專利名稱：一種銅基微晶材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬的表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及合金表面微晶涂層形成方法，特別提供了在鋁及鋁合金表面銅基微晶層制備方法。
背景技術(shù)：
試驗(yàn)表明，由于純銅室溫下的電導(dǎo)率很低，且具有一定的強(qiáng)度和塑性等性能，因
此，純銅板材常作為各種電源控制柜的開關(guān)材料及各種電器元件。但是，由于純銅硬度偏
低、價(jià)格昂貴，易變色，限制其使用。微晶作為金屬銅存在的特殊形式，具有高耐腐蝕性、高
硬度以及防變色性能，在交通、通訊、電器、自動(dòng)化等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。但是，由于 微晶材料制備工藝復(fù)雜及限制了其在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。又由于微晶材料控制范圍窄，因此，
在常規(guī)的一些金屬表面制備方法受到一定的限制。目前，微材料制備方法主要為晶體生長(zhǎng)，
而且工藝復(fù)雜且設(shè)備昂貴，生長(zhǎng)速度慢，后處理復(fù)雜。例如，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外普遍采用的是美國(guó)
ASTM推薦的涂裝的標(biāo)準(zhǔn)方法，迄今，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了不同基微晶材料十多種，但是穩(wěn)定而結(jié)構(gòu)
完整并用于生產(chǎn)的微晶材料少之又少，由于微晶存在合金體系中的優(yōu)勢(shì)，即在邊緣可以選
用導(dǎo)電性好的材料而在軸心可以選用導(dǎo)電性略差一些的材料作為電控材料。利用在純鋁外
邊復(fù)合微晶銅可以具有這一特點(diǎn)。因此，對(duì)于高頻工況下，采用覆有微晶銅的純鋁板材替代
純銅是可行的。計(jì)算表明，導(dǎo)線橫截面上的電流密度j隨深度d的增加按指數(shù)規(guī)律衰減
■ # —d/d J = Jq^
其中jo代表導(dǎo)體表面的電流密度，d代表從導(dǎo)體表面算起的深度，ds是一個(gè)具有長(zhǎng)度量綱的量，代表電流密度j已減小到j(luò)o得1/e 37%時(shí)的深度，稱為趨膚深度。理論計(jì)算表明，趨膚深度4為
503
................................................
其中f為頻率，0為電導(dǎo)率，U為磁導(dǎo)率，對(duì)于非磁性材料，U ^ I,因此，4與材料和頻率有關(guān)。定性來(lái)看，交流電頻率越高，感生電動(dòng)勢(shì)也越大；導(dǎo)體的電導(dǎo)率0越大，即它的電阻率越小，產(chǎn)生的渦流也越大，產(chǎn)生趨膚效應(yīng)越明顯，即趨膚深度越小。趨膚深度小表明，在導(dǎo)線截面上，大部分電流是在表面附近通過(guò)，這樣，實(shí)際上導(dǎo)線的導(dǎo)電好壞主要取決于導(dǎo)線表面趨膚深度范圍內(nèi)的材質(zhì)導(dǎo)電情況。如果在純鋁導(dǎo)線的外表電鍍一層厚度為趨膚深度的微晶銅層，其導(dǎo)電情況應(yīng)與純銅情況的比較相近。隨著微晶的控制技術(shù)不斷取得進(jìn)步，拓展銅材料的開發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種高光亮，高耐蝕及較高硬度的微晶銅材料，及操作性強(qiáng)的微晶材料制備方法，該方法不用含氰、鉻、氟等有害物質(zhì)，并且工藝重現(xiàn)性好，生長(zhǎng)速度快。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種銅基微晶材料制備方法，是一種水性沉積方法，其特征在于所述方法包括電導(dǎo)、去應(yīng)力、脫脂、表面調(diào)整、脫膜、預(yù)制、微晶處理和后處理工序，除了后處理工序外，其余每?jī)傻拦ば蛑g需對(duì)零件進(jìn)行流水沖洗。在微晶處理工序中，微晶處理液配比為鑰酸鈉5 50g/L，硫酸鎳0. 2 8g/L，硫酸銅100 250g/L, 丁二酸10 60g/L,甲醛20-150 g/L ;光亮劑0. I 22g/L，余量為去離子水；微晶處理液PH=I 7 ;處理溫度18°C 50°C，電流密度I 15A/dm2，時(shí)間15 120min，微晶處理后將材料取出用流水沖洗。