一种粉末冶金材料镀铜工艺
阅读说明：本技术 一种粉末冶金材料镀铜工艺 (Copper plating process for powder metallurgy material ) 是由 李根富 张国富 鲁晶 杨华斌 郑学云 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种粉末冶金材料镀铜工艺,冶金材料依次进行碱洗、酸洗、电解、镀镍、镀铜和钝化处理,涉及镀铜工艺技术领域。通过镍作为打底材料,可以有效增强在冶金材料表面的镀铜效果；同时在对冶金材料经过每一步处理工序后,对冶金材料都进行一次三级漂洗处理,进而有效去除前一道工序给冶金材料残留的处理液,一方面提高冶金材料下一步工序处理效果,另一方面也是有效避免了冶金材料中残留液对下一道工序槽造成污染；在对冶金材料的表面完成镀铜处理后,使用纯水对冶金材料进行清洗,清除多余的铜液,接着对冶金材料的表面进行钝化处理,有效防止工件变色,提高冶金材料的表面质量。(The invention discloses a copper plating process for a powder metallurgy material, which sequentially carries out alkali washing, acid washing, electrolysis, nickel plating, copper plating and passivation treatment on the metallurgy material and relates to the technical field of copper plating processes. The nickel is used as a priming material, so that the copper plating effect on the surface of the metallurgical material can be effectively enhanced; meanwhile, after the metallurgical material is subjected to each step of treatment process, the metallurgical material is subjected to one-time three-level rinsing treatment, so that treatment liquid remained on the metallurgical material in the previous step is effectively removed, the treatment effect of the next step of the treatment process of the metallurgical material is improved, and the pollution of the residual liquid in the metallurgical material to a next step of a process tank is effectively avoided; after the copper plating treatment is finished on the surface of the metallurgical material, the metallurgical material is cleaned by pure water, redundant copper liquid is removed, then the surface of the metallurgical material is passivated, the color of a workpiece is effectively prevented, and the surface quality of the metallurgical material is improved.)
技术领域
