目前國內(nèi)幾種鋼絲電鍍工藝評述

1、鋼絲電鍍銅工藝評述摘要：本文概述了目前國內(nèi)鋼絲電鍍銅工藝現(xiàn)狀，對現(xiàn)行的幾種電鍍銅工藝進(jìn)行了評述，闡明了它們各自的優(yōu)點和存在的問題，指出了鋼絲電鍍銅工藝的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：鋼絲、電鍍銅、無氰鍍銅、氰化鍍銅、一步鍍銅、兩步鍍銅。1·前言鍍銅是鋼絲進(jìn)行表面處理的主要工藝之一，在金屬制品行業(yè)中的用量僅次于鍍鋅而居第二位，但其使用目的和所具功能卻比鍍鋅更為廣泛和重要。它除了和鍍鋅一樣具有防蝕和裝飾功能之外，有時是為了提高鋼絲的導(dǎo)電性能，有時是為了增加鋼絲進(jìn)一步拉拔時的潤滑性能，有時是為了增加鋼絲和橡膠的結(jié)合強度，還有時是為了在其上更便于實施鍍錫和鍍銀等，隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，鋼絲鍍

2、銅技術(shù)近年來也獲得了迅速發(fā)展。目前國內(nèi)鋼絲鍍銅主要有兩大類工藝方法：化學(xué)鍍銅和電鍍銅?；瘜W(xué)鍍銅設(shè)備簡單，無需直流電源，但所得鍍層結(jié)合強度較差，鍍液成分不夠穩(wěn)定，而且不易形式厚鍍層，對于鋼絲鍍銅后需要進(jìn)一步拉拔的情況受到限制。因此，目前僅限于鍍銅層較薄的二氧化碳?xì)怏w保護焊絲和鍍銅質(zhì)量要求相對較低的包裝用扁絲等產(chǎn)品上，其它如銅包鋼絲、膠管鋼絲、鋼簾線鋼絲等產(chǎn)品則不宜采用，而且實際上二氧化碳?xì)怏w保護焊絲和包裝用扁絲也有相當(dāng)一部分已經(jīng)采用了電鍍銅工藝。因為電鍍銅質(zhì)量較高，鍍層和鋼絲基體結(jié)合牢固，鍍層可根據(jù)需要鍍至所需厚度，特別適合于鋼絲鍍銅后還需要繼續(xù)拉拔的場合。因此，對鋼絲表面鍍銅質(zhì)量要求較高的產(chǎn)品

3、，大都選擇了電鍍銅的工藝方法。本文擬就目前國內(nèi)鋼絲電鍍銅工藝作一個概括的介紹，對現(xiàn)行幾種主要鋼絲電鍍銅工藝作一評述，僅供金屬制品行業(yè)選擇電鍍工藝時有所參考、有所遵循。2·目前國內(nèi)鋼絲鍍銅工藝概況目前國內(nèi)鋼絲鍍銅工藝概況大體可用下表表示： 焦磷鹽預(yù)鍍銅 硫酸鹽鍍銅 檸檬酸鹽預(yù)鍍銅 硫酸鹽鍍銅 氰化預(yù)鍍銅 硫酸鹽鍍銅 化學(xué)鍍銅 兩步鍍銅 DTL預(yù)鍍銅 硫酸鹽鍍銅 預(yù)鍍鎳 硫酸鹽鍍銅鋼絲鍍銅 無氰鍍銅 電鍍銅 一步鍍銅 無氰常溫快速一步鍍銅 氰化鍍銅據(jù)調(diào)查，目前國內(nèi)鋼絲電鍍工藝中氰化鍍銅仍占相當(dāng)比例，而無氰鍍銅基本上都采用預(yù)鍍 正鍍兩步鍍銅工藝，即為了保證鍍層和鋼絲基體具有良好的結(jié)合強度，

4、先選擇一種電鍍銅工藝來進(jìn)行預(yù)鍍。但適合預(yù)鍍的鍍銅工藝往往電流密度范圍狹窄，沉積速度太慢，鍍一般機械零件尚可通過延長電鍍時間來增加其厚度，但鋼絲鍍銅屬高速電鍍，施鍍時間有的僅為數(shù)十秒鐘，為了在極短的施鍍時間內(nèi)沉積出足夠的銅層厚度，預(yù)鍍之后的正鍍一般均采用了沉積速度較快的硫酸鹽鍍銅工藝。鋼絲進(jìn)行氰化鍍銅雖然可以一次施鍍成功，但氰化鍍銅三廢污染嚴(yán)重，操作環(huán)境惡劣，投產(chǎn)時需配備完善的三廢治理設(shè)施。而鋼絲進(jìn)行無氰鍍銅，除個別銅層厚度要求很薄的場合以外,目前國內(nèi)絕大多數(shù)單位采用的仍然是兩步鍍銅工藝，生產(chǎn)流程復(fù)雜，電鍍成本較高，前處理稍有不慎即有銅層脫落現(xiàn)象。所以直到1993年10月份在宜昌召開的全國二氧化

