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摘要本文介紹了一種無氰酸性鍍銅新工藝。該工藝經(jīng)過了嚴格的檢測，已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。其技術(shù)水平達到“國內(nèi)首創(chuàng)，國際先進”。大生產(chǎn)證明該工藝結(jié)合力牢固，溶液穩(wěn)定使用壽命長，成本低、環(huán)保。本文注重介紹了工藝的應(yīng)用、操作、維護及常見故障解決的方法。實踐表明，該項新技術(shù)完全可以代替氰化物在鐵基體上鍍銅。
關(guān)鍵詞鐵基無氰酸性鍍銅低成本環(huán)保產(chǎn)業(yè)化國際先進
在鐵基體上實現(xiàn)無氰鍍銅是一個世界性的難題。據(jù)報道，國內(nèi)外無氰鍍銅研究都是在堿性領(lǐng)域進行的，這些無氰堿性鍍銅配方一般還都處在研發(fā)和試驗階段，工藝不成熟，結(jié)合力差，均不能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
河北電化工程有限公司自2000年開始在酸性領(lǐng)域里采用新材料進行科研攻關(guān)，歷時七年，自主研發(fā)成功CDS無氰酸性鍍銅新工藝（專利號200810118568.8），它完全能夠代替在世界電鍍史上應(yīng)用了一百七十多年的氰化物在鐵基體上鍍銅。同時，它還突破了鋼鐵管狀工件不能鍍酸性光亮銅的禁區(qū)。CDS無氰酸性鍍銅技術(shù)以它符合環(huán)保要求、低廉的成本、穩(wěn)定可靠的性能、適合大規(guī)模生產(chǎn)沉積速度，掀開了電鍍歷史上新的一頁。
本工藝經(jīng)過環(huán)境保護部的環(huán)保評審認定并列入國家火炬計劃重點項目。
一、項目概述
我國電鍍產(chǎn)業(yè)的生存與可持續(xù)發(fā)展，除了企業(yè)自身條件外,我認為還面臨著現(xiàn)實社會帶來的這樣四個問題：
一是環(huán)保。電鍍在生產(chǎn)過程中使用有毒有害材料對人體、對環(huán)境造成的危害嚴重。它必須經(jīng)過治理達到環(huán)保指標，才能合法生產(chǎn)。
二是成本。原材料價格一路走高，產(chǎn)品價格卻未能隨之增加。
三是質(zhì)量。加工產(chǎn)品質(zhì)量越來要求越高，生產(chǎn)工藝技術(shù)比較落后。
四是市場。隨著經(jīng)濟的衰退，企業(yè)無米下鍋，不少地方出現(xiàn)惡性競爭。
電鍍企業(yè)如何越過屏障走出危機，尋求更大的生存空間，是擺在我們廣大電鍍工作者面前亟待解決的課題。這不僅是一個工藝技術(shù)問題，而且是一個經(jīng)營戰(zhàn)略問題。
河北電化工程有限公司早在10年前探索電鍍企業(yè)發(fā)展的方向和路子，堅持不懈的努力，克服重重困難，終于摸索出了一條節(jié)能環(huán)保、降低成本、提高鍍層質(zhì)量的新路子。本項目CDS無氰酸性鍍銅新技術(shù)屬于資源與環(huán)境—發(fā)展清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提出一種用于鋼鐵表面無氰無甲醛酸性化學(xué)鍍銅新工藝。溶液由CUSO4.5H20；阻置劑；絡(luò)合劑；還原劑組成，沉積速度快，鍍層厚度可根據(jù)需要繼續(xù)加厚。在酸性溶液中可以在鋼鐵基體上直接鍍銅，置換層被抑制，從而獲得結(jié)合力牢固的鍍銅層。本工藝具有可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性。
