[发明专利]一种水性铜保护剂

说明书

本发明属于金属表面处理技术领域，公开了一种显著提升铜或铜合金耐盐雾和高温防变色性能的铜保护剂，该铜保护剂含有巯基氮杂环类缓蚀剂、磷酸酯类表面活性剂和乙二胺类线性同系物。本发明耐中性盐雾长达48小时，200℃烘烤3分钟不变色，同时具有助焊功能，无电接触隐患。

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，尤其涉及一种具有显著提升铜或铜合金耐盐雾、高温防变色性能的铜保护剂。

背景技术

铜是一种过渡金属，在元素周期表中属于ⅠB族。铜稍硬、极坚韧、耐磨损，具有优良的导电、导热、机械加工和可焊接性能，广泛应用于工业、军事、民用等领域，尤其在电子电器上的应用最为普遍。铜短时间耐大气腐蚀，但在化工大气中，如含有氯、溴、碘、硫化氢、二氧化硫等，特别在潮湿的环境时，铜易发生严重的腐蚀。铜镀层形成薄的腐蚀膜而变色，变色膜会降低铜的各种性能，严重影响它们的使用效果和寿命。铜材料表面如电子印刷板、接插件、腔体等在大气中容易遭到一定程度的腐蚀，引起接触不良、可焊性下降、回流电阻增强等不良现象，可造成产品使用寿命缩短、产品报废等后果。因而解决铜的腐蚀变色一直是人们关注的问题。

现有的铜保护剂主要可分为两类：

(1)无机保护剂：包括铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐等，最常用的为铬酸盐，因为该类保护膜抗氧化性好，并与基体有较好的结合力，然而生产过程中产生的含有六价铬废液对人体有害，污染环境，所以已被欧盟列为禁用物质。钼酸盐和钨酸盐对环境和人体没什么伤害，但是单独使用对铜的防护效果并不理想。

(2)有机保护剂：有机保护剂的分子往往是由极性基团和非极性基团构成。亲水的极性基团与铜形成配位键，吸附于铜表面，疏水的非极性基团通过憎水基起隔离作用，阻止水分和腐蚀性物质接近铜表面，起到保护作用。铜的有机保护剂以唑类应用最为广泛，其次是烷基硫醇自组装膜(SAMs)。苯并三氮唑及其衍生物在工业作为铜及其合金的缓蚀剂使用已经多年，但是单一组分的三氮唑及其衍生物的防护性能相对较弱，仍具有明显的不足。烷基硫醇体系，因有机溶剂能有效溶解长链的烷基硫醇而被广泛使用，包括四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、正十六烷、CCl₄、甲苯、乙醇、乙腈和环辛烷等，其中乙醇使用最为广泛。然而，包括乙醇在内的有机溶剂具有一定的毒性，会带来废液处理和可挥发性有机物(VOC)的释放问题，限制了商业生产中硫醇SAMs的制备。此外，有机溶剂与硫醇的烷基碳链间有较强的相互作用，能够扰乱烷基硫醇在金属表面排列的有序性，降低SAMs的质量。

在业界，对于铜镀层的性能测试，主要包括高温防变色测试和耐中性盐雾测试。根据产品和客户要求不同，一般为耐高温200℃烘烤1-3分钟；耐中性盐雾12～16小时。近几年，随着终端应用产品的精密化和性能要求的日益提高，要求更为严苛的耐盐雾测试越来越普遍，规定铜镀层必须耐中性盐雾测试24小时，甚至要求盐雾必须满足48小时。对于铜这种活泼金属，48小时的耐盐雾要求是相当苛刻了。

然而，目前市售的铜保护剂无法满足耐盐雾48小时的要求。仅有的几款针对性提升铜镀层盐雾性能的铜保护剂，为烷基硫醇复配体系。硫醇在金属表面组装成膜分为最初的快速化学吸附(几分钟)和随后的慢速重排过程(十几个小时)，膜层缓蚀性能的提升是通过硫醇分子的重排实现的，然而实际应用根本无法预留十几个小时的膜层重排时间；并且硫醇热稳定性差，经其处理的铜工件储存一周左右便会出现腐蚀。

因此，寻求体系稳定、防腐蚀及耐热性好、防护效率高的铜保护剂具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能快速有效提升铜或铜合金耐盐雾、高温防变色性能的水性铜保护剂。

本发明另一个目的在于提供一种体系稳定的水性铜保护剂。

本发明另一个目的在于提供一种具有助焊功能，无电接触隐患的的水性铜保护剂。

本发明的上述目的通过以下技术手段实现：