铜包铝镁双金属导线生产工艺的制作方法

文档序号:6837073阅读:334来源:国知局
专利名称:铜包铝镁双金属导线生产工艺的制作方法
技术领域
本发明涉及金属导线加工技术领域,尤其是涉及一种铜包铝镁双金属导线生产工艺。
背景技术
电线电缆行业的发展,离不开铜、铝等导电材料。铜具有良好的电气性能,是传统的导电材料,电线电缆用铜量约占全国铜消费量的60 70%,但铜资源的匮乏和市场价格的不断提高,促使电缆行业积极寻求代用材料。铜包铝镁双金属导线是一种在铝镁合金芯线上同心包覆一层一定厚度纯铜的双金属导线。在保证使用性能的前提下,既具有铜的优良导电性能,又具有铝的质轻、柔软等特点,是替代纯铜线作为导体的最佳材料。铜包铝线的优点主要表现为①导电性能好,其直流电阻率为纯铜线的1.5倍,阻值相同时,铜包铝线重量约为纯铜线的1/2。根据“趋肤效应”计算,在5MHZ以上高频时,电阻率与纯铜线相同。②良好的焊接性,由于铜包铝线表面同心包覆了一层纯铜,因此具有跟纯铜线一样的可焊性。③质量轻,其比重仅为纯铜线的30% 32%,在线径、质量相等的情况下,其长度是纯铜线的2. 5倍,由此大大降低了生产成本。④由于重量轻,弧垂度小,更适合于物理发泡高频电缆生产工艺,保证同心度。⑤弯曲性能比纯铜线好,可以减少因弯曲半径小而引起的阻抗变化。⑥可以克服用铝管作外导体、纯铜线作内导体的电缆在温度变化太大情况下,由于两者线胀系数不同引起的电缆芯线“抽芯”与接插件“脱接”的现象。电镀法是传统的双金属复合线材生产工艺,由于铝镁合金丝表面极易形成氧化膜,镀铜层质量差,结合力不牢,无法满足电线电缆行业的需求,一直无法形成产业化。近年来,随着铜材价格大幅上涨,国际上正在加紧研究更加节约铜资源的方法。本世纪初,德国开发出酸盐电镀铜法新工艺,在铝镁合金丝上连续镀铜,然后经拉拨工艺得到所需线径的铜包铝导线。这种工艺解决了通常镀铜工艺存在的镀层附着力低、不够致密、厚度不均勻等不足,铜材消耗量可比机械包覆法下降20%,能耗下降25%,电气性能更为优异。这项技术目前已经基本过关,正在开始工业化生产。但德国的酸盐镀铜法新工艺采用的是全自动机电一体化生产流水线,其技术装备非常昂贵,一条生产线售价高达150多万欧元,生产成本也较高。传统电镀法制造铜包铝镁双金属线技术中存在较明显的不足之处,有的表现在生产环境方面,如铝镁合金杆除垢前处理工艺中产生了较多的氮氧化物红烟、沉锌后镀层打底工艺中采用了氰化预镀铜方法而产生了严重的氰污染。有的表现在产品内在质量指标上,如铝基底上出现的铜镀层断层现象、阴极析氢副反应造成的成品双金属丝氢脆断裂现象。有的还表现在生产运行效率上,如电解槽中铝镁合金杆的布置数量、连续电镀中铝镁合金杆的走速设置等。总体看,目前常规电镀工艺中主要有如下方面技术问题2、铜、铝界面结构难以控制;1、氰化物预镀铜等工艺带来的环境危害;3、产品氢脆问题;4、处理介质中杂质金属离子的脱除及处理后镀液的循环套用问题。

发明内容
本发明的目的是针对上述问题,提供一种易于实施,环境污染少,产品品质高的铜包铝镁双金属导线生产工艺。为达到上述目的,本发明采用了下列技术方案本铜包铝镁双金属导线生产工艺, 其特征在于,本工艺包括下述步骤A、表面预处理将铝镁合金材料进行除油除垢处理,从而去除铝镁合金材料表面氧化膜;B、沉锌预处理将去除表面氧化膜的铝镁合金材料进行沉锌处理,使铝镁合金材料表面形成一层致密而均勻的锌基多金属过渡层;C、无氰预镀镍在表面具有锌基多金属过渡层的铝镁合金材料表面通过无氰镀镍方式电镀一层镍层;D、酸盐镀铜将镀有镍层的铝镁合金材料进行酸盐镀铜,从而在表面形成致密的无氧铜层;E、后处理将镀有铜层的铝镁合金材料进行后处理,从而制得铜包铝镁双金属导线。在上述的铜包铝镁双金属导线生产工艺中,在上述的步骤A中,先采用除油剂对铝镁合金材料表面除油,然后用酸蚀除垢处理液去除铝镁合金材料表面氧化膜。