专利名称：一种无氰电镀铜-锡合金层为表层的用于造币的多层电镀工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及造币技术领域，具体地说是一种采用多层电镀与无氰电镀铜-锡合金 技术相结合的工艺，是一种新的电镀造币包覆材料的生产工艺。
背景技术：
含氰电镀的历史可以追溯到1831年，实用型的电镀工艺是1840年由Elkington 获得的氰化镀银专利开始的。氰化镀锌在第一次世界大战期间就已经获得实际应用，随后， 氰化电镀技术被广泛应用于锌、铜、镉、银、金等多种单金属或合金电镀。但氰化物是剧毒物 质，其致死量仅仅为5mg，因此，对剧毒氰化物的管理和含氰电镀液的废水排放处理提出了 很高的要求。20世纪70年代，无氰镀锌工艺的研究首先获得了突破，到目前为止，无氰镀 铜、无氰镀金银、无氰镀铜合金等技术相继开发问世，并开始在某些工业领域中得到应用。 目前国际造币行业中采用的电镀材料主要有镀铜、镀镍、镀铜合金等，其中电镀铜-锡合金 技术还是采用含氰电镀或分别镀单金属后采用热处理的方法形成合金层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无氰电镀铜-锡合金工艺，采用多层电镀的方式弥补 无氰电镀铜-锡合金镀层比含氰电镀铜-锡合金镀层薄的问题；该工艺所有镀种均为无氰 环保型，大大降低了对剧毒氰化物的管理成本，改善了施镀环境，减小了废水对环境影响的 压力，同时也大大提高了硬币电镀包覆材料的制作水平。实现本发明目的的具体技术方案是一种多层无氰电镀铜-锡合金工艺，其工艺是以低碳钢造币坯料为基体，在其上 依次进行电镀无氰碱铜层、硫酸铜层、无氰铜-锡合金层，具体步骤如下(1)碱性清洗将造币坯料放入碱性清洗液中进行清洗，在温度为60 65°C的碱性清洗液中进 行20 30分钟清洗，然后用55 60°C的去离子水进行第一次漂洗；
(2)阳极清洗将上述碱洗后的造币坯料放在阳极电解液中，进行5 10分钟的阳极电解清洗， 然后用55 60°C的去离子水进行第二次漂洗；(3)酸洗将上述阳极清洗后的造币坯料放在浓度为400 500mL/L的HCL溶液中，温度为 20 25°C，进行5 6分钟的酸活化，然后用常温的去离子水进行第三次漂洗；(4)电镀无氰碱铜层将上述活化后的造币坯料放入pH值为8 8. 5的无氰碱铜电镀液中，在20 25 °C 温度下电镀铜层，电流密度为1 1. 5A/dm3，电镀时间20 30分钟；(5)水洗
将电镀无氰碱铜层后的造币坯料放入去离子水中，用常温的去离子水进行第四次 漂洗；(6)电镀硫酸铜层将上述去离子水漂洗后的造币坯料放入硫酸铜电镀液中，在20 25°C温度下电 镀铜层，电流密度为0. 7 1. 5A/dm3，电镀时间200 230分钟；(7)水洗将经过电镀硫酸铜层后的造币坯料放入去离子水中，用常温的去离子水进行第五 次漂洗；(8)活化将上述水清洗后的造币坯料放在活化液中，进行15 20分钟活化，然后用常温的 去离子水进行第六次漂洗；(9)电镀无氰铜-锡合金层将经过第六次去离子水漂洗后的造币坯料放入PH值为8. 0 8. 5的无氰铜-锡 合金电镀液中，在20 25°C温度下电镀铜-锡合金层，电流密度为0. 7 1. 5A/dm3，电镀 时间100 120分钟；(10)水洗干燥将经过电镀无氰铜-锡合金层后的造币坯料放入去离子水中，用常温的去离子水 进行第七次漂洗，然后将造币坯料干燥；(11)高温热处理将上述干燥后的造币坯料放入高温热处理炉中，炉内通还原性保护气氛，在 550°C 650°C温度下进行热处理，热处理时间20 40分钟。本发明采用无氰电镀铜-锡合金技术，充分利用无氰合金电镀的先进性和优越 性，结合多层电镀的方式，通过基底铜镀层和表面铜-锡合金镀层之间的合理组合，解决目 前电镀届公认的无氰电镀合金镀层较薄的难点，采用无氰电镀铜-锡合金技术，可以节约 对剧毒氰化物的管理成本；大大改善施镀条件，有利于工作人员的身体健康和环境的保护。采用该工艺制作的造币坯饼，表层铜-锡合金层厚度不低于8微米，两层铜层厚度 和不低于12微米，镀层的结合力、耐蚀性能、耐磨性能、硬度等指标均满足造币应用要求。
