[发明专利]一种表面覆铜板的生产工艺

说明书

本发明属金属表面处理技术领域，是一种表面覆铜管、板的生产工艺。

铜是一种玫瑰红色富有延展性的金属，柔软且易抛光，具有良好的导电性、导热性及装饰性，在工业、国防及人们的日常生活中用途十分广泛。随着生活水平的提高，人们对于高表面性能、高耐蚀性能、经济、美观和耐用的金属材料的需求与日俱增。由于铜价格比较昂贵，限制了它在民用市场的应用。因此，人们采用电镀方法，在价格低廉的碳钢表面覆盖一层装饰性及保护性的铜。然而由于铜镀层与基底金属之间存在界面效应，并最终影响这些表面处理层的耐蚀性能。另外，也影响了处理材料的机械加工性能。随着60—70年代电子束、离了束、激光技术引入金属表面处理领域中，新型的表面处理技术层出不穷，如激光束(电子束)表面改性、化学电化学沉积、化学电化学转化、热喷涂、化学气相沉积、物理气相沉积、气相外延、液相外延、离子注入、溶胶—凝胶法、自催化沉积等。通过这些表面处理方法，可以大幅度提高材料的耐蚀性能、耐磨减磨能力，赋予材料表面特殊的物理、化学特性，提高材料表面完整性和装饰性。另外，采用这些方法对金属表面进行处理，可以减少表面处理层与基底金属之间的界面效应。但是这些技术处理成本过大、处理工件的量及大小有一定的限制，因此，无法大规模工业化应用于生产。目前仅用于军用、航空等领域小规模零件的批量生产，因而影响其推广应用。

本发明的目的在于提出一种能够消除铜镀层与基底金属之间的界面效应，而且处理成本低，处理件量大的表面覆铜板的生产工艺。

本发明提出的表面覆铜板的生产工艺，包括选择价格低廉的普通碳钢板作为基底材料，在其表面先预置一层铜，然后进行合金化处理。这里所谓的“板”包括平板、有一定弯曲度的曲面板，也包括管状材料等。其具体的工艺步骤如下：

1、采用闪镀方法在普通碳钢板表面预置一层铜，覆层厚度为0．01—5μ，其工艺条件为，闪镀溶液配方：硫酸铜100—300g／L，硫酸60—80g／L，添加剂0．01—1g／L；电镀温度：10—60℃；电镀的电流强度：1—100A／dm²。其中添加剂采用聚二硫二丙烷璜酸钠、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠，其重量配比为后两者分别为前者的1—3倍。

2、将处理后的金属材料置于合金化炉中进行合金化处理，合金化处理工艺如下：合金化在还原保护性气氛下进行，其中保护性气氛为氮气，还原性气氛为氢气，两者用量比例为60∶40～97∶3，即氮气用量占60％～97％，氢气用量占60％～3％。合金化温度控制如下：快速升温至合金化处理温度，升温速率为0．01—50℃／S，合金化处理温度为700℃—1000℃，保温时间为48至96小时，然后将合金化炉快速降温至室温，降温速率为0．01—50℃／S。快速升温和快速降温采用通常的方法。

本发明的特点在于：

1、本发明可消除铜覆盖层与基底金属之间的界面效应，显著提高碳钢的耐腐蚀、耐磨损、装饰性能及材料整体的机械性能。

2、本发明可实现大规模连续工业化生产，适用于铜板(管)材加工厂进行深加工。

3、本发明实现大规模连续工业化生产后，产品成本远低于纯铜制成的金属板材及管材，价格低廉。

4、处理后覆铜板材及管材，可进行表面电解着色，也可进行表面抛光等处理，处理后的材料既具有高耐蚀性能、耐磨性能以及表面装饰性能，又具有价格低廉的优势，在工业、民用领域有广泛的应用前景。

5、由于闪镀溶液配方简单，添加剂含量少，电镀废水处理容易，对环境污染少，与通常工艺相比，有利于环境保护。

实施1，低碳钢试片(150×75mm)一块，采用如下工艺闪镀铜，电镀溶液配方：硫酸铜100g／l，硫酸60g／l，添加剂0．01g／l，三种成分的比例为1∶2∶2，电镀温度控制在10℃，电流强度1A／dm²。将处理后试样进行表面合金化处理，处理气氛97％氮气和3％氢气。合金化温度控制如下：快速升温至合金化处理温度，升温速率为0．01℃／S，合金化处理温度为700℃，保温时间为48小时，然后将合金化炉快速降温，降温速率为15℃／S。处理后的试样表面光亮，具有铜的金属色泽，耐腐蚀性能显著提高，明显优于低碳钢。