在上述的铜包铝镁双金属导线生产工艺中,在上述的步骤A中,所述的酸蚀除垢处理液包括下述组分浓度为68%的HNO3溶液500-600ml/L ;H3PO4 :300-350ml/L ;无机铵盐10-15g/L ;有机含胺基化合物15-25g/L ;表面活性剂5_10g/L ;余量为水。在上述的铜包铝镁双金属导线生产工艺中,在上述的步骤B中,采用锌基多元合金沉积液进行至少一次沉锌预处理,所述的锌基多元合金沉积液包括下述组分氢氧化钠 100-150g/L ;氧化锌:10-30g/L ;酒石酸钾钠:8_10g/L ;镍盐:10_50g/L ;钴盐:8_20g/L ;锡盐5-15g/L ;氯化铁2-3g/L ;表面活性剂l_5g/L ;余量为水。在上述的铜包铝镁双金属导线生产工艺中,在上述的步骤D中,在镀液中加入析氢过电位高的烷基酚聚氧乙烯醚类析氢抑制剂。在上述的铜包铝镁双金属导线生产工艺中,在上述的步骤D中,在电镀时采用脉冲调制电源进行电镀,即在某一时间段内电极将进行较高电流密度下的阴极电沉积,一段时间后,电极将进入反向的阳极溶解阶段。在上述的铜包铝镁双金属导线生产工艺中,在上述的步骤E中,后处理包括表面钝化、烘干、收卷和拉丝。与现有的技术相比,本铜包铝镁双金属导线生产工艺的优点在于1、通过锌基多元合金沉积液处理后所得表面层中微观结构完整性,在高化学活性的铝镁合金基体上获得了均勻致密、导电优良的锌基多元合金过渡层,良好地调整了铝镁合金的表面活性,保证了后续电镀过程的运行质量和拉拨处理过程的稳定性。2、在镀液中加入析氢过电位高的烷基酚聚氧乙烯醚类析氢抑制剂,大幅度减少了铜离子阴极电沉积过程中的析氢副反应,显著降低了铜包铝电镀中间产品发生氢脆的程度,解决了电镀中间产品在后续拉丝过程中的断丝现象,提高了最终产品的成品率。3、选用脉冲调制电源电镀,改善了电结晶铜的微观结构,提高了铜镀层的密实度,抑制了析氢副反应。4、无氟离子的酸蚀除垢处理液,在配方中加入表面活性剂和含氨基有机氮氧化物抑制剂,使铝镁合金表面在酸蚀、除垢过程中既能有效除去表面氧化膜,又能有效抑制基体的过度腐蚀,与传统工艺相比氮氧化物污染物量减少了 90%以上,大大地改善了生产操作环境。
具体实施例方式本铜包铝镁双金属导线生产工艺包括下述步骤A、表面预处理将铝镁合金材料进行除油除垢处理,从而去除铝镁合金材料表面氧化膜。先采用除油剂对铝镁合金材料表面除油,然后用酸蚀除垢处理液去除铝镁合金材料表面氧化膜。酸蚀除垢处理液包括下述组分浓度为68%的HNO3溶液500-600ml/ L ;H3PO4 :300-350ml/L ;无机铵盐10_15g/L ;有机含胺基化合物15_25g/L ;表面活性剂 5-10g/L;余量为水。B、沉锌预处理将去除表面氧化膜的铝镁合金材料进行沉锌处理,使铝镁合金材料表面形成一层致密而均勻的锌基多金属过渡层。采用锌基多元合金沉积液进行至少一次沉锌预处理,所述的锌基多元合金沉积液包括下述组分氢氧化钠100-150g/L ;氧化锌 10-30g/L ;酒石酸钾钠:8-10g/L ;镍盐:10-50g/L ;钴盐:8_20g/L ;锡盐5_15g/L ;氯化铁 2-3g/L ;表面活性剂l_5g/L ;余量为水。C、无氰预镀镍在表面具有锌基多金属过渡层的铝镁合金材料表面通过无氰镀镍方式电镀一层镍层。D、酸盐镀铜将镀有镍层的铝镁合金材料进行酸盐镀铜,从而在表面形成致密的无氧铜层。在镀液中加入析氢过电位高的烷基酚聚氧乙烯醚类析氢抑制剂。在电镀时采用脉冲调制电源进行电镀,即在某一时间段内电极将进行较高电流密度下的阴极电沉积,一段时间后,电极将进入反向的阳极溶解阶段。E、后处理将镀有铜层的铝镁合金材料进行后处理,从而制得铜包铝镁双金属导线。后处理包括表面钝化、烘干、收卷和拉丝。步骤A中,酸蚀除垢处理液中不含高浓度氟离子,加入合适的表面活性剂,促进了酸蚀过程。此外,包含了有机含胺基化合物可以大幅度减少氮氧化物的释放。