本項目的關(guān)鍵技術(shù)：首先抑制了銅離子與鋼鐵件的置換反應(yīng)。其次選擇適合CDS酸性鍍銅液的酸鹽，阻化劑實現(xiàn)合理配位，有效抑制置換反應(yīng)；選擇以次磷酸鹽等組成的復(fù)合還原劑，使CU2+在金屬表面形成了鍍層而不是置換層，使基體與鍍層結(jié)合力非常牢固；研制組合絡(luò)合劑，使酸性化學(xué)鍍銅液產(chǎn)生的有害成分和帶入的雜質(zhì)，實現(xiàn)有效分離沉淀。
主要工藝技術(shù)指標
1、不含氰化物和甲醛；
2、PH值：1－3.0
3、硫酸銅﹙CuSo45H20﹚80
4、比重：7.5波美度
5、電鍍效率：鍍6min－10min，鍍層厚度達2-3微米
6、結(jié)合力：達到GB5933標準。航天QJ479-96標準
7、溫度：室溫；
8、陽極采用磷銅板，陽極與陰極的面積比2：1
9、陰極電流密度0.5
10、陰極移動、空氣攪拌
11、溶液穩(wěn)定，只需按工藝要求維護和補加可常年使用不報廢。
二、產(chǎn)品檢測情況：
本工藝堅持走廠校結(jié)合，邊研制、邊生產(chǎn)、邊檢測的科研路線。
（一）、檢測標準：Q/BDHG企業(yè)標準。
GB-5933標準
QJ4796-96航天標準
GB6461-86標準
（二）檢測內(nèi)容和方法
1、2006年后分別進行了CDS鍍銅液有關(guān)成分、參數(shù)對鍍銅沉積率、顯微組織進行檢測
（1）、北京理工大學(xué)的檢測
北京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2006年5月對產(chǎn)品的“鍍層物相分析”、“鍍層結(jié)合力”、“鍍層形貌及鍍層厚度”、“化學(xué)鍍銅沉積率”、“鍍層能譜分析”、“顯微硬度”六項進行了試驗測試，分析測試結(jié)論：1、當CuSO
（2）機械工業(yè)表面覆蓋層量監(jiān)督檢測中心在2007年5月對產(chǎn)品檢驗：1、鍍層結(jié)合力：經(jīng)劃格試驗和熱震試驗未出現(xiàn)起皮和剝落現(xiàn)象，鍍層與試片基體結(jié)合良好；2、成分分析：溶液中未含氰根離子，溶液中未含甲醛成分；3、符合Q/BDHG企業(yè)標準。
2、鍍液應(yīng)用檢測
a、驗證CDS鍍銅代替氰化鍍銅作常用的且電鍍量相對較大的多層裝飾鍍鉻Ep.CuNiCrb、鍍銀Ep.Ag、鍍錫Ep.Sn的預(yù)鍍銅層的關(guān)鍵技術(shù)指標——結(jié)合力。
b、檢測CDS鍍銅溶液在普通條件下大批量、長周期電鍍生產(chǎn)中溶液的可靠性及穩(wěn)定性。
c、驗證CDS鍍銅溶液的技術(shù)維護及調(diào)整難度。
d、耐腐蝕等級。
e、檢測經(jīng)濟性。
（1）中國航天科技集團第七研究所歷時八個月（2007、9-2008、5、1）對本產(chǎn)品工藝按航天標準進行檢測結(jié)論如下：
A、CDS鍍銅層在Ep.Cu15Ni10Cr0.3b、Ep.Ag10、Ep.Sn10預(yù)鍍中均勻、細致，成半光亮，采用航天結(jié)合力標準QJ479-96規(guī)定的彎曲法、熱震法（
B、CDS鍍銅經(jīng)過240h的施鍍，相當于
C、長達240h的CDS鍍銅僅進行三次少量的主鹽CuSO4(工業(yè)級)的添加和簡單的過濾，證明CDS鍍銅溶液的技術(shù)維護及調(diào)整較為簡單、方便，加工成本低，經(jīng)濟性強；
（2）天津大學(xué)化工學(xué)院對鋼鐵管狀工件內(nèi)壁鍍銅后在鎳溶液中會不會腐蝕脫離進行了檢測，結(jié)論：鍍上銅的鐵件是被接在直流電源的負極，此時的鍍銅鐵件是陰極，它永遠是獲得電子的進行還原反應(yīng)，永遠不會被腐蝕。
（3）
3企業(yè)隨機檢測