5、碳?xì)怏w保護焊絲技術(shù)交流會上仍然普遍認(rèn)為：“我國的二氧化碳?xì)怏w保護焊絲的鍍銅技術(shù)仍然沒有過關(guān)?！笔仪f市新華表面技術(shù)研究所和集寧衛(wèi)星焊材公司于1993年研究成功了適合鋼絲高速電鍍的無氰常溫快速一步鍍銅新工藝，并于1994年通過了河北省省級技術(shù)鑒定（鑒定證書號：冀科鑒19942518號），鑒定意見認(rèn)為：“鋼絲無氰常溫快速一步鍍銅新工藝系國內(nèi)首次成功應(yīng)用，具有國內(nèi)領(lǐng)先水平?！迸c此同時，采用該項新工藝生產(chǎn)的二氧化碳?xì)怏w保護焊絲新產(chǎn)品也通過了浙江省科委組織的技術(shù)鑒定（鑒定證書號：浙科鑒199445號）。目前該項新工藝除在浙江應(yīng)用外，還在河北、廣東、廣西、內(nèi)蒙等有關(guān)單位獲得了應(yīng)用，效果良好、效益顯著。3&

6、#183;目前國內(nèi)幾種主要鋼絲電鍍銅工藝評述3·1氰化鍍銅工藝氰化鍍銅已有100年的歷史，經(jīng)過電鍍行業(yè)幾代人的努力，工藝已非常成熟，直到七十年代中期，它一直占據(jù)電鍍領(lǐng)域的統(tǒng)治地位。究其原因，主要是由于該工藝鍍出的鍍層結(jié)構(gòu)細(xì)致，質(zhì)量較高，鍍層和鋼鐵基體結(jié)合牢固，對鍍前處理要求不太苛刻，鍍液對雜質(zhì)容忍性強等一系列優(yōu)點。但是自從七十年代中期環(huán)境保護問題突出之后，氰化鍍銅工藝才受到了很大的沖擊，這主要是因為氰化鍍銅工藝在生產(chǎn)過程中要排出大量的毒性嚴(yán)重的廢水、廢氣、廢渣，環(huán)境污染十分嚴(yán)重。其廢水污染了江河湖海，廢氣惡化了操作環(huán)境，廢渣也難以處置。為了處理這些三廢，企業(yè)要付出很多的人力、物力、財

7、力和場地作為代價。氰化鍍銅除了環(huán)境污染嚴(yán)重外，還有一個很大的缺點，就是鍍液的穩(wěn)定性差，其主要成分氰化鈉在電鍍過程中很容易分解成為劇毒的氰化氫氣體和碳酸鈉之類的鹽類，其反應(yīng)式如下：2NaOHCO2Na2CO3H2O2NaCNCO2H2ONa2CO32HCN2NaCN2NaOH2H2OO22Na2CO32NH3上述幾個反應(yīng)在鍍液溫度較高、電流密度較大和陽極鈍化的情況下更顯嚴(yán)重，其中生成的劇毒氰化氫氣體嚴(yán)重地惡化了環(huán)境和危害工人的身體健康，生成的碳酸鹽積累到一定程度后就要影響鍍層質(zhì)量和降低沉積速度，這時生產(chǎn)必須停下來用冷凍法或化學(xué)法將其大部分除去。這一方面增加三廢治理的負(fù)擔(dān)，另一方面需要頻繁地校正鍍

8、液的成分、補充化工原料，從而導(dǎo)致生產(chǎn)費用增加。因而自從七十年代之后，無氰鍍銅取代了相當(dāng)一部分氰化鍍銅工藝。但是無氰鍍銅畢竟沒有氰化鍍銅鍍出的鍍層質(zhì)量好，特別表現(xiàn)在對前處理要求十分嚴(yán)格，前處理稍有不慎，鍍層和鋼鐵基體的結(jié)合力就變差，而且在工藝方面也沒有象無氰鍍鋅那樣成熟和過關(guān)，因而目前在電鍍銅方面氰化鍍銅仍然占有相當(dāng)大的比例。值得強調(diào)指出的是，在當(dāng)前采用氰化鍍銅工藝必需配備完善的三廢治理設(shè)施，嚴(yán)格加強對電鍍車間和操作人員的管理。七十年代中期以來，國內(nèi)電鍍行業(yè)在推廣無氰鍍銅工藝方面，應(yīng)用最多的恐怕是焦磷酸鹽鍍銅了，目前在鋼絲無氰鍍銅方面應(yīng)用最廣的也是用焦磷酸鹽鍍銅作為預(yù)鍍工藝。焦磷酸鹽鍍銅工藝的優(yōu)

