詹益騰 *，上官文龍，田志斌，陳維速，王凱

（1.廣州三孚新材料科技有限公司，廣東 廣州 510663；2.民生證券，廣東 深圳 518040）

無氰高密度堿性鍍銅技術于2012年入選國家發(fā)改委、環(huán)境保護部、科學技術部和工信部聯(lián)合頒布的《國家鼓勵的循環(huán)經濟技術、工藝、設備名錄(第一批)》(第13 號文)，表明這項新技術的意義和價值已獲得政府的高度認可。該工藝的研發(fā)和推廣應用的主要目的在于替代氰化預鍍銅，以減少氰化物使用及排放，促進電鍍行業(yè)的綠色發(fā)展。隨著研發(fā)、應用的推進，發(fā)現(xiàn)無氰高密度銅的應用前景遠不止于此?！半婂冃袠I(yè)無氰高密度銅關鍵技術及其產業(yè)化”是廣東省重大科技專項資助項目。根據其應用行業(yè)不同分為兩個子課題：在汽車鋁輪轂行業(yè)應用的SF-8639 無氰高密度銅和在五金衛(wèi)浴行業(yè)應用的SF-638 無氰堿銅。本文將介紹這兩項技術當前的應用狀況及廣闊前景。

1 應用現(xiàn)狀

1.1 汽車鋁輪轂領域

由于鋁輪轂形狀復雜，對電鍍工藝管控、藥水性能有非常高的要求，因此汽車鋁輪轂電鍍是高難度的電鍍加工工藝。鋁輪轂預鍍通常采用預鍍鎳工藝，鍍鎳時間為30～60 min。2007年起，SF-8639 無氰高密度銅開始替代預鍍啞鎳應用于汽車鋁輪轂行業(yè)，由此可減少鎳用量和鎳排放，根據國家2008年頒布的《電鍍污染物排放標準》，鎳屬于第一類污染物，以銅代鎳具有減排的意義。不僅如此，使用三孚SF-8639 無氰高密度銅替代預鍍鎳可降低制作成本。以一只受鍍面積為140～150 dm2的汽車鋁輪轂為例，參照2007年的鎳價和銅價計算，可降低成本53.18 元；按2012年的鎳價和銅價計算，可降低15.00～20.00 元。此外還可提高合格率10%以上，由此帶來的巨大經濟效益已被行業(yè)廣泛認可[1]。2007年至2011年，臺山市國際交通器材配件有限公司、湖州金泰科技股份有限公司、浙江泰龍鋁輪有限公司、江蘇龍溝電鍍有限公司以及浙江金飛凱達輪轂有限公司先后以三孚無氰高密度銅代替預鍍啞鎳，用于汽車鋁輪轂電鍍。

無氰高密度銅優(yōu)異的品質表現(xiàn)建立在產品性能基礎上。機械工業(yè)表面覆蓋層產品質量監(jiān)督檢測中心曾對SF-8639 無氰高密度銅鍍液及鍍層性能進行了對比測試，結果如表1[2]。

表1 SF-8639 無氰高密度銅與美國某公司無氰堿銅、傳統(tǒng)氰化預鍍銅、預鍍啞鎳的抽檢結果對比(J=1 A/dm2)Table 1 Comparison between test results of SF-8639 cyanidefree high-density copper plating process,an American company’s cyanide-free alkaline copper plating process,traditional cyanide copper pre-plating process,and matt-nickel pre-plating process at a current density of 1 A/dm2

1.2 五金行業(yè)

2009年起，SF-638 無氰堿銅取代氰化預鍍銅開始成功應用于五金行業(yè)。工件素材包括鋅合金件、鋼鐵件、黃銅件等[3]。實際案例見表2。

2 應用前景

2.1 衛(wèi)浴鋅合金壓鑄件

已證明SF-638 無氰堿銅可取代氰化預鍍銅+焦磷酸銅加厚鍍銅工藝應用于衛(wèi)浴鋅合金壓鑄件領域，以達到無氰化的“綠色電鍍”要求，亦可大幅減少廢水和廢銅排放量。在國內該領域推廣SF-638 無氰堿銅的最大難點是國內的鋅合金材質良莠不齊。另外，前處理效果也會對鍍件品質產生較大影響。通過與衛(wèi)浴廠家的緊密合作，經過近2年的中試測試，SF-638 無氰堿銅取代氰化預鍍銅+焦磷酸銅加厚鍍銅工藝獲得成功。結果表明，衛(wèi)浴鋅合金壓鑄件預鍍SF-638 無氰堿銅后再電鍍光亮酸銅、多層鎳、鉻層，所得到的產品各項指標完全達到衛(wèi)浴廠家的質量要求。根據衛(wèi)浴行業(yè)巨頭廈門路達工業(yè)有限公司已發(fā)布的《衛(wèi)浴鋅合金件環(huán)保鍍銅質量驗證報告》，壓鑄質量合格的鋅合金件可采用SF-638 無氰堿銅代替氰化預鍍銅和焦磷酸鹽鍍銅。

