。

万方数据

·３６·Ａｐｒ．２∞１ｖ０１．３０Ｎｏ．２

钝化的工艺规范：成膜剂ＡＯ．３—１．０∥Ｌ；钼酸钠

０．２～１．５ｆ；／Ｌ；成膜促进剂０．５～１．５∥Ｌｏ乙醇２—３Ｈｌｌ／

Ｌ；硅酸钠０．３一Ｏ．６９，Ｌ。

２．２抛光液组分对抛光质量的影响

（１）双氧水。双氧水在铜表面氧化铜，生成氧化

膜，而且双氧水分子较小，容易穿透氧化膜继续氧化铜

基体，使氧化膜具有一定厚度，而只有一定厚度的氧化

膜才能抛光铜及铜合金表面。可见双氧水在抛光初期

的作用主要是促使生成较厚的氧化膜，在抛光过程中，

起到一般氧化剂的作用。

如果没有双氧水，最初的氧化膜就难以形成，氧化

膜也比较薄，抛光效果不佳。双氧水浓度太低，抛光效

果差；随着双氧水浓度的增大，光亮度增加；但太高，则

酸洗后产生粗糙度粉红色铜层。实验表明：浓度以

２５０。４５０血／Ｌ为宜，最佳浓度为４００ｒｎｌ／Ｌ。结果见表ｌ。

表ｌ双氧水对抛光质■的影响

体积含量，（ｒｎｌ·Ｌ“）结果与现象

１００２００２５０４００４５０５００

抛面呈粉红色

不光亮

光亮

接近或达到镜面接近或达到镜面反应剧烈难以控制

（２）硫酸：硫要到是抛光液的主要成分，其作用是溶解铜表面形成的氧化膜，随着它的浓度增加，能使抛光速度加快；但浓度过高，抛光速度影响不明显而浓度过低则酸洗速度明显下降，抛光速度慢。其浓度以８０—１ｌＯｔ山Ｌ为宜，最佳含量为１００ＩＩｌｌ，Ｌ，见表２。

表２硫酸对抛光质量的影响

体积含量，（ｒｎｌ·Ｌ一）结果与现象

（３）乙酸。乙酸能明显加速氧化膜的去除，对提高工件的光亮度效果明显。其用量以５０一７０础Ｌ为宜，一般以６０ｒ山Ｌ为最佳，见表３。

表３乙酸对抛光质量的影响

体积含量，（ＩＩｌｌ·Ｌ。１）结果与现象

（４）乙醇。乙醇在抛光液中起双氧水的稳定剂和光亮剂的作用。双氧水不稳定，特别是在重金属和氧化物的存在的情况下，由于乙醇与双氧水具有类似的羟基结构，它们之间可以形成氢键而缔合成大分子，且乙醇与金属离子相互配位以抑制荷电子的移动或发生原子团的捕获使链式反应停止，从而起到稳定双氧水的作用，使抛光液的寿命得到延长。不加乙醇，双氧水分解快，抛光液的使用寿命短，且抛光效果差；但其用量过高效果不会明显上升。乙醇用量以３５～４５ｒ山Ｌ为宜，最佳用量为删Ｌｏ

（５）光亮剂。本工艺采用的光亮剂是有机物，它可使抛光面外观光亮均匀。其用量为３５—４５ｒ山Ｌｏ

（６）增亮剂。增亮剂和光亮剂一起在铜及其合金表面优先吸附，抑制基体的快速溶解，避免了工件过腐蚀，降低粗糙度，使抛光面色泽更均匀。但浓度过高会使反应速度明显下降，抛光面发蒙。工艺用量为Ｏ．１一Ｏ．８∥Ｌ，最佳浓度为Ｏ．５∥Ｌ。

（７）ＯＰｏｏＰ是表面活性剂，降低基体与溶液间的表面张

力，使抛光液对铜合金润湿更均匀。有利于降低抛面的粗糙度，而且可以抑制反应的剧烈程度，防止抛光液沸腾。同时它可以使反应形成的气泡微小化，使凹处的气泡不易离开，阻止反应的进行，达到整平的作用。用量为０．５一１．５ｒＩｌⅣＬ。

２．３抛光工艺条件对抛光质量的影晌

（１）温度。温度的影响很大，随着温度升高抛光面光亮度提高明显，反应加快。但温度过高会导致工件过腐蚀而产生麻点，并加速双氧水的分解，降低抛光质量和抛光液的使用寿命。操作温度以２０。５０℃为佳，见表４。

表４温度对抛光质量的影响

温度，℃结果与现象

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万方数据