趙 濤, 黃 娟, 張艷霞, 黃海賓

（1.西安西電開關(guān)電氣有限公司,陜西西安, 710077;2.海寧市科泰克金屬表面技術(shù)有限公司,浙江海寧, 314400）

銅保護劑在高壓電氣產(chǎn)品上的應用

趙 濤1, 黃 娟1, 張艷霞1, 黃海賓2

（1.西安西電開關(guān)電氣有限公司,陜西西安, 710077;2.海寧市科泰克金屬表面技術(shù)有限公司,浙江海寧, 314400）

0 前言

為了使高壓電氣產(chǎn)品具有良好的導電性、導熱性及較小的摩擦力,滑動接觸零件廣泛使用銅或銅合金。然而在銅或銅合金零件表面生成的腐蝕層的電阻會造成電壓升高,嚴重影響設備的質(zhì)量;同時在銅材的生產(chǎn)、儲運及使用過程中容易形成薄的腐蝕膜而變色,這不僅影響美觀,而且影響其導電性和可焊性。對于在低功率及低電壓條件下的銅或銅合金電子設備,接觸面上生成100～150μm厚的腐蝕產(chǎn)物,便可產(chǎn)生10～100 mV的電壓,這足以影響設備的正常工作[1]。為了防止或減緩腐蝕,必須對銅或銅合金表面進行適當?shù)奶幚怼ｂg化是常用的處理方法之一,一般分為3種類型[2-3]:（1）傳統(tǒng)的六價鉻工藝,效果較好,但因六價鉻污染嚴重,國家已明令禁止;（2）使用苯并三氮唑,雖然污染程度低,但溫度高,處理時間長,效果也不太理想;（3）現(xiàn)有商品鈍化工藝,配方各異,效果比常規(guī)工藝有所提高。以上3種工藝均未徹底解決制品的耐蝕性及耐高溫問題。為此,經(jīng)過對比試驗及工業(yè)批量生產(chǎn),研究出了Cu18-III保護劑,其效果大大超過普通無鉻鈍化工藝,并優(yōu)于含鉻鈍化工藝。同時本工藝具有處理溫度低、鈍化速率快、工藝條件寬、易于管理使用等優(yōu)點,在實際生產(chǎn)中效果明顯,完全可以替代鉻酸鈍化。

1 試驗

1.1 試驗材料

使用的材料有紫銅件,Cu18-III保護劑（海寧市科泰克金屬表面技術(shù)有限公司）,鉻酸。

1.2 工藝流程

（1）鉻酸鈍化

（2）Cu18-III保護劑

1.3 主要工序說明

（1）除油

除油液工藝組成為:NaOH 14～16 g/L,Na2CO318～25 g/L,Na3PO48～10 g/L,80～90℃,油除盡為止。

（2）活化

常規(guī)活化液工藝組成為:H2SO430～60 mL/L,5～10 s;我車間采用的活化工藝為:鹽酸150～200 g/L,5～10 s,光澤酸洗（VH2S04∶VHNO3=1∶4,3～5 s）。

2 結(jié)果與討論

2.1 Cu18-III對耐蝕性的影響

Cu18-III保護劑為含有多個N—H化學鍵的有機分子混合物,對銅的保護效果很好。在p H值為6.5～10.0的水溶液中,保護劑吸附到銅表面后,分子中N—H化學鍵上的氫原子被銅原子取代,形成Cu—N共價鍵,由銅和保護劑交替形成一種較復雜、厚度約為 5μm的配合物膜結(jié)構(gòu)。該膜層在220℃以上仍能保持良好的緩蝕效果,起到隔絕外界浸蝕性物質(zhì)的作用。

表1為保護劑的質(zhì)量分數(shù)對膜層耐蝕性的影響。由表1可知:膜層的耐蝕性隨著Cu18-III的質(zhì)量分數(shù)的升高而變好,當其質(zhì)量分數(shù)大于15%以后,保護作用增加有限?？紤]經(jīng)濟因素,一般使用以5%～10%為宜。表2為保護劑的質(zhì)量分數(shù)為10%時溫度對膜層耐蝕性能的影響。由表2可知:由于保護劑中存在表面活性劑,濁點對保護性能的影響較大,溫度過低,化學反應活性不夠,速度慢,溶液中有保護劑析出;溫度過高,超過表面活性劑的濁點,溶液渾濁,保護性能急劇下降。因此,為了發(fā)揮銅保護劑的最佳性能,必須選擇合適的溫度,實際操作中控制在40～55℃為宜。

表1 保護劑的質(zhì)量分數(shù)對耐蝕性的影響

表2 保護劑的質(zhì)量分數(shù)為10%時溫度對耐蝕性的影響

2.2 Cu18-III對絕緣保護涂料剝離性能的影響

由于高壓電器中許多工件需要部分鍍銀,涉及到局部電鍍問題,局部電鍍的絕緣保護涂料（可剝性涂料）與工件的結(jié)合力必須適中。由于保護劑與銅的結(jié)合是屬于化學反應,非物理黏附,因此保護劑分子與涂料中的橡膠分子必須有恰當?shù)慕Y(jié)合力,保護劑中親水基團太強,涂料就不容易被剝離下來;親水基團太弱,涂料結(jié)合力不夠,容易出現(xiàn)開膠、漏保護。Cu18-III保護劑的質(zhì)量分數(shù)對可剝性涂料剝離性能的影響,如表3所示。

表3 保護劑對可剝性涂料剝離性能的影響（45℃）

3 Cu18-III替代鉻酸經(jīng)濟與環(huán)境效益分析

根據(jù)工廠實際情況,推算出使用鉻酸鈍化工藝處理時,1年的運行費用約為776 880元;而采用Cu18-III保護工藝時,1年的運行費用約為722 880元,明顯低于鉻酸鈍化工藝的。

使用鉻酸鈍化工藝時,處理每m2的銅件需鉻酸3 g,實際真正起作用的僅為2～5 mg,其余的大量鉻酸都要經(jīng)過嚴格處理才能排放。經(jīng)Cu18-III保護劑處理后的廢液中無六價鉻,僅留有少量的有機物,COD廢水中化學耗氧量約為10 mg/L,達到國家1級排放標準。如沒有其他前處理、電鍍等污染物混合,可以直接排放。

4 結(jié)論

Cu18-III保護工藝的耐蝕性能超過鉻酸鈍化的,耐高溫性能優(yōu)于鉻酸鈍化的,絕緣保護涂料剝離強度和鉻酸鈍化的相似,綜合使用成本低于鉻酸鈍化的。試驗證明本工藝在高壓電氣產(chǎn)品上完全可以替代鉻酸鈍化并起到較佳的中間保護作用。

[1] 賴春曉.銅及其合金的腐蝕與控制[J].腐蝕與防護,1991,12（5）:251-253.

[2] 王鵬,梁成浩,張婕.銅及其合金防變色工藝研究現(xiàn)狀[J].材料保護,2007,40（3）:52-55.

[3] 謝洪波,沈小鵬,張來祥.銅及銅合金低溫快速無鉻鈍化工藝研究[J].材料保護,2005,38（1）:37-39.

TG 174

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1000-4742（2011）03-0025-02

2010-09-01

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