附图1为本发明的工艺流程图
具体实施例方式一种多层无氰电镀铜-锡合金工艺，特点是采用无氰电镀铜-锡合金技术与多层 电镀技术相结合，其工艺是以低碳钢造币坯料为基体，在其上依次进行电镀无氰碱铜层、硫 酸铜层、无氰铜-锡合金层，具体步骤如下(1)碱性清洗将造币坯料放入碱性清洗液中，碱性清洗液采用市售清洗剂RK-1100用去离子水 以60 70g/L的浓度配制，温度为60 65°C，进行20 30分钟清洗，然后用55 60°C 的去离子水进行第一次漂洗；
(2)阳极清洗将碱洗后的造币坯料放在阳极电解液中，阳极清洗液采用市售清洗剂RK-1100用 去离子水以60 70g/L的浓度配制，温度为50 55°C，电流密度1 2A/dm2，进行5 10 分钟的阳极电解清洗，然后用55 60°C的去离子水进行第二次漂洗；(3)酸洗将上述阳极清洗后的造币坯料放在浓度为400 500mL/L的HCL溶液中，温度 20 25°C，进行5 6分钟的酸洗，然后用常温的去离子水进行第三次漂洗；(4)电镀无氰碱铜层将酸洗后的造币坯料放入pH值为8 8. 5的无氰碱铜电镀液中，在20 25°C温 度下电镀铜层，电流密度为1 1. 5A/dm3，电镀时间20 30分钟；(5)水洗将上述电镀无氰碱铜层后的造币坯料放入去离子水中，用常温的去离子水进行第 四次漂洗；(6)电镀硫酸铜层将第四次去离子水漂洗后的造币坯料放入硫酸铜电镀液中，在20 25°C温度下 电镀铜层，电流密度为0. 7 1. 5A/dm3，电镀时间200 230分钟；(7)水洗将上述电镀硫酸铜层后的造币坯料放入去离子水中，用常温的去离子水进行第五 次漂洗；(8)活化将水洗后的造币坯料放在活化液中，活化液为市售的的活化剂RK-2000用去离子 水以70 80g/L的浓度配制，其温度为20 25°C，进行15 20分钟活化，然后用常温的 去离子水进行第六次漂洗；(9)电镀无氰铜-锡合金层将第六次去离子水漂洗后的造币坯料放入PH值为8. 0 8. 5的无氰铜-锡合金 电镀液中，在20 25 °C温度下电镀铜-锡合金层，电流密度为0. 7 1. 5A/dm3，电镀时间 100 120分钟；(10)水洗干燥将上述电镀无氰铜-锡合金层后的造币坯料放入去离子水中，用常温的去离子水 进行第七次漂洗，然后将造币坯料干燥；(11)高温热处理将上述干燥后造币坯料放入高温热处理炉中，炉内通还原性保护气氛，在550°C 650°C温度下进行热处理，热处理时间20 40分钟。上述无氰碱铜电镀液工艺组分如下
焦磷酸钾320 370g/L
焦磷酸铜15 25g/L
添加剂RK-30030 40mL/L
添加剂RK-1003 8mL/L
上述硫酸铜电镀液工艺组分如下
硫酸铜浓度为98%的浓硫酸浓度为35%的浓盐酸上述无氰铜-锡合金E焦磷酸钾焦磷酸亚锡焦磷酸铜添加剂RK-300添加剂RK-100添加剂RK-700
隱合金电镀液工艺组分如下
硫酸 80 98mL/L
酸 0. 10 0. 15mL/L
320 370g/L 2 !3g/L 15 20g/L 30 40mL/L 0. 5 1. OmL/L 0. 01 0. 05g/L
75 90g/L该工艺流程顺畅，镀液性能稳定，易维护，添加剂和离子的补充方法简单易操作， 各成分的消耗量及补充方法如下(1)无氰碱铜电镀液补充方法理论消耗量浓缩补充液:4.2mL/A · h，RKlOO :0. 6mL/A · h ；补充方法按消耗量每两小时补充一次，同时要对镀液中各种离子浓度进行测试， 如因镀液带出等原因导致镀液中各成分浓度偏离正常范围，需及时补充调整。(2)无氰铜-锡合金电镀液补充方法浓缩补充液配制焦磷酸钾 600g/L焦磷酸亚锡 120g/L添加剂 RK300 20mL/LPH8. 1理论消耗量浓缩补充液:4.2mL/A · h，RK100 :0. 