在預(yù)制工序中，預(yù)制液配方為硫酸鎳70 300 g/L,檸檬酸鈉50 220 g/L,酒石酸8 75 g/L,氯化鈉2 80 g/L, PH=3. 0 6. 5，20 75 °C，電流密度0. 5 5. 0 A/dm2，余量為去離子水；將材料于室溫下在預(yù)制液中浸泡20 30s，取出后用流水沖洗；預(yù)制時(shí)須帶電入槽，先用沖擊電流處理，然后轉(zhuǎn)入正常電流處理。在脫膜工序中，脫膜液配方為硝酸40 220mL/L ；氧化鋅10 300mL/L焦磷酸鈉60 300mL/L，酒石酸鉀鈉20 150mL/L，三氯化鐵3 40mL/L，余量為去離子水；將材料于室溫下在脫膜液中浸泡20 30s，取出后用流水沖洗。在表面調(diào)整工序中，表面調(diào)整液配比為甲酸鈉2 65g/L，氧化鋅21 275g/L，氫氧化鈉200 475g/L g / L，酒石酸22 135g/L g / L，三氯化鐵0. 2 15g/L /L，余量為去離子水；將材料于室溫下在表面調(diào)整液中浸泡20 30s，取出后用流水沖洗。在去應(yīng)力工序中，去應(yīng)力液配比為琥珀酸鈉8 50g/L，谷氨酸鈉12 60g/L，余量為去離子水；將材料于室溫下在去應(yīng)力液中浸泡I 50h，取出后用流水沖洗，然后把零件放在60 240°C的箱式爐中，保溫3 68h。在電導(dǎo)工序中，利用專用設(shè)備使去離子水的電導(dǎo)率達(dá)到15 56uS。后處理工序包括微晶層的固膜處理和微晶層的封閉處理。所述微晶材料的微晶層是在合金表面形成一層富含銅、鑰等元素的金屬的微晶層，該微晶層中銅和鑰的重量分別占為87% 98%和2% 13%，余量為丙烯酸脂類或聚氨脂類非金屬類及不可避免的雜質(zhì)，微晶層的厚度為30 600 ym。本發(fā)明所提供的方法，通過(guò)合理的微晶處理工藝，微晶層處理工藝不用含氰、含鉻及含氟的藥液，減少了環(huán)境污染；水液配制和處理工藝可操作性強(qiáng)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以進(jìn)行；微晶層硬度為HB90 - 180 ;微晶層強(qiáng)度高，熱震910小時(shí)表面不變化、無(wú)裂紋；電導(dǎo)率為I. 543 X IO6 Q .cm;腐蝕數(shù)率為3. 7 g/a. m2;有效的提高了銅合金的表面性能，極大地拓展銅合金的應(yīng)用領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I :
取40 X 40 X 50純鋁試樣。I.電導(dǎo)將準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)用水在特定的設(shè)備中電析，使水的電導(dǎo)率維持在電導(dǎo)率為8uS，然后加2mg/L0P乳化劑。2.去應(yīng)力將試樣浸入琥珀酸鈉20g/L，谷氨酸鈉50g/L，余量為去離子水的去應(yīng)力液中；在室溫下浸泡3h，取出后用流水沖洗。然后把零件放在80°C的箱式爐中，保溫Ih03 脫脂將上述經(jīng)去應(yīng)力的試樣浸入45g/L的椰油兩性二丙酸二鈉和7g/L的OP加配置成的堿性溶液，加入6g/L的十二烷基硫酸鈉的脫脂液中；脫脂時(shí)溫度要求保持在67°C左右，脫脂時(shí)間大約15分鐘，并不斷地?cái)嚢杳撝?，脫脂完畢后，取出零件先用熱水洗，后用室溫流水沖洗。4.熱水洗將上述經(jīng)化學(xué)脫脂的試樣浸入溫度約為70°C的熱水(去離子水)中，浸泡處理3分鐘。5.冷水洗將上述熱水洗的試樣在室溫下，以流動(dòng)的去離子水漂洗3min。
6.表面調(diào)整將上述漂洗后的式樣浸入表面調(diào)整液中，在室溫下浸泡20 30s，取出后用流水沖洗。
表面調(diào)整液配方如下表I一 I
權(quán)利要求