CDS鍍銅工藝進入市場后，所有使用企業(yè)都進行了詳細的考察論證，在工業(yè)化生產(chǎn)中隨機抽樣，采用多種方法進行檢測鍍件結(jié)合力（臺鉗夾、榔頭砸、焊槍烤等），經(jīng)歷了從試驗→小規(guī)模→大生產(chǎn)這樣一個過程，克服了思想上的各種顧慮，擺脫了對氰化鍍銅的依賴，使企業(yè)走上了清潔生產(chǎn)、提高效益之路。CDS鍍銅新技術(shù)在實踐中經(jīng)受住了長期大生產(chǎn)的考驗。
4、不含強絡(luò)合劑，廢水處理簡單
產(chǎn)品在
廊坊站測水字【2006】001號、隨機提取的三個水樣，監(jiān)測結(jié)果：三個水樣均符合《污水綜合排放標準》
三、CDS鍍銅技術(shù)鑒定情況
1、
（1）、開發(fā)的化學(xué)鍍銅溶液配方中不含甲醛、不含氰根、屬綠色環(huán)保性配方，具有明顯的社會效益。
（2）、研制的化學(xué)鍍銅液，常溫下可使鋼鐵表面獲得晶態(tài)單質(zhì)鍍層，具有沉積速度快，鍍液穩(wěn)定性高，維護簡便的特點。
（3）、該化學(xué)鍍銅層與鋼鐵表面結(jié)合力和鍍層硬度均符合Q/BDHG01—2006及國家電鍍的相關(guān)標準要求，完全可以取代氰化預(yù)鍍銅。
（4）、CDS酸性化學(xué)鍍銅配方科學(xué)合理，工藝成熟可靠，生產(chǎn)中使用穩(wěn)定，得到市場的肯定并取得了明顯的經(jīng)濟效益，具有廣泛的應(yīng)用前景。
鑒定結(jié)論：CDS酸性化學(xué)鍍銅技術(shù)屬國內(nèi)首創(chuàng)，該技術(shù)達到國際先進水平。
2、
3、河北省環(huán)境保護局
四、本工藝的技術(shù)水平
1、河北省科學(xué)技術(shù)廳：冀科鑒字【2007】第1-109號
CDS酸性化學(xué)鍍銅技術(shù)屬國內(nèi)首創(chuàng)，該技術(shù)達到國際先進水平。
2、
3、國家知識產(chǎn)權(quán)局：專利號200810118568.8
4、國家環(huán)境保護部周生賢部長2008.4.17批示：我部建議在一定范圍內(nèi)推廣使用，跟蹤技術(shù)的進展和應(yīng)用情況。
5、河北省科學(xué)技術(shù)廳：冀科高【2007】37
6、高新技術(shù)企業(yè)：0713010B4134
7、國家環(huán)境保護部評審意見、2008.3.29
8、河北省環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會冀環(huán)產(chǎn)認字【2006】065號
9、廊坊市2008年成果推廣計劃廊科【2008】67號
五、產(chǎn)品的定位目標是給每一個用戶帶來效益
（一）、適用范圍寬：
（1）、代替氰化物在鋼鐵基體上鍍銅。
（2）、在銅、錫基體上鍍銅
（3）、在非金屬基體上鍍銅、活化、敏化要形成導(dǎo)電膜，才能有良好的鍍層。
（4）、本工藝可適用于掛度或滾鍍。
（5）、它既適合銅/鎳/鉻裝飾性鍍層，又可用于金屬表面鍍銅及鍍銀、鍍金。該工藝已廣泛應(yīng)用到五金、家具、自行車、機械制造、冰箱制冷、軍工、航天等各個領(lǐng)域。
（二）、降低消耗提高生產(chǎn)效益
1采用本工藝室溫就可生產(chǎn)無需加溫，節(jié)省燃煤。
2氰化物鍍銅與與CDS鍍銅綜合成本分析比較
（1）、以中濃度
（2）、CDS酸性銅的生產(chǎn)消耗成本(以
（3）、鍍銅//鎳//鉻鍍層，鋼鐵管狀工件可施鍍酸性光亮銅，可省鎳60-70%左右。CDS電鍍工藝鍍管狀工件材料成本比傳統(tǒng)工藝降低20%
以天津飛鴿電鍍廠為例。使用氰化物鍍自行車零件只能鍍車梯及其配件，品種少，價格低，加工一個車梯片0.15元。采用本工藝，管狀工件鍍酸性光亮銅，以鍍車把、車叉子為主，加工一個工件1.9-2.7元，在同樣的工藝流程中，每平方分米消耗工時和材料相同，產(chǎn)值增加了12-18倍。給企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟和社會效益。