6mL/A · h ；补充方法按消耗量每两小时补充一次，同时要对镀液中各种离子浓度进行测试， 如因镀液带出等原因导致镀液中各成分浓度偏离正常范围，需及时补充调整。本专利申请中所用的清洗剂RK-1100、活化剂RK-2000、添加剂RK-100、添加剂 RK-300、添加剂RK-700均为市场上可采购到的成熟产品，本企业由日正井(上海)国际贸 易有限公司采购。实施例以低碳钢造币坯料为基体，在其上依次电镀无氰碱铜层、酸铜层、无氰铜-锡合金 层，具体步骤如下(1)碱性清洗将造币坯料放入碱性清洗液中，清洗液为60g/L的碱性清洗剂RK-1100，温度为 65°C进行20分钟清洗，然后用60°C的去离子水漂洗；(2)阳极清洗将上述碱洗后的造币坯料放在阳极电解液中，电解液为80g/L的阳极清洗剂
浓缩补充液配制焦磷酸钾
600g/L 100g/L 25mL/L 8. 1
焦磷酸铜 添加剂RK300 PH
7RK-1100，温度55°C，电流密度lA/dm2，进行10分钟的阳极电解清洗，然后用60°C的去离子 水漂洗；(3)酸洗将上述阳极清洗后的造币坯料放在浓度为500mL/L的HCL溶液中，温度22°C，进行 5分钟的酸活化，然后用常温的去离子水漂洗；(4)电镀无氰碱铜层将上述活化后的造币坯料放入pH值为8. 2的无氰碱铜电镀液中，在22°C温度下 电镀铜层，电流密度为1. 5A/dm3，电镀时间20分钟。无氰碱铜镀液由以下组分构成焦磷酸 钾，350g/L ；焦磷酸铜，25g/L ；添加剂 RK-300，35mL/L ；添加剂 RK-100，5mL/L ；(5)水洗将上述电镀无氰碱铜层后的造币坯料放入去离子水中，用常温的去离子水漂洗干 净。(6)电镀硫酸铜层将上述去离子水漂洗后的造币坯料放入硫铜电镀液中，在22°C温度下电镀铜层， 电流密度为1. OA/dm3,电镀时间200分钟。硫酸铜电镀液由以下组分构成硫酸铜，80g/L ； 98% 浓硫酸，80mL/L ；浓盐酸，0. 15mL/L ；(7)水洗将上述电镀硫酸铜层后的造币坯料放入去离子水中，用常温的去离子水漂洗干 净；(8)活化将上述水清洗后的造币坯料放在活化液中，活化液为市售的活化剂RK-2000，以 80g/L的活化剂配制，温度为22°C，进行15分钟活化，然后用常温的去离子水漂洗；(9)电镀无氰铜-锡合金层将上述去离子水漂洗后的造币坯料放入PH值为8. 1的无氰铜-锡合金电镀液 中，在22°C温度下电镀铜-锡合金层，电流密度为1.5A/dm3，电镀时间120分钟。其中的 焦磷酸钾，350g/L ；焦磷酸亚锡，2. 5g/L ；焦磷酸铜，18g/L ；添加剂RK-300，35mL/L ；添加剂 RK-100,1. OmL/L ；添加剂 RK_700，0. Olg/L。(10)水洗干燥将上述电镀无氰铜-锡合金层后的造币坯料放入去离子水中，用常温的去离子水 进行第七次漂洗，然后将造币坯料干燥；(11)高温热处理将上述干燥后的造币坯料放入高温热处理炉中，炉内通还原性保护气氛，在550°C 温度下进行热处理，热处理时间30分钟。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形 式的工艺方案，均落在本发明要求的保护范围内。
权利要求
1.一种无氰电镀铜-锡合金层为表层的用于造币的多层电镀工艺，所述的工艺是以低 碳钢造币坯料为基体，在其上依次进行电镀无氰碱铜层、硫酸铜层、无氰铜-锡合金层，具 体步骤如下(1)碱性清洗将造币坯料放入碱性清洗液中，进行20 30分钟清洗，然后用55 60°C的去离子水 进行第一次漂洗；(2)阳极清洗将上述碱洗后的造币坯料放在阳极电解液中，进行5 10分钟的阳极电解清洗，然后 用55 60°C的去离子水进行第二次漂洗；(3)酸洗将上述阳极清洗后的造币坯料放在浓度为400 500mL/L的HCL溶液中，温度20 25°C，进行5 6分钟的酸活化，然后用55 60°C的去离子水进行第三次漂洗；(4)电镀无氰碱铜层将上述酸活化后的造币坯料放入pH值为8 8. 5的无氰碱铜电镀液中，在20 25 °C 温度下电镀铜层，电流密度为1 1. 