本发明涉及镀铜工艺技术领域，具体为一种粉末冶金材料镀铜工艺。
背景技术
粉末冶金是金属材料制作与零件技工结合在一起的一种特殊技术，它高效、优质、精密、低耗、节能，已得到广泛地应用；但用此技术处理的零件有一定的孔隙度，容易发生锈蚀，目前通常采用蒸汽法、电泳涂装、达克罗等方法解决此问题；但是，以上几种方法都存在一定的缺陷，耐蚀能力差、加工困难或者加工成本高等。
参考中国专利CN201210546697.3中提出了一种铁基粉末冶金件的电镀铬处理方法，该方案中通过在传统的钢铁底材电镀铬全自动生产工艺的基础上增加蒸汽处理、研磨、抛丸处理，将碱性镀铜前的活化由原来的盐酸活化改为硫酸活化，并且延长了碱性镀铜时间，进而提高粉末冶金镀件的耐蚀能力，但是粉末冶金件在完成电镀处理后，冶金材料的表面容易发生变色，导致冶金材料的表面质量无法得到保证。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种粉末冶金材料镀铜工艺，解决了目前粉末冶金件在完成电镀处理后，冶金材料的表面容易发生变色，导致冶金材料的表面质量无法得到保证的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种粉末冶金材料镀铜工艺，包括以下步骤：
步骤一、通过行车将冶金材料送入碱洗槽中，向碱洗槽的内部通入碱液，设置碱洗槽的温度为50-70℃，碱洗时间为3min，接着将冶金材料从碱洗槽中取出后送入三级漂洗槽中，冶金材料在三级漂洗槽中使用自来水，在室温条件下处理30s；
步骤二、通过行车将冶金材料送入酸洗槽中，向酸洗槽的内部通入酸液，设置酸洗槽的温度为30-40℃，酸洗时间为2min，再次将冶金材料送入三级漂洗槽中处理30s；
步骤三、通过行车将冶金材料送入电解槽中，向电解槽的内部通入电解液，设置电解槽的温度为40-60℃，电流为4A/dm2，电解处理3min，接着将冶金材料送入三级漂洗槽中处理30s；
步骤四、通过行车将冶金材料送入镀镍槽中进行镀镍处理，向镀镍槽的内部通入六水合氯化镍溶液和盐酸溶液，其中镀镍槽内部的阳极为镍棒，设置镀镍槽的温度为20-40℃，电流为2A/dm2，镀镍处理10min，接着使用纯水在室温条件下对镀镍后的冶金材料清洗30s，再将冶金材料送入三级漂洗槽中处理30s；
步骤五、通过行车将冶金材料送入镀铜槽中进行镀铜处理，向镀铜槽的内部投入镀铜助剂，其中镀铜槽内部的阳极为铜棒，设置镀铜槽的温度为50-70℃，电流为2A/dm2，镀铜处理40-50min，使用纯水对镀铜后的冶金材料清洗30s，再将冶金材料送入三级漂洗槽中使用纯水处理30s，接着将冶金材料送入清洗槽中，利用超声波对冶金材料进行表面清理，最后再对冶金材料在三级漂洗槽中使用纯水处理30s；
步骤六、通过行车将冶金材料送入钝化槽中，向钝化槽的内部通入钝化剂，设置钝化槽的温度为50-70℃，钝化处理10min，将经过钝化处理的冶金材料送入离心甩干机中进行干燥处理，最后再将冶金材料放入震动下料斗中进行干燥入库。
优选的，步骤一中，碱液采用浓度为40g/L的除油粉U-154溶液，除油粉U-154溶液的pH值为9，步骤二中，酸液采用质量分数为36％的盐酸溶液和浓度为5g/L的乌洛托品溶液按照体积比8:1组成。
优选的，步骤三中，电解液采用浓度为40g/L的电解粉U-251溶液，步骤四中，六水合氯化镍溶液和盐酸溶液按照体积比2:1组成。
优选的，步骤五中，镀铜助剂采用氰化亚铜粉末、氰化钾粉末、氢氧化钾粉末、诺切液、碱铜CL-3、碱铜CL-4，各物质的质量浓度分别为75g/L、128g/L、30g/L、50mL/L、3mL/L、5mL/L。
优选的，步骤六中，设置离心甩干的温度为70-80℃，离心干燥10min，震动下料斗的温度为50-70℃，处理110min。
优选的，所述钝化剂通过以下步骤制备：
步骤A1、在三口烧瓶中加入氯磺酸和乙酰苯胺，在0℃的条件下恒温处理30min，升温至60-65℃后，恒温反应3h，使用冰水对滤饼进行洗涤，抽滤后，用1,2-二氯乙烷重结晶得到中间体1；
反应原理如下：