（三）、該工藝不產(chǎn)生含氰廢水，減少了環(huán)保設(shè)備的投資，簡化了電鍍廢水處理流程，可降低廢水處理成本
六、CDS鍍銅技術(shù)在電鍍工藝上有以下六個方面突破
1、結(jié)合力牢固。鍍層結(jié)合力達到GB5933標準和航天QJ479-96標準。它在用于功能性、裝飾性鍍種中經(jīng)用戶使用多種方法檢測結(jié)合力良好，適用于國內(nèi)外多種功能性和裝飾性電鍍的需要。結(jié)合力完全達到氰化物鍍銅的技術(shù)指標。突破了只有氰化物在鐵基體上鍍銅才有結(jié)合力的歷史。
2、工藝穩(wěn)定,抗雜質(zhì)能力強、使用壽命長。它能有效的控制有害雜質(zhì)的產(chǎn)生，對溶液中的各種雜質(zhì)能實現(xiàn)有效分離，該工藝經(jīng)過我公司四年的試生產(chǎn)和三年的正式生產(chǎn)運營及全國廣大用戶使用，鍍液穩(wěn)定未見異常，仍在正常生產(chǎn)。創(chuàng)造了國內(nèi)外無氰鍍銅工藝使用壽命最長、用戶最廣的歷史
3、鍍層結(jié)晶細致，孔隙率低，防腐性能好，與氰化物鍍銅在相同的條件下：鹽霧試驗，氰化鍍銅為零，CDS鍍銅6-8級。據(jù)此，它的防腐能力接近或達到雙層鎳的技術(shù)指標。
4、沉積速度快：在相同的時間內(nèi)沉積速度優(yōu)于氰化物鍍銅。操作簡單維護方便。鍍層半光亮。鍍液覆蓋能力好，特別是對于鋼鐵管狀工件管壁內(nèi)外覆蓋達到百分之。突破了鐵管狀工件不能鍍酸性光亮銅的禁區(qū)。
5、本發(fā)明既可實施化學(xué)鍍又可用外接電源電鍍，均能達到相關(guān)技術(shù)指標。
6、環(huán)保：鍍液不含氰化物及其它有害成分，也不含甲醛。對人身體、環(huán)境無害。本工藝不含EDTA、氰化物、甲醛，鍍后污水處理簡單，降低投資和生產(chǎn)成本。
七、引起國家社會廣泛重視
河北省環(huán)保局對電鍍行業(yè)產(chǎn)品的首次認定：即“CDS酸性化學(xué)鍍銅液”經(jīng)審定，符合“Q2BDHG01
該項技術(shù)指標與氰化物鍍銅相比具有明顯的優(yōu)點，從而引起了國家高度重視和社會各界的強烈反響，原全國人大常務(wù)委員會付委員長鄒家華親自接見了發(fā)明人陳允盈；環(huán)境保護部周生賢部長做了批示“對項目進行跟蹤推廣”；國家科技部門進行科技成果鑒定：“國內(nèi)首創(chuàng)，國際先進水平”；廣東省科技廳、河北省環(huán)進保護局都在大力推廣。中國表面工程學(xué)會電鍍分會清潔生產(chǎn)委員會的負責同志多次到生產(chǎn)現(xiàn)場考察指導(dǎo)工作，一些省市自治區(qū)電鍍協(xié)會負責人都在積極推廣該項目，如福建省電鍍協(xié)會付會長姜志行自己在生產(chǎn)線使用一年后在全省推廣。中國科學(xué)院表面工程研究所應(yīng)用技術(shù)的高端產(chǎn)品采用本工藝組織生產(chǎn)。
八、溶液組成及操作條件
原料及操作條件范圍
1化學(xué)鍍銅濃縮液
2硫酸銅﹙CuSo45H20﹚80
3波美度7.5°Bｅˊ
4PH1.—3.0
5溫度室溫
6空氣攪拌循環(huán)過濾（陽極與陰極面積比2：1）
九、CDS鍍銅液的規(guī)格
１、CDS鍍銅工作液
2、鍍銅濃縮液：（濃縮液1公斤配工作液5公斤）
3、CDS鍍銅添加劑A劑和B劑。
十、CDS鍍銅液的含量值及槽液的配置方法
1、CDS鍍液中濃縮液的含量值：
（1）、化學(xué)鍍銅：每公斤溶液中去離子水
（2）、電鍍銅：每公斤溶液中去離子水
2、CDS鍍銅工作液的配置方法
把所需要量的鍍銅工作液直接倒入槽內(nèi)；補加計算量的硫酸銅；安裝空氣攪拌（通電生產(chǎn)需接通電源）即可生產(chǎn)。