表2 SF-638 無氰堿銅在五金行業(yè)的應用案例Table 2 Application cases of SF-638 cyanide-free alkaline copper plating process in hardware industry

相關數據表明，SF-638 無氰堿銅的分散能力比氰化鍍銅好，因此更適合造型復雜的衛(wèi)浴鋅合金壓鑄件。與傳統(tǒng)工藝相比，SF-638 無氰堿銅工藝的流程更短，可減少設備、水電等的投資和耗用[4]。表3 從性能表現(xiàn)、穩(wěn)定性、維護難度、用水量等對二者進行了簡要對比。

表3 SF-638 無氰堿銅工藝與傳統(tǒng)工藝的簡要對比Table 3 Comparison between SF-638 cyanide-free alkaline copper plating process and traditional process

用SF-638 無氰堿銅取代電鍍鋅合金件的傳統(tǒng)氰化預鍍銅工藝和廢水處理比較困難的焦磷酸鹽鍍銅工藝，可同時達到節(jié)水和減排含銅廢水的目的。

2.2 電子和可穿戴設備

電子及可穿戴等領域的發(fā)展勢不可擋，發(fā)展空間巨大，其柔性化發(fā)展需大量的柔性印刷線路板(FPC)和具有導電功能的薄膜組件。前者以聚酰亞胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等為主要制作素材，后者以玻璃、有機高分子膜等為主要制作素材。

以FPC 為例，采用PI 為底材的FPC 基材的綜合性能較采用PET 為底材的FPC 基材更優(yōu)異，價格也高出很多。然而，以PET 為底材的FPC 基材的價格卻不低，原因是生產的核心技術掌握在少數廠家(如杜邦)手里。這顯然不利于產品普及和成本降低。而以PET為底材的FPC 基材的市場前景越來越大。于是，為降低材料成本，拓寬應用渠道，不少廠家開始研發(fā)以PET為底材的柔性印刷線路板基材。思路便是在PET 基材上真空濺鍍上一層薄薄的銅層，之后以酸銅電鍍加厚。

這個過程面臨兩個主要問題：一是受PET 材料特性影響，鍍層難以獲得穩(wěn)定可靠的結合力；二是酸銅會侵蝕濺鍍銅層。前者可通過材料改性或表面處理解決，取得突破只是時間問題；后者則可用SF-638 無氰堿銅打底+酸銅加厚或是直接采用SF-638 無氰堿銅打底及加厚的方式解決。配合真空濺鍍或化學鍍銅，用SF-638 無氰堿銅電鍍打底銅層或是加厚銅層，拓展其在電子和可穿戴設備領域的應用參考制作流程如圖1。

圖1 PET 素材制作FPC 的簡要流程Figure 1 Brief pocess flow for making FPC using PET

SF-638 無氰堿銅不含光亮劑成分，鍍液低泡且穩(wěn)定性強，鍍層自身應力低、具有優(yōu)異的延展性能，可滿足FPC 對彎折性能的需求。另外，其鍍液屬弱堿性，不會侵蝕真空濺鍍銅層或化學銅層，且外觀偏啞色，與現(xiàn)用基材銅層外觀接近，易被廠家接受。

基于SF-638 無氰堿銅的特性，需求低應力鍍層的軍工或特殊領域需求的FPC 和硬質印刷線路板可選其搭配化學銅工藝取代酸銅電鍍，進行全板電鍍。參考流程如圖2。

圖2 普通多層板(MLB)搭配SF-638無氰堿銅制作的簡要流程Figure 2 Brief process flow for making common MLB(multilayer board)using cyanide-free alkaline copper plating process

目前，SF-638 無氰堿銅應用于FPC 領域只是個案，卻折射出其在電子和可穿戴產品領域的廣闊應用前景。

3 小結

無氰高密度堿性鍍銅工藝是對國家推廣清潔生產、發(fā)展循環(huán)經濟政策的響應，它的成功應用和推廣對行業(yè)極有意義。實踐表明，SF-8639 無氰高密度銅和SF-638 無氰堿銅鍍液可長期保持穩(wěn)定，鍍層具有優(yōu)異的性能表現(xiàn)，可取代氰化鍍銅工藝和氰化鍍銅+焦磷酸銅加厚鍍銅工藝，不僅可應用于五金、鋁輪轂、衛(wèi)浴鋅合金等領域，而且在電子、家電、汽車、可穿戴設備等制造領域具有廣闊的應用前景。

[1]詹益騰.替代氰化電鍍的高密度銅電鍍[J].材料保護,2012,45 (增刊):31-34.

[2]詹益騰,田志斌,謝麗虹,等.無氰高密度鍍銅工藝及其在汽車輪轂中的應用[J].材料保護,2009,42 (12):41-43.

[3]詹益騰,田志斌,謝麗虹,等.無氰堿性鍍銅工藝研究及其應用[J].電鍍與涂飾,2010,29 (5):13-16,22.

[4]詹益騰.電鍍減排必須從源頭做起──談綠色電鍍[J].電鍍與涂飾,2014,33 (7):306-309.