9、點是鍍液的分散能力好，鍍出的鍍層結(jié)晶細(xì)致、厚度均勻，和鋼絲基體的結(jié)合在調(diào)整好鍍液成分、強化鍍前處理的前提下也能滿足生產(chǎn)要求。但是焦磷酸鹽鍍銅的缺點也是十分明顯的，主要是允許使用的陰極電流密度太小，所以在鋼絲鍍銅中只是作為預(yù)鍍銅工藝來使用的，預(yù)鍍之后必需采用硫酸鹽鍍銅工藝來進(jìn)行銅層加厚，如眾所知在電鍍銅工藝中，硫酸鹽鍍銅是成本較低且沉積速度較快的，但是它的最大缺點是不能在鋼鐵基體上直接施鍍，焦磷酸鹽鍍銅可以直接在鋼鐵基體上施鍍，但是它的沉積速度又太慢。在這里這兩種鍍銅工藝顯示了很強的互補性，因此，國內(nèi)鋼絲無氰鍍銅大多數(shù)采用了這兩種工藝結(jié)合的兩步鍍銅工藝方法。但是通過十幾年來的生產(chǎn)實踐，也發(fā)現(xiàn)了焦

10、磷酸鹽鍍銅工藝還有以下幾個方面的問題需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。鍍液容易“老化”。即鍍液中的焦磷酸根在生產(chǎn)過程中容易分解成正磷酸根，這可用下式表示：P2O74 H2O2HPO42上述反應(yīng)在鍍液溫度較高和PH值較低的情況下分解速度更快。正磷酸根適量存在時對鍍層質(zhì)量影響不大，有資料稱對維持鍍液PH值穩(wěn)定和對鍍層結(jié)晶還有一定的好處。但由于正磷酸根對銅離子沒有絡(luò)合作用，因而含量過高則是十分有害的。因為此時為了保證鍍層和鋼絲基體的結(jié)合強度以及促使鍍層結(jié)晶細(xì)致，鍍液中的焦磷酸根仍需維持足夠的濃度，這會導(dǎo)致本來濃度就很高的鍍液變的濃度更高，此時陰極電流密度更不允許開大，而且清除正磷酸根又不象處理氰化鍍銅溶液中的碳

11、酸鹽那樣方便、快捷和有效，因而鍍液中的正磷酸根越積越多就成為幾乎不可避免的了，由于苦于無良策處理，因而不少單位的鍍液“老化”到一定程度后就只好將鍍液沖淡后再補充一些新液，甚至干脆廢棄另行配制新液，從而大大增加了生產(chǎn)費用。因此，采用焦磷酸鹽鍍銅工藝時如何遏制鍍液中焦磷酸鹽的水解是一個非常重要的問題。容易產(chǎn)生“銅粉”。即鍍液在生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生氧化亞銅沉淀，因其呈紅色粉末狀，故人們俗稱“銅粉”?！般~粉”的產(chǎn)生主要是由于銅離子在陰極的不完全還原和銅陽極的不完全氧化所致，其產(chǎn)生過程可用下列反應(yīng)來表示：陰極上：CU2 e CU 2CU2OH 2CUOH CU2O H2O陽極上：CU e CU“銅粉”的產(chǎn)

12、生無謂地消耗了一部分金屬銅，含量多時還容易導(dǎo)致鍍層產(chǎn)生毛刺，“銅粉”的產(chǎn)生可通過添加雙氧水、空氣攪拌和循環(huán)過濾等手段消除其有害影響。鍍層結(jié)合強度較差。用焦磷酸鹽鍍銅作為預(yù)鍍工藝時應(yīng)該調(diào)整鍍液成分使其保持較高的P比值（即鍍液中焦磷酸根和銅離子比例）。同時還應(yīng)該格外加強鍍前處理工作。盡管如此，用其直接在鋼鐵基體上鍍銅其結(jié)合強度仍然無法和氰化鍍銅工藝相比，當(dāng)鍍液漸趨“老化”后，結(jié)合強度不良的問題將更加嚴(yán)重。3·2氰化預(yù)鍍銅 硫酸鹽鍍銅工藝前已述及，由于焦磷酸鹽鍍銅工藝的陰極電流密度范圍太小，鍍液容易“老化”，對鍍前處理要求十分苛刻以及生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生“銅粉”等一系列問題，有的單位目前仍然