1.一種銅基微晶材料制備方法，是一種水性沉積方法，其特征在于所述方法包括電導(dǎo)、去應(yīng)力、脫脂、表面調(diào)整、脫膜、預(yù)制、微晶處理和后處理工序，除了后處理工序外，其余每?jī)傻拦ば蛑g需對(duì)零件進(jìn)行流水沖洗。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種銅基微晶材料制備方法，其特征在于在微晶處理工序中，微晶處理液配比為鑰酸鈉5 50g/L，硫酸鎳0. 2 8g/L，硫酸銅100 250g/L，丁二酸.10 60g/L，甲醛20-150 g/L ;光亮劑0. I 22g/L，余量為去離子水；微晶處理液PH=I .7 ;處理溫度18°C 50°C，電流密度I 15A/dm2，時(shí)間15 120min，微晶處理后將材料取出用流水沖洗。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種銅基微晶材料制備方法，其特征在于在預(yù)制工序中，預(yù)制液配方為硫酸鎳70 300 g/L,檸檬酸鈉50 220 g/L,酒石酸8 75 g/L,氯化鈉.2 80 g/L, PH=3. 0 6. 5，20 75°C，電流密度0. 5 5. 0 A/dm2，余量為去離子水；將材料于室溫下在預(yù)制液中浸泡20 30s，取出后用流水沖洗；預(yù)制時(shí)須帶電入槽，先用沖擊電流處理，然后轉(zhuǎn)入正常電流處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種銅基微晶材料制備方法，其特征在于在脫膜工序中，脫膜液配方為硝酸40 220mL/L ；氧化鋅10 300mL/L焦磷酸鈉60 300mL/L，酒石酸鉀鈉20 150mL/L，三氯化鐵3 40mL/L，余量為去離子水；將材料于室溫下在脫膜液中浸泡20 30s，取出后用流水沖洗。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種銅基微晶材料制備方法，其特征在于在表面調(diào)整工序中，表面調(diào)整液配比為甲酸鈉2 65g/L，氧化鋅21 275g/L，氫氧化鈉200 475g/L g /L，酒石酸22 135g/L g / L，三氯化鐵0. 2 15g/L / L，余量為去離子水；將材料于室溫下在表面調(diào)整液中浸泡20 30s，取出后用流水沖洗。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種銅基微晶材料制備方法，其特征在于在去應(yīng)力工序中，去應(yīng)力液配比為琥珀酸鈉8 50g/L，谷氨酸鈉12 60g/L，余量為去離子水；將材料于室溫下在去應(yīng)力液中浸泡I 50h，取出后用流水沖洗，然后把零件放在60 240°C的箱式爐中，保溫3 68h。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種銅基微晶材料制備方法，其特征在于在電導(dǎo)工序中，利用專用設(shè)備使去離子水的電導(dǎo)率達(dá)到15 56uS。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種銅基微晶材料制備方法，其特征在于后處理工序包括微晶層的固膜處理和微晶層的封閉處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述一種銅基微晶材料制備方法，其特征在于所述微晶材料的微晶層是在合金表面形成一層富含銅、鑰等元素的金屬的微晶層，該微晶層中銅和鑰的重量分別占為87% 98%和2% 13%，余量為丙烯酸脂類或聚氨脂類非金屬類及不可避免的雜質(zhì)，微晶層的厚度為30 600 V- m。
全文摘要
一種銅基微晶材料制備方法，是一種水性沉積方法，其特征在于所述方法包括電導(dǎo)、去應(yīng)力、脫脂、表面調(diào)整、脫膜、預(yù)制、微晶處理和后處理工序，除了后處理工序外，其余每?jī)傻拦ば蛑g需對(duì)零件進(jìn)行流水沖洗。本發(fā)明所提供的方法，通過(guò)合理的微晶處理工藝，微晶層處理工藝不用含氰、含鉻及含氟的藥液，減少了環(huán)境污染；水液配制和處理工藝可操作性強(qiáng)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以進(jìn)行；微晶層硬度為HB90∽180；微晶層強(qiáng)度高，熱震910小時(shí)表面不變化、無(wú)裂紋;電導(dǎo)率為1.543×106Ω.cm；腐蝕數(shù)率為3.7g/a.m2;有效的提高了銅合金的表面性能，極大地拓展銅合金的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C25D5/48GK102747390SQ20111010138
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者劉剛, 李文君, 王英 申請(qǐng)人:九星控股集團(tuán)有限公司