步骤A2、取另一个三口烧瓶加入苯骈三氮唑、无水吡啶和中间体1，在35℃温度条件下恒温搅拌1h，向三口烧瓶中加水，搅拌反应30min，抽滤烘干，用甲醇重结晶得到中间体2，向中间体2中加入1mol/L的氢氧化钠溶液，调节pH值至6-7，搅拌反应15min，得到中间体3；
反应原理如下：
步骤A3、将中间体3、苯甲醛和对甲基苯磺酸投入反应釜中，在190℃条件下恒温反应30min后冷却，用无水乙醇洗涤反应产物，最后用乙醇重结晶得到钝化剂。
反应原理如下：
优选的，步骤A1中，氯磺酸和乙酰苯胺的用量比为0.19mol：0.05mol。
优选的，步骤A2中，苯骈三氮唑、无水吡啶和中间体1的用量比为0.05mol：20mL：10.5g，其中无水吡啶在使用前通过氢氧化钠进行干燥处理。
优选的，步骤A3中，中间体3、苯甲醛和对甲基苯磺酸的用量比为0.05mol：0.06mol：0.012mol。
(三)有益效果
本发明提供了一种粉末冶金材料镀铜工艺。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)通过对冶金材料依次进行碱洗、酸洗、电解和镀镍处理，实现对冶金材料镀铜加工的前处理工序，有效去除冶金材料表面的油污和氧化皮，并且通过镍作为打底材料，可以有效增强在冶金材料表面的镀铜效果；同时在对冶金材料经过每一步处理工序后，对冶金材料都进行一次三级漂洗处理，进而有效去除前一道工序给冶金材料残留的处理液，一方面提高冶金材料下一步工序处理效果，另一方面也是有效避免了冶金材料中残留液对下一道工序槽造成污染；在对冶金材料的表面完成镀铜处理后，使用纯水对冶金材料进行清洗，清除多余的铜液，接着对冶金材料的表面进行钝化处理，有效防止工件变色，提高冶金材料的表面质量。
(2)通过氯磺酸和乙酰苯胺作为原料制备中间体1，接着在中间体1上引入苯骈三氮唑，制得中间体2，对中间体2进行水解处理，得到中间体3，通过中间体3、苯甲醛和对甲苯磺酸进行反应，得到钝化剂，钝化剂由于含有C＝N双键，再加上含有的-OH极易与铜形成稳定的络合物，钝化剂能在铜的表面，形成Cu(I)或Cu(II)离子的络合物，而阻碍了铜的腐蚀，表现出良好的缓蚀效果，进而在冶金材料的镀铜表面自组装成膜，起到将镀铜面与腐蚀液隔离的作用，而对冶金材料的表面有很好的缓蚀性能，有效避免了冶金材料在经过镀铜工艺处理后，表面出现变色的现象，使冶金材料的表面质量得到提升。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
钝化剂通过以下步骤制备：
步骤A1、在三口烧瓶中加入0.19mol氯磺酸和0.05mol乙酰苯胺，在0℃的条件下恒温处理30min，升温至60℃后，恒温反应3h，使用冰水对滤饼进行洗涤，抽滤后，用1,2-二氯乙烷重结晶得到中间体1；
步骤A2、取另一个三口烧瓶加入0.05mol苯骈三氮唑、20mL无水吡啶和10.5g中间体1，在35℃温度条件下恒温搅拌1h，向三口烧瓶中加水，搅拌反应30min，抽滤烘干，用甲醇重结晶得到中间体2，向中间体2中加入1mol/L的氢氧化钠溶液，调节pH值至6，搅拌反应15min，得到中间体3；
步骤A3、将0.05mol中间体3、0.06mol苯甲醛和0.012mol对甲基苯磺酸投入反应釜中，在190℃条件下恒温反应30min后冷却，用无水乙醇洗涤反应产物，最后用乙醇重结晶得到钝化剂。
实施例2：
钝化剂通过以下步骤制备：
步骤A1、在三口烧瓶中加入0.35mol氯磺酸和0.09mol乙酰苯胺，在0℃的条件下恒温处理30min，升温至65℃后，恒温反应3h，使用冰水对滤饼进行洗涤，抽滤后，用1,2-二氯乙烷重结晶得到中间体1；
步骤A2、取另一个三口烧瓶加入0.12mol苯骈三氮唑、45mL无水吡啶和15.5g中间体1，在35℃温度条件下恒温搅拌1h，向三口烧瓶中加水，搅拌反应30min，抽滤烘干，用甲醇重结晶得到中间体2，向中间体2中加入1mol/L的氢氧化钠溶液，调节pH值至7，搅拌反应15min，得到中间体3；
步骤A3、将0.12mol中间体3、0.13mol苯甲醛和0.021mol对甲基苯磺酸投入反应釜中，在190℃条件下恒温反应30min后冷却，用无水乙醇洗涤反应产物，最后用乙醇重结晶得到钝化剂。
实施例3：
一种粉末冶金材料镀铜工艺，包括以下步骤：
