新型铜及铜合金酸洗光亮剂研究

新型铜及铜合金酸洗光亮剂研究

胡磊，陈珍珍

苏州禾川化学技术服务有限公司

江苏苏州215123

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

Development of Brightener for Acidic Copper and Copper alloy

Cleaning

Lei Hu,Zhenzhen Chen

Suzhou He-Chuan Chemical Technology Service Co.,LTD

Suzhou Jiangsu215123

Abstract:In this paper,a brightener for acidic copper and copper alloy cleaning in H2SO4-H2O2system was introduced.According to the orthogonal experiments,the optimal result is8-12%H2SO4;70-75%H2O2; 15-20%brightener and2-3%additives.The ratio of the reaction is controllable and the brightness of the copper and copper alloy is desirable.

Key words:copper and copper alloy;acid detergent;brightener; environmentally friendly

1前言

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。

2实验

2.1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

2.2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-100.1-0.5%

五水偏硅酸钠2-3%

水余量

温度50-60o C

时间3-5min

（2）预酸洗

硫酸5-10%

温度30-40o C

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20-30o C

时间30-120s

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20-30o C时加入添加剂，边加边搅拌，得到光亮酸洗剂即可使用。

3结果与讨论

3.1H2SO4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。

3.2H2O2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。

3.3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。

有机酸包括柠檬酸、乙酸和羟基乙叉二膦酸（HEDP），其中柠檬酸、乙酸和HEDP都有加速氧化膜去除的作用，柠檬酸和HEDP还有络合铜离子，阻止其加速双氧水分解。

双氧水稳定剂选用乙二醇，在清洗过程中，乙二醇不仅起到双氧水稳定剂的作用，还起到辅助光亮的作用。

光亮剂选用一些含有杂原子的有机物小分子，可以在氧化铜层被去除的同时，迅速与铜结合，达到光亮效果。

增亮剂选用的是一些高分子化合物，可以在平整的铜材表面吸附，达到整平的效果，防止进一步腐蚀。

铜钝化剂选用一些含氮杂环化合物如咪唑、苯并三氮唑等，可以起到保护铜表面短时间不氧化的作用。

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），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；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