[发明专利]一种含铜材料的表面处理方法

说明书

一种含铜材料的表面处理方法，涉及铜材料的抗氧化表面处理。提供采用方法简便，在铜材料的表面修饰或吸附甲酸根，增强铜材料的抗氧化能力，同时使其具有较好导电性的一种含铜材料的表面处理方法。将含铜材料与极性溶剂混合，加入稳定剂和助剂后，密封加压反应，再经液固分离、洗涤、干燥，即完成铜材料的抗氧化表面处理。采用甲酸根处理铜表面，甲酸根氧化还原电位比铜低，甲酸根氧化动力学缓慢，能够有效防止铜的化学或者电化学腐蚀。适用于所有零价或表面部分氧化的含铜材料。处理的含铜材料相比处理前具有较强的抗氧化能力、耐盐碱腐蚀性和较高的导电性，可用于铜基导电浆料等。

技术领域

本发明涉及铜材料的抗氧化表面处理，尤其是涉及一种含铜材料的表面处理方法。

背景技术

铜是人类使用历史最悠久的金属材料之一。众所周知，铜具有较高的导电性、导热性及优良的成形性和较低的价格，广泛用于电气电力工业、机械和车辆制造工业、化学工业、建筑工业、国防工业等领域。但是，铜材料在空气中极易被氧化，表面容易被腐蚀，从而使其导电性大大降低，表面变粗糙，色泽变暗，限制了其应用。

铜与平衡氢电极相比，具有较正的电位，但是和氧电极电位相比，电位又较负。所以在大多数条件下可能进行阴极吸氧腐蚀，而不可能从酸中析出氢。当酸、碱或空气中无氧化剂存在时，铜可以耐腐蚀；当含有氧化剂时，铜会被腐蚀。

铜腐蚀按基本原理过程分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。化学腐蚀是指铜表面与周围介质直接发生氧化还原反应而引起的破坏。在腐蚀过程中，电子的传递是在铜与氧化剂之间直接进行的。电化学腐蚀是铜表面与离子电导的电介质发生电化学反应而产生的破坏，也是一种最普遍、最常见的的腐蚀，同时也是比较严重的一类腐蚀。铜在大气、海水、土壤、酸、盐、碱介质中的腐蚀大多数是电化学腐蚀。电化学腐蚀可以和机械、力学、生物的破坏共同作用，加剧金属铜的损失。物理腐蚀是指铜由于单纯的物理作用所引起的破坏，这类腐蚀所占比例较小。

目前，铜的抗氧化防腐蚀表面处理方法主要有：

(1)表面镀惰性金属：采用化学镀或者真空镀蒸气的方法在铜粉表面镀一层相对惰性的金属，比如金、钯、银。

(2)牺牲金属阳极的阴极保护：表面镀锡、锌等。

(3)采用偶联剂处理：采用钛酸酯或者硅烷偶联剂对铜粉表面进行包覆处理。

(4)加入适量有机稳定剂：引入少量有机稳定剂，如胺、醛、酚和羧酸等，将铜粉表面的氧化膜还原为金属铜，并抑制其氧化。

(5)表面疏水处理：油酸、油胺或硬脂酸盐疏水表面。

在方法(1)和(2)中抗氧化效果较好，但是成本较高，而且工艺较为复杂。方法(3)～(5)中得到的铜材料能起到一定的抗氧化作用，但是处于弱氧化气氛时，铜仍会慢慢氧化。

现有技术中，对应方法1，专利号为CN03135246.4的“导电用复合铜粉及复合铜导体浆料的制备方法”，采用银包铜的策略制备抗氧化铜粉，由于银的价格昂贵，同时银存在迁移性的问题，限制了其大规模的应用。

对应方法2，专利号为201210398033.7的“高强度耐腐蚀六元黄铜合金”，采用铁、猛、镍、锌和银等制备铜合金具有很高的强度，能够耐酸腐蚀，但是复杂的制备工艺以及耐碱腐蚀不强等问题限制了其大规模应用。

对应方法3，专利号为CN92100920.8的“导电铜粉的表面处理方法”，先采用常规的有机溶剂洗涤法去除表面的有机物，再用酸脱去铜的氧化膜，洗涤至中性，然后用偶联剂和ZB-3复合处理剂处理。由该方法制备的导电铜粉可作为导电涂料、导电油墨和导电粘合剂中的导电填料。但是此方法不仅需要使用昂贵的化学试剂；而且酸洗仅能除掉铜粉表面的氧化膜，并未对铜粉表面的活性部分进行惰性化处理，同时，酸洗后期，溶液体系pH的升高，铜粉表面再次被氧化，而这层氧化膜属于低温氧化膜，疏松多孔，难以起到抑制氧化的作用。因而该方法不适用于铜粉的处理。