3、CDS濃縮液的配置方法
（1）把計算量的三分之二的去離子水注入缸內(nèi)。
（2）加入所需硫酸銅，攪拌至完全溶解。
（3）加入2毫升／升雙氧水，攪拌1－2小時。
（4）加熱至60－
（5）加入3－
（6）保溫沉淀10小時，然后過濾凈。
（7）空氣攪拌1—2小時
（8）把計算量CDS濃縮液加入缸內(nèi)。
（9）加入去離子水至工作體積即可施鍍。
4、外接電源
CDS酸性鍍銅用附加電源進行生產(chǎn)可以提高鍍層沉積速度，有利于溶液的維護與穩(wěn)定。
直流電源。陽極采用磷銅板，陽極與陰極的面積比2：1。
陰極電流密度0.5
陰極移動、空氣攪拌。
十一、CDS酸性鍍銅的裝載量；裝載量；2-4d㎡/L。
十二、CDS鍍銅添加劑和硫酸銅的消耗量分析補加方法
1、硫酸銅的消耗：可采用參照酸性鍍銅的檢測分析方法用EDTA滴定法每日一至兩次
2、依據(jù)生產(chǎn)量的消耗分析補加法（以
CDS添加劑消耗量每平方分米：A劑
硫酸銅消耗量
3、比重分析法：
工作液重量
取分析天平稱溶液的重量，分析硫酸銅的含量，確定所補加硫酸銅的量，保持銅離子的穩(wěn)定。
4、定期分析法：根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)量10-30天定期分析。新溶液配置投入生產(chǎn)后，鍍層結(jié)晶細致光亮。當鍍層出現(xiàn)結(jié)晶粗糙、色澤發(fā)紅發(fā)暗或出現(xiàn)鍍層與基體結(jié)合力不牢時，取溶液1升，試片一個，添加劑A，B適量，按工藝要求操作補加添加劑(或硫酸銅)調(diào)整到溶液正常工作為止。
5、硫酸銅定量補加法：每平方分米鍍層厚1微米、補加硫酸銅0、089g。
十三、工藝流程
鋼鐵工件→堿性化學(xué)除油→三連水洗→酸性化學(xué)除油→三連水洗→電解除油→水洗→酸活化→CDS鍍銅→水洗→活化→鍍酸性光亮銅（管狀）→三連水洗→鍍光亮鎳及其它鍍層。
十四、工藝操作，維護及注意事項
1、鍍前除油、除銹、除垢、除蠟要徹底。金屬表面要清新，不要過腐蝕，不要掛灰、掛膜，才能保證基體與鍍層結(jié)合力牢固。
2、堿電解除油后，堿膜必須脫凈，再進入CDS鍍銅液施鍍。
3、電流不要過高或過低，過低鍍層沉積速度慢，過高鍍層粗糙或燒焦影響結(jié)合力。
4、CDS液應(yīng)按消耗量定時補加，添加量不宜過多或過少。否則會影響鍍層的質(zhì)量。硫酸銅的補加量不宜過少或過多，過少鍍層沉積速度較慢，覆蓋能力較差；過多鍍層粗糙，光亮度較差，溶液穩(wěn)定性變差。可采用第七條所說的分析方法，及時分析補加，保障溶液穩(wěn)定正常工作。
5、避免和堿性鍍銅共用同一活化、水洗槽生產(chǎn)，影響鍍層質(zhì)量。不得把堿性溶液帶入CDS溶液中，影響溶液的穩(wěn)定性。
6、PH值應(yīng)控制在１.—3.0之間，PH值太低，鍍層沉積速度低，PH值太高，溶液穩(wěn)定性變差。
7、活化、脫膜液不能失效，否則會造成酸性光亮鍍銅沉積速度慢；結(jié)合力不牢。
8、溶液久置不用，溶液中產(chǎn)生一價銅，則會產(chǎn)生黑色條紋或斑點。方法：使用前需提前使用空氣攪拌，必要時加溫到70℃，然后冷卻到室溫。
9、有機雜質(zhì)多時會影響鍍層質(zhì)量，一般生產(chǎn)半年或一年大處理一次。
方法：添加2ml/L雙氧水，活性炭3-5g/L吸附過濾除去,然后加入適量的添加劑調(diào)整溶液至正常即可施鍍。
10、鐵的極限值為10g/L。定期用小電流電解除去，陽極與陰極面積比2：1。
11、陽極板應(yīng)定期清洗，否則鈍化膜增厚會影響電流效率。
CDS無氰酸性鍍銅經(jīng)多年的生產(chǎn)實踐檢驗證明，是成本低、工藝穩(wěn)定、環(huán)保、節(jié)能、增效的新技術(shù)。
來源：河北電化工程有限公司 作者：陳允盈