5A/dm3，电镀时间20 30分钟；(5)水洗将上述电镀无氰碱铜层后的造币坯料放入去离子水中，用常温的去离子水进行第四次 漂洗；(6)电镀硫酸铜层将第四次去离子水漂洗后的造币坯料放入硫酸铜电镀液中，在20 25°C温度下电镀 铜层，电流密度为0. 7 1. 5A/dm3，电镀时间200 230分钟；(7)水洗将上述电镀硫酸铜层后的造币坯料放入去离子水中，用常温的去离子水进行第五次漂洗；(8)活化将上述水清洗后的造币坯料放在活化液中，进行15 20分钟活化，然后用常温的去离 子水进行第六次漂洗；(9)电镀无氰铜-锡合金层将第六次去离子水漂洗后的造币坯料放入PH值为8. 0 8. 5的无氰铜-锡合金电镀 液中，在20 25°C温度下电镀铜-锡合金层，电流密度为0. 7 1. 5A/dm3，电镀时间100 120分钟；(10)水洗干燥将上述电镀无氰铜-锡合金层后的造币坯料放入去离子水中，用常温的去离子水进行 第七次漂洗，然后将造币坯料干燥；(11)高温热处理将上述电镀无氰铜-锡合金层后的造币坯料放入高温热处理炉中，炉内通还原性保护 气氛，在550°C 650°C温度下进行热处理，热处理时间20 40分钟。
2.据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述电镀无氰碱铜层步骤中无氰碱铜电镀液 按如下组分配制焦磷酸钾 焦磷酸铜 添加剂 RK-300 30 40mL/L 添加剂RK-100 3 8mL/L
3.据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述电镀硫酸铜层步骤中硫酸铜电镀液按如
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述电镀无氰铜-锡合金层步骤中无氰铜 锡合金电镀液按如下组分配制添加剂 RK-300 30 40mL/L 添加剂 RK-100 0. 5 1. OmL/L 添加剂 RK-700 0. 01 0. 05g/L
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的碱性清洗步骤中碱性清洗液采用市 售碱性清洗剂RK-1100，用去离子水以60 70g/L的浓度配制，碱性清洗液的温度为60 65 "C。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的阳极清洗步骤中阳极电解液采用市 售清洗剂RK-1100，用去离子水以60 70g/L的浓度配制，电解液温度为50 55°C，电解 液中的电流密度1 2A/dm2。
7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的活化步骤中的活化液为市售的的活 化剂RK-2000，用去离子水以70 80g/L的浓度配制，活化液的温度为20 25V。下组分配制硫酸铜 98%浓硫酸 35%浓盐酸 焦磷酸钾320 370g/L焦磷酸业锡 2 3g/L 焦磷酸铜15 20g/L
全文摘要
本发明公开了一种多层无氰电镀铜-锡合金工艺，其特征为，采用无氰电镀铜锡合金技术与多层电镀技术结合，用于电镀造币包覆材料的生产工艺，其工艺流程包括碱性清洗、阳极清洗、酸洗、电镀无氰碱铜层、水洗、电镀硫酸铜层、水洗、活化、电镀无氰铜-锡合金层、高温热处理。本发明通过基底铜镀层和表面铜-锡合金镀层之间的合理组合，解决目前电镀届公认的无氰电镀合金镀层较薄的难点，采用无氰电镀铜-锡合金技术，该工艺所有镀种均为无氰环保型，可降低了对剧毒氰化物的管理成本，改善施镀环境，减小废水对环境影响的压力，有利于工作人员的身体健康和环境的保护。
文档编号C25D5/10GK102108533SQ20091020095
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者张勃, 徐伟, 李玉伟, 王卓新 申请人:上海造币有限公司, 中国印钞造币总公司