13、采用氰化鍍銅后再進(jìn)行硫酸鹽鍍銅的工藝方法。這樣對于保證鋼絲鍍銅質(zhì)量、鍍層和鋼絲基體的結(jié)合強度以及降低生產(chǎn)成本等方面都是十分有利的。另一方面，鋼絲鍍銅由全部采用氰化一步鍍銅改為僅用氰化鍍銅作為預(yù)鍍從節(jié)約氰化物的用量來說也具有一定的意義，從環(huán)保角度考慮，廢氣廢渣的產(chǎn)生也會少的多，但如果從廢水處理負(fù)擔(dān)考慮則價值不大，因為不管是把氰化鍍銅作為預(yù)鍍抑或全部采用氰化一步鍍銅，在鍍銅之后總歸都是要進(jìn)行一道或幾道冷水清洗工序，就是說含氰廢水處理的負(fù)擔(dān)并沒有減輕多少。但無論如何，這種工藝組合比起全部采用氰化一步鍍銅畢竟是前進(jìn)了一大步，在當(dāng)前無氰鍍銅工藝還不十分成熟、而且生產(chǎn)成本又較高的情況下，仍不失其明顯的現(xiàn)實

14、意義。3·3預(yù)鍍鎳 硫酸鹽鍍銅工藝鑒于氰化鍍銅環(huán)境污染嚴(yán)重，焦磷酸鹽鍍銅目前仍有許多不足，國內(nèi)有的單位采用了鋼絲預(yù)鍍鎳后再進(jìn)行硫酸鹽鍍銅的工藝方法。由于鋼鐵基體上鍍鎳結(jié)合力是很好的，在鎳基體上直接進(jìn)行硫酸鹽鍍銅結(jié)合力也十分理想，故這種工藝組合在機械、輕工等產(chǎn)品上的防護裝飾性電鍍方面得到了廣泛地應(yīng)用，所不同的是機械、輕工等產(chǎn)品在經(jīng)過預(yù)鍍鎳、鍍銅之后還要進(jìn)行鍍光亮鎳后再進(jìn)行鍍鉻，這樣可以得到防蝕性能很好且外觀十分漂亮的防護裝飾性鍍層。但在鋼絲鍍銅采取預(yù)鍍鎳后再進(jìn)行硫酸鹽鍍銅的工藝組合，還有以下兩個問題值得商榷：鋼絲鍍銅屬高速電鍍的范疇，有時全部電鍍時間僅為數(shù)十秒鐘，用于預(yù)鍍的時間則更短，

15、毫無疑問，在如此之短的施鍍時間內(nèi)沉積出的鍍鎳層是相當(dāng)薄的。電沉積的鎳層有一個明顯的特點就是孔隙率非常高，隨著鎳層的增厚，孔隙率逐漸降低，大約到20微米左右時才能達(dá)到基本無孔。對于鋼絲預(yù)鍍鎳若僅用不到一分鐘的時間來施鍍得到的鍍層肯定是“千瘡百孔”的，在這樣多孔的鍍層表面上進(jìn)行硫酸鹽鍍銅時，由于酸性鍍銅液可以通過微孔直達(dá)鋼鐵基體表面，因而極易發(fā)生置換反應(yīng)而導(dǎo)致銅鍍層產(chǎn)生“麻點”現(xiàn)象，從而影響了鋼絲鍍銅的質(zhì)量。但是倘若鋼絲鍍銅的要求厚一些的場合，如銅包鋼絲，因總的電鍍時間較長，可將預(yù)鍍鎳的時間適當(dāng)延長一些或許可以使這種現(xiàn)象消除或有所緩解?？傊?，這要通過大量實踐才能決定是否可行。鋼絲鍍銅系在專門的電鍍