与传统工艺相比氮氧化物污染物量减少了 90 %以上,大大地改善了生产操作环境。步骤B中,锌基多元合金沉积液可以在铝镁合金材料表面形成锌基镍、钴、锡、铁多元合金层。沉锌处理后所得表面层中微观结构完整性,在高化学活性的铝镁合金基体上获得了均勻致密、导电优良的锌基多元合金过渡层,良好地调整了铝镁合金的表面活性,保证了后续电镀过程的运行质量和拉拨处理过程的稳定性。通过化学置换在铝镁合金材料表面沉积多元锌基合金,大大改善了铝镁合金材料上置换形成的锌基合金层的微观结构完整性,同时也细化了析出锌合金晶粒的尺寸,提高浸锌合金层与铝镁合金基体间的结合力。这对后续工序中在高化学活泼性的铝、镁表面形成结合紧密镀铜层非常重要。此外,加入适量表面活性剂可以明显改善处理液的稳定性。这里的表面活性剂是指具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,并能使表面张力显著下降的物质。表面活性剂的分子结构具有两亲性一端为亲水基团,另一端为憎水基团;亲水基团常为极性的基团,如羧酸、磺酸、 硫酸、氨基或胺基及其盐,也可是羟基、酰胺基、醚键等;而憎水基团常为非极性烃链,如8 个碳原子以上烃链。表面活性剂分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂等。
步骤C中,为进一步提高锌基多元合金层和镀铜层的结合强度,在锌基多元合金层上预镀镍层,保证新析出电镀层与原有化学置换沉积的锌基多元合金层与之间的良好结合,发挥了锌基多元合金层中镍、钴成份的作用,显著改善了镀层的机械力学和电学性能。步骤D中,传统酸盐电镀铜过程中,为提高生产效率采用了较高的电流密度,一般为500A/m2或更高。在此情况下,当电解液中反应物料铜离子的液相传质供应不足时,析氢副反应必然加剧,从而导致电镀铜包铝产品中渗氢量增加,并进一步引发氢脆问题,即在后续拉丝过程中发生断丝现象,严重影响产品的质量和成品率,有时甚至根本无法生产。氢脆问题对电镀法铜包铝线生产厂家来说是至关重要和必须解决的质量问题。本发明采用的方法是从酸盐电镀过程中阴极反应动力学分析的源头上着手解决。根据电化学反应原理,解决氢脆问题的根源在于抑制阴极电化学反应过程中的析氢副反应。本发明采用线性电位扫描和电化学交流阻抗研究成果,测试了 20多个添加剂对铜离盐阴极电沉积过程中析氢副反应的抑制效果,从中筛选出了具有优良抑制作用的烷基酚聚氧乙烯醚类添加剂。通过在镀液中加入一定量的烷基酚聚氧乙烯醚类添加剂,成功于抑制了铜阴极电沉积过程中的析氢副反应,较好地解决了电镀铜包铝产品中的渗氢量,从而了解决氢脆问题。目前国内电镀铜包铝产品生产中采用的传统电流方式是普通直流电源,本申请人在较长时间的采用普通直流电源电镀试验的基础上,发现传统直流电流方式易受反应物料的传质影响而产生浓差极化效应,进而影响镀层的表面质量,如产生镀层晶粒粗大、疏松多孔、不够均勻致密等。为解决此技术难题,本申请人发现采用调制电源脉冲电镀技术,能够提高铜镀层的密实度。从电镀基本理论可知,影响镀层致密性的工艺因素主要包括(1)镀液成份;(2)阴极电流密度;(3)电解液中反应物料的浓度和液相传质状况;(4)电流方式。 在电化学工程中,电流密度标志着电化学反应的速率。在电镀法制造铜包铝产品生产中,为提高生产效率一般采用较高的电流密度,但电流密度的提高,必须需要反应物料的良好的液相传质来保证。若提高电流密度的同时液相传质得不到保证,将导致电沉积晶粒粗化,镀层不够致密,且镀层与基体之间结合力变差,更为危险的将大大加剧析氢反应的发生,进而产生电镀产品的氢脆。为顺利解决既能保证生产效率,又能提高镀层质量,本申请人创新性地提出了以调制脉冲电源的电镀技术。调制脉冲电源是一种周期性调整电流的极性、幅值的特种电流,其参数包括脉宽、占空比。脉冲调制电源的概念已经在铜电解精炼和蓄电池快速充电技术中被采用,但在铜包铝电镀法生产中尚未采用。从理论上分析,采用脉冲调制电源技术,在某一时间段内电极将进行较高电流密度下的阴极电沉积,但过一段时间后,电极将进入反向的阳极溶解阶段,经过此阶段的反向溶解,既可以使正半周电沉积析出不良的晶粒发生重新溶解,而且还可以缓解电极表面液层中铜离子的浓度,消除浓差极化效应。而且,通过此技术,可以消除析氢副反应。通过本发明加工而成的铜包铝镁双金属导线的技术与性能指标如下
