铜及铜合金加工表面清洗及防氧化、防锈技术工艺详解

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铜及铜合金加工表面清洗及防氧化、防锈技术工艺详解

深圳市格森科技有限公司 技术部创

联系人：张建
13066990660

现代高精铜及铜合金必须具备光亮、平整、无污染、耐大气腐蚀的优良表面质量，以满足后续电镀、焊接、冲压等二次加工对铜原材表面日益严格的技术要求。铜及铜合金板带材表面质量控制涉及整个生产工艺流程中的各个生产环节，其中原材料中间及成品清洗是提高表面质量最重要的生产工序。现代高精铜及铜合金板原材料生产线中，清洗是在高度现代化、自动化、连续化的清洗机列上完成的，涉及脱脂、酸洗、研磨、钝化、烘干等多个环节，正确运用相关的清洗技术、选择工艺结构合理的装备是提高原材料表面质量的关键，对推动我国以高性能、高精度、高表面质量为代表的高精铜及铜合金材料发展具有重要的意义。

一、铜及铜合金表面清洗技术
1.1 脱脂
    表面脱脂是改善表面质量、提高抗蚀能力的重要工序，在铜材加工生产中常用加工材成品表面清洗，既可单独与烘干装置组成脱脂清洗线，又可与酸洗、研磨、钝化、烘干组合成脱脂－酸洗表面处理线，提高酸洗、研磨等表面处理效果。脱脂的目的是去除铜带表面残留的轧制工艺润滑液及各种油污，目前常用润滑油如表1所示，实验表明由于不同油品碳氢链长短类型差异很大，导致残留物数量、挥发温度范围各不相同，同时由于添加剂类型、数量各不相同，退火残留物形态、颜色也不相同，不同退火温度下残留物形态及数量见表2。在铜及铜合金表面清洗中，脱脂工序是不可缺少的关键工艺环节，特别是纯铜、高铜类合金，带卷间如果残留润滑液，如果脱脂效果不好，即使采用带低温抽吸的真空高氢光亮退火也很难彻底消除润滑剂分解对带材表面的污染及退火膜，在金属表面形成云状的污迹不仅降低表面质量，也会加剧表面腐蚀影响二次加工性能  

1.2 酸洗
    铜及铜合金酸洗主要目的在于去除加工过程中（特别是中间退火）产生的氧化层，通常与研磨配合使用，提高带材表面质量。现代铜及铜合金板带材采用连续通过式酸洗，随着机列速度的不断提高，在酸洗槽中通过的时间一般不超过30 s，因此与传统浸泡式酸洗不同，其酸洗质量的高低取决于不同合金品种氧化层性质、脱脂效果、来料表面氧化程度等一系列因素，根据不同合金品种正确选择酸液成份、根据带材表面氧化状况及规格调整机列通过速度、注重中间退火前脱脂处理、提高退火保护质量降低带材氧化程度等工艺措施，是保证机列生产效率与酸洗质量的关键。
   1.3防氧化处理
    由于铜及铜合金本身呈路易碱性，极易失去电子发生氧化，特别是铜合金本身各合金元素间存在电位差异，因而在湿热环境中极易腐蚀变色，因此铜带清洗后防止变色是表面清洗的一个重要工序，近年来防止铜及铜合金变色技术的发展及特点如表8所示，防变色评价方法如表9所示。

    目前铜及铜合金防变色抑制剂已有450种，其中应用最广泛的是采用BTA（C6H5N3）以及BTA诱导的脂肪酸氨化合物，烷基氨化物机缓蚀剂在铜及铜合金表面形成一种稳定的、保护效果较强的保护膜。以BTA为基的防变色抑制剂的主要作用如表10所示，其中起主要作用的是形成阻挡层，在60～70℃温度下，BTA仅需几秒钟就可与铜及铜合金Cu-BTA鳌合聚合物，其结构如图1所示，厚度约为50埃，这种鳌合聚合物极其稳定，很难被腐蚀破坏，因而具有良好的防变色效果，能较好的保持金属光泽，不影响锡焊。为进一步提高其的钝化性能，一般钝化剂都是以BTA为主的复配钝化剂。在连续清洗机列中，钝化工艺常用于烘干前铜带处理，也可加入脱脂液或酸洗液中，使脱脂、酸洗一次完成，称为复合处理工艺，钝化剂的使用条件是：浓度0.1%，温度40～60℃，处理时间不少于4～5s。

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