刷镀铜/刷镀铜工艺

    快速、超厚、环境友好电刷镀铜技术及其应用

    相对于其它金属镀层而言，镀铜层具有延展性好、加工容易、电导率高、可焊性好等特点。因此，镀铜层常用作提高材料装饰性、防腐性、导电性以及可焊性的表面层。在设备维修领域，电刷镀铜层多用作底层、功能性表面层以及修复大尺寸超差零件的尺寸层。据统计，在多种多样的电刷镀溶液中，镀铜液是除镀镍液之外用量的镀种之一。
    根据电刷镀铜液的酸碱性，可将其分为两大类：

   1)酸性镀铜液（包括高速酸铜，甲基磺酸铜等）；

   2)碱性镀铜液（包括普通碱铜、高速厚铜等）。

   在酸性铜镀液中，一般不含有铜离子络合剂，镀液中的铜离子以简单离子的形式存在，还原电位很正。因此，在电刷镀酸性铜时，镀铜液中的铜离子很容易与基体金属（钢铁等活性较高的金属材料）发生置换反应，在基体与电刷镀铜层之间形成一层结合力极差的虚铜层。酸性铜镀液的另外一个缺点是镀液对基体金属有强烈的腐蚀作用，常常是有缺陷的地方尚未修复完成，无缺陷的部位却被镀液严重腐蚀。除此之外，用酸性镀铜液修复的零部件，即使在修复时看不出质量问题，在使用2－3个月之后，经常发生镀铜层的整体脱落，修复件的使用可靠性差。
    为了克服酸性镀铜液存在的问题，人们在研制电刷镀铜液的过程中，常加入一些能与铜离子形成稳定络合物的络合剂(如氰化物，乙二胺等)，以降低铜离子的还原电位，防止置换反应的发生。使用氰化物作络合剂的镀铜液剧毒，存在安全隐患。但是，市场上却有人在大量销售含有剧毒氰化物的碱性电刷镀铜溶液。虽然使用有氰镀铜液可以提高镀铜层与基体的结合力，但这绝不是电刷镀铜溶液研究、发展的方向。

   综上所述，不论使用哪一种刷镀铜溶液，均有不能令人满意之处。解决当前电刷镀铜技术问题的根本出路在于研制沉积速度快、镀厚能力强、含有铜离子络合剂、成本低廉的环境友好型电刷镀铜溶液。本文主要介绍FJY系列快速、超厚、环境友好、成本低廉电刷镀铜技术的特点、性能，及其在大尺寸超差零件修复中的应用情况。
    1.刷镀铜工艺--镀液基本性能
   1.1镀铜液的储存稳定性
   取500mL的镀铜液，在室温（25±5℃）、避光、密封、无射线照射环境中存放一年以上。检测存放液与新配液的综合性能。测试结果表明，快速、超厚镀铜液的性能与新配制的镀铜液一样。
   1.2镀铜液的冷、热稳定性
   取500mL快速、超厚镀铜液，冷冻至－30℃，保温8小时。取出后在室温下放置24小时。测试结果表明，镀铜液不混浊、无沉淀，镀液的电化学参数与冷冻前相同。
取500mL的镀铜液加热至沸腾，直至体积为蒸发前原体积的80%（400mL）,然后冷却至室温。测试结果表明，镀铜液不混浊、无沉淀，镀液的电化学参数与加热前相同。
   1.3镀铜液的pH值及其变化规律
   在电刷镀施工过程中，由于阴、阳极反应多种多样，以及在高电流密度下刷镀所引起的镀液升温、水分蒸发等因素的共同作用，镀液的组成、性能随时都在发生变化，而镀液性能的变化必将引起镀层性能的改变并影响镀液的使用寿命。因此，只有对镀液的主要性能及其随使用程度而变化的规律进行系统地研究，才能电刷镀出高质量的镀层。
    2.刷镀铜--镀铜层基本性能
   2.1结合力
   按GB5270—85规定的结合力试验方法，用弯曲法及磨削试验法检验镀铜层与基体的结合力。测试结果表明，单边厚度小于0.5mm的镀铜试样，均能通过弯曲试验和磨削试验。单边厚度大于0.5mm的试样能通过磨削试验，但部分弯曲试样的顶部有微裂纹，但没有起皮、剥落现象。
   2.2内应力：
   一次性电刷镀铜0.5mm，根据镀铜层是否起皮、以及经磨削后是否起皮来粗略地判断镀铜层内应力的大小。镀后立即起皮的镀铜层内应力为；磨削过程中起皮的镀铜层内应力为中等；磨削致露出基体仍不起皮的镀铜层内应力为。测试结果表明，所有测试样镀后均无起皮现象。用砂纸打磨铜层至露出基体，镀层不剥落，磨屑呈粉末状，无片状磨屑出现。
   2.3粗糙度：
   用粗糙度测定仪（TR200）分别测量镀铜前基体的表面粗糙度（Rb）、镀铜后试样的表面粗糙度（Rf），并用粗糙度相对变化的百分数（(Rf－Rb)/Rb×100%）来评价镀铜层的粗糙度的高低。测试结果表明，当镀铜层厚度小于0.5mm时，粗糙度相对变化率小于10%。当镀铜层厚度大于0.5mm的试样，随着厚度的增加，粗糙度略有增加，但粗糙度的相对变化率仍小于30%（不包括边缘部分）。当镀铜层厚度不太大时（如：小于0.5mm），电刷镀的铜层基本上能保持加工件原有的光洁度。
   2.4硬度：
   按GB/T4342-91规定的试验方法测定。测试结果表明，电刷镀铜层的硬度大于Hv200，比冶炼紫铜的硬度高3倍以上，并高于普通铸铁的硬度。研发成功的FJY系列高速硬铜合金，其硬度大于Hv290，与中碳钢调质后的硬度相当。
    3.刷镀铜--使用情况
   具有沉积速度快、镀厚能力强的环境友好型电刷镀技术已成功应用于多种材质的军、民关键产品的功能性或修复性镀铜。民品零部件，如液压杆、煤矿支柱、印刷机滚筒、塑料薄膜滚筒凹坑、刮伤、电机轴拉伤、轧辊基座轴承孔超差修复，以及工业冶金结晶器的缺陷修复等。军品零部件，如移动式导弹工程车方舱钎焊镀铜、磁控机器人基座功能性镀铜、强磁控核聚变电致触发器、军机叶轮榫槽、直升机旋翼座孔等多种场合。
    4.刷镀铜--结论
   1.FJY系列快速、超厚、环保电刷镀铜技术具有沉积速度快、镀厚能力强、镀层与基体结合强度高、施工环境友好等特点，克服了传统酸性镀铜结合力差，碱性镀铜沉积速度慢、镀厚能力弱等缺点。
   2.对镀铜液综合性能进行了全面地分析、测试，结果表明，其各项性能指标均高于常规镀铜液。
   3.该技术已成功应用于多种材质的军民关键产品的功能性或修复性镀铜，特别适合刷镀超厚镀层。
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