权利要求
1.一种铜包铝镁双金属导线生产工艺,其特征在于,本工艺包括下述步骤A、表面预处理将铝镁合金材料进行除油除垢处理,从而去除铝镁合金材料表面氧化膜;B、沉锌预处理将去除表面氧化膜的铝镁合金材料进行沉锌处理,使铝镁合金材料表面形成一层致密而均勻的锌基多金属过渡层;C、无氰预镀镍在表面具有锌基多金属过渡层的铝镁合金材料表面通过无氰镀镍方式电镀一层镍层;D、酸盐镀铜将镀有镍层的铝镁合金材料进行酸盐镀铜,从而在表面形成致密的无氧铜层;E、后处理将镀有铜层的铝镁合金材料进行后处理,从而制得铜包铝镁双金属导线。
2.根据权利要求1所述的铜包铝镁双金属导线生产工艺,其特征在于,在上述的步骤 A中,先采用除油剂对铝镁合金材料表面除油,然后用酸蚀除垢处理液去除铝镁合金材料表面氧化膜。
3.根据权利要求2所述的铜包铝镁双金属导线生产工艺,其特征在于,在上述的步骤 A中,所述的酸蚀除垢处理液包括下述组分浓度为68%的HNO3溶液500-600ml/L ;H3PO4 300-350ml/L ;无机铵盐10_15g/L ;有机含胺基化合物15_25g/L ;表面活性剂5_10g/L ; 余量为水。
4.根据权利要求1所述的铜包铝镁双金属导线生产工艺,其特征在于,在上述的步骤B中,采用锌基多元合金沉积液进行至少一次沉锌预处理,所述的锌基多元合金沉积液包括下述组分氢氧化钠:100-150g/L ;氧化锌:10-30g/L ;酒石酸钾钠8_10g/L ;镍盐 10-50g/L ;钴盐:8-20g/L ;锡盐5_15g/L ;氯化铁2_3g/L ;表面活性剂l_5g/L ;余量为水。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的铜包铝镁双金属导线生产工艺,其特征在于,在上述的步骤D中,在镀液中加入析氢过电位高的烷基酚聚氧乙烯醚类析氢抑制剂。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的铜包铝镁双金属导线生产工艺,其特征在于,在上述的步骤D中,在电镀时采用脉冲调制电源进行电镀,即在某一时间段内电极将进行较高电流密度下的阴极电沉积,一段时间后,电极将进入反向的阳极溶解阶段。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的铜包铝镁双金属导线生产工艺,其特征在于,在上述的步骤E中,后处理包括表面钝化、烘干、收卷和拉丝。
全文摘要
本发明涉及金属导线加工技术领域,尤其是涉及一种铜包铝镁双金属导线生产工艺。它解决了现有技术不够合理等技术问题。本工艺包括下述步骤A、表面预处理;B、沉锌预处理;C、无氰预镀镍;D、酸盐镀铜;E、后处理。本铜包铝镁双金属导线生产工艺的优点在于1、良好地调整了铝镁合金的表面活性,保证了后续电镀过程的运行质量和拉拨处理过程的稳定性。2、解决了电镀中间产品在后续拉丝过程中的断丝现象,提高了最终产品的成品率。3、选用脉冲调制电源电镀,改善了电结晶铜的微观结构,提高了铜镀层的密实度,抑制了析氢副反应。
文档编号H01B13/00GK102324276SQ20111014948
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者张正良 申请人:杭州震达五金机械有限公司
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