步骤一、通过行车将冶金材料送入碱洗槽中，向碱洗槽的内部通入碱液，设置碱洗槽的温度为50℃，碱洗时间为3min，接着将冶金材料从碱洗槽中取出后送入三级漂洗槽中，冶金材料在三级漂洗槽中使用自来水，在室温条件下处理30s；
步骤二、通过行车将冶金材料送入酸洗槽中，向酸洗槽的内部通入酸液，设置酸洗槽的温度为30℃，酸洗时间为2min，再次将冶金材料送入三级漂洗槽中处理30s；
步骤三、通过行车将冶金材料送入电解槽中，向电解槽的内部通入电解液，设置电解槽的温度为40℃，电流为4A/dm2，电解处理3min，接着将冶金材料送入三级漂洗槽中处理30s；
步骤四、通过行车将冶金材料送入镀镍槽中进行镀镍处理，向镀镍槽的内部通入六水合氯化镍溶液和盐酸溶液，其中镀镍槽内部的阳极为镍棒，设置镀镍槽的温度为20℃，电流为2A/dm2，镀镍处理10min，接着使用纯水在室温条件下对镀镍后的冶金材料清洗30s，再将冶金材料送入三级漂洗槽中处理30s；
步骤五、通过行车将冶金材料送入镀铜槽中进行镀铜处理，向镀铜槽的内部投入镀铜助剂，其中镀铜槽内部的阳极为铜棒，设置镀铜槽的温度为50℃，电流为2A/dm2，镀铜处理40min，使用纯水对镀铜后的冶金材料清洗30s，再将冶金材料送入三级漂洗槽中使用纯水处理30s，接着将冶金材料送入清洗槽中，利用超声波对冶金材料进行表面清理，最后再对冶金材料在三级漂洗槽中使用纯水处理30s；
步骤六、通过行车将冶金材料送入钝化槽中，向钝化槽的内部通入实施例1得到的钝化剂，对冶金材料进行钝化处理，将经过钝化处理的冶金材料送入离心甩干机中进行干燥处理，最后再将冶金材料放入震动下料斗中进行干燥入库。
实施例4：
一种粉末冶金材料镀铜工艺，包括以下步骤：
步骤一、通过行车将冶金材料送入碱洗槽中，向碱洗槽的内部通入碱液，设置碱洗槽的温度为70℃，碱洗时间为3min，接着将冶金材料从碱洗槽中取出后送入三级漂洗槽中，冶金材料在三级漂洗槽中使用自来水，在室温条件下处理30s；
步骤二、通过行车将冶金材料送入酸洗槽中，向酸洗槽的内部通入酸液，设置酸洗槽的温度为40℃，酸洗时间为2min，再次将冶金材料送入三级漂洗槽中处理30s；
步骤三、通过行车将冶金材料送入电解槽中，向电解槽的内部通入电解液，设置电解槽的温度为60℃，电流为4A/dm2，电解处理3min，接着将冶金材料送入三级漂洗槽中处理30s；
步骤四、通过行车将冶金材料送入镀镍槽中进行镀镍处理，向镀镍槽的内部通入六水合氯化镍溶液和盐酸溶液，其中镀镍槽内部的阳极为镍棒，设置镀镍槽的温度为40℃，电流为2A/dm2，镀镍处理10min，接着使用纯水在室温条件下对镀镍后的冶金材料清洗30s，再将冶金材料送入三级漂洗槽中处理30s；
步骤五、通过行车将冶金材料送入镀铜槽中进行镀铜处理，向镀铜槽的内部投入镀铜助剂，其中镀铜槽内部的阳极为铜棒，设置镀铜槽的温度为70℃，电流为2A/dm2，镀铜处理50min，使用纯水对镀铜后的冶金材料清洗30s，再将冶金材料送入三级漂洗槽中使用纯水处理30s，接着将冶金材料送入清洗槽中，利用超声波对冶金材料进行表面清理，最后再对冶金材料在三级漂洗槽中使用纯水处理30s；
步骤六、通过行车将冶金材料送入钝化槽中，向钝化槽的内部通入实施例2得到的钝化剂，对冶金材料进行钝化处理，将经过钝化处理的冶金材料送入离心甩干机中进行干燥处理，最后再将冶金材料放入震动下料斗中进行干燥入库。
对比例1：
本对比例与实施例3的不同之处在于，步骤六中使用单一的苯骈三氮唑作为钝化剂，最后得到镀铜冶金材料。
对比例2：
本对比例与实施例3的不同之处在于，去除步骤六，不对冶金材料进行钝化处理，最后得到镀铜冶金材料。
对比实验：
使用质量浓度为3.5％NaC1溶液配制浓度为20mg/L的缓蚀剂溶液，选取实施例3-4和对比例1-2得到的镀铜冶金材料浸泡在缓蚀剂溶液中进行缓蚀性能测试，测试结果如下表：
表1
由表1可知，实施例3-4的镀铜冶金材料在腐蚀速度上明显低于对比例1-2的镀铜冶金材料，并且为实施例3-4的镀铜冶金材料缓蚀效率优于对比例1-2的镀铜冶金材料。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。