16、生產(chǎn)流水線上進(jìn)行的，線速很高。因而如果采用預(yù)鍍鎳后再進(jìn)行鍍銅的工藝組合，那麼預(yù)鍍鎳之后的清洗工作必須十分徹底。萬一鍍后清洗不凈將鎳離子帶入到鍍銅溶液中時，將會對鍍銅溶液產(chǎn)生很壞的作用，輕者影響鍍銅質(zhì)量，重則將導(dǎo)致鍍銅溶液全部報廢。除上述兩點外，鍍鎳的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出鍍銅的成本，在當(dāng)前市場竟?fàn)幨旨ち?，企業(yè)都在想方設(shè)法降低成本、增加效益的情況下，也是每個企業(yè)在選擇這項工藝時必需認(rèn)真考慮的問題。3·4無氰常溫一步快速鍍銅工藝由于鋼絲采用氰化鍍銅環(huán)境污染嚴(yán)重，采用無氰鍍銅又必需進(jìn)行預(yù)鍍，因此研究一種無氰一步快速鍍銅工藝乃是金屬制品行業(yè)多年來努力追求的目標(biāo)，但是要把這個目標(biāo)變成現(xiàn)實，必需要做到

17、在不用氰化鍍銅的前提下，新工藝鍍出的鍍層還要同時滿足鍍層結(jié)合力良好、沉積速度快以及鍍層結(jié)晶細(xì)致等技術(shù)要求，只有這樣，才能使無氰一步鍍銅工藝在鋼絲鍍銅應(yīng)用上付諸實施，但是也恰恰是目前現(xiàn)行的無氰鍍銅工藝在上述幾個方面還不能盡如人意，這也是電鍍行業(yè)之所以至今還沒有完全拋棄氰化鍍銅的根本原因。石家莊市新華表面技術(shù)研究所和集寧衛(wèi)星焊材公司近幾年來在鋼絲一步鍍銅方面做了大量的研究探索工作，對上述鍍層結(jié)合力、沉積速度、鍍層結(jié)晶狀態(tài)等幾個技術(shù)關(guān)鍵進(jìn)行了攻關(guān)，并取得了突破性的進(jìn)展。首先，在鍍層結(jié)合強度方面，由新工藝鍍出的2.0毫米左右的鋼絲經(jīng)拉撥到1.0毫米左右時經(jīng)自身纏繞后也末發(fā)現(xiàn)鍍層脫落及起鱗現(xiàn)象，高于國家

18、規(guī)定的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（見GB811087標(biāo)準(zhǔn)中4.5（1）組焊絲鍍銅層附著力的檢查）。其次，在沉積速度方面，也完全可以滿足鋼絲鍍銅的需要，陰極電流密度可以達(dá)到15安/分米2以上。如果再采用一些其它工藝措施，陰極電流密度還可以進(jìn)一步提高，從而滿足了鋼絲高速電鍍的技術(shù)要求。再其次，在鍍層結(jié)晶方面令人滿意，可以得到玫瑰紅色的結(jié)晶細(xì)致的銅鍍層。因為鋼絲鍍銅除去要求結(jié)合好、沉積速度快外，鍍層結(jié)晶是否細(xì)致也是一個主要的考核指標(biāo)。硫酸鹽鍍銅的最大特點是沉積速度較快，然而它的鍍層結(jié)晶粗大，鍍層厚時則更加嚴(yán)重。為了克服這個缺點，需要在鍍銅液中加入添加劑，并采取磷銅板作為陽極，這無疑增加了生產(chǎn)成本和給生產(chǎn)管理帶來許

19、多不便。無氰快速一步鍍銅新工藝不僅具有鍍層結(jié)合強度高、沉積速度快的優(yōu)點，而且在只用普通電解銅板作陽極和在高電流密度下沉積出的鍍層結(jié)晶仍然是十分細(xì)致的，上述三個技術(shù)關(guān)鍵的突破為這項新工藝在鋼絲鍍銅上應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。通過兩年多的生產(chǎn)實踐，證明了無氰一步快速鍍銅新工藝和目前國內(nèi)通用的無氰兩步鍍銅工藝相比，具有以下明顯的優(yōu)點：新工藝將預(yù)鍍、正鍍合二而一，大大簡化了工藝流程，減少了電鍍清洗用水。新工藝所得鍍層結(jié)晶細(xì)致，鍍層和基體結(jié)合力良好，而且沉積速度也很快。新工藝鍍液成分穩(wěn)定，不需經(jīng)常調(diào)整鍍液，生產(chǎn)過程中也不產(chǎn)生“銅粉”。新工藝在常溫下工作，勿需通風(fēng)裝置，節(jié)約能源和設(shè)備投資。新工藝應(yīng)用范圍廣泛，適用于二氧化碳?xì)怏w保護焊絲、銅包鋼絲、包裝用扁絲、膠管鋼絲、輪胎鋼絲等（如鋼絲需鍍黃銅，可用本工藝鍍銅后再在其上鍍鋅，然后用熱擴散法獲得黃銅層）。新工藝綜合生產(chǎn)成本低于目前國內(nèi)通用的鋼絲無氰兩步