銅及其合金以其優良的電性能和美麗的外觀而被廣泛應用于電子、機械、裝飾等方面。隨著仿金術的發展,銅及其合金會有更好的應用前景。但是銅及其合金制品長期暴露在大氣及潮濕環境中往往會被腐蝕而失去光澤,影響其使用價值。據報道:對于在低功率、低電壓條件下的銅及其合金電子設備,接觸面上生成100~150nm厚的腐蝕產物,便可產生10~100mV的電壓,這足以影響設備的正常工作。銅合金硬幣胚餅變色問題在世界造幣行業也普遍存在。在生產過程中,胚餅變色迅速,有的僅幾個小時就發生了明顯變色,不得不投入大量的人力、物力進行返洗處理,既造成生產效率的降低,也影響成品硬幣的表面質量。因此,銅及其合金在使用前都要進行表面處理?;瘜W拋光與鈍化作為金屬表面處理技術被廣泛應用于銅及其合金的抗氧化變色工藝中。通過化學拋光獲得的光亮表面提高了銅及其合金的裝飾效果和表面性能;鈍化則可以提高其耐蝕性,從而提高其使用價值。
目前國內外對銅及其合金表面抗氧化變色的處理工藝主要有:無機成膜鈍化技術和有機緩蝕技術。
無機鈍化成膜技術由于具有抗氧化變色效果好、成本低廉、工藝簡單等優點被廣泛應用于銅及其合金的表面抗氧化變色,近年來國內在無機鈍化成膜技術方面的研究也取得了較大的進展。該技術目前主要采用鉻酸等三酸鈍化,但是鈍化液的使用壽命不長,嚴重污染環境,而且六價鉻離子對人體有害,加之廢水排放問題日益受到嚴格限制,所以該技術的使用受到限制。
有機緩蝕技術中使用的緩蝕劑由于在銅及其合金表面有良好的吸附性,成膜效果較好且具有污染小等優點,有助于提高銅及其合金的防變色性能。20世紀90年代以前的銅緩蝕劑主要是有機化合物(硫脲、酸、胺、苯酸、苯胺)和衍生物及噻唑等雜環化合物,如現在比較常用的苯駢三氮唑BTA及其衍生物。近年來,國內外在開展銅及其合金緩蝕劑的研究方面都取得了一些進展。
20世紀50-60年代,緩蝕劑研究均是從提高緩蝕效率出發,沒有考慮環境污染問題;進入20世紀70年代以后,研究人員發現含磷的緩蝕劑易引起水源的富營養化,導致赤潮等現象發生。特別是隨著政府和民間環保意識日益加強,近年來“綠色化學”技術的應用已經成為環境保護和防止污染的重要方面,“綠色藥劑”的概念已經提出并成為21世紀水處理劑的發展方向。20世紀80-90年代以來,研究轉向葡萄酸鹽、鉬酸酸鹽、鋅鹽、鋁系金屬鹽以及植物提取類等對環境友好、無污染的磷的緩蝕劑。
環境友好緩蝕劑應具有以下特點:不僅要求其最終產品對環境無毒、無害,而且在緩蝕劑的合成、制備及使用過程中應盡量減少對環境的影響,并降低生產成本。研究發現:鉬酸鹽對銅及其合金有緩蝕作用,對環境污染很小,適應性強,是一種有發展前途的緩蝕劑。研究天然產物、合成新的有機物和緩蝕劑之間的復配成為研究和發展銅及其合金緩蝕劑的重要途徑。從天然植物中獲得的提取液由于含有一些性能優良的緩蝕成分,因而可能成為彌補無機和有機緩蝕劑缺陷的新途徑。因此,人們在從天然植物中提取高效、低毒、用量小、價廉的優質緩蝕劑方面做了大量工作。氨基酸作為無毒的環保型緩蝕劑能抑制銅及其合金的腐蝕,成為被受關注的綠色環保型緩蝕劑。
有機類緩蝕劑雖然可以低濃度使用,但是熱穩定性差,而且含磷量較高,一般用作復配劑;而鉬,鎢系緩蝕劑屬于環境友好型,與其他無機、有機鹽的復配效果非常好,最接近于工業應用。“綠色化學”已成為21世紀人們的追求目標,新型緩蝕劑的開發應圍繞這個主題來設計研究。無論從緩蝕效率來看還是從環境友好的角度來考慮,提取緩蝕劑都是最優的選擇,但是受實際研究水平所限,距大規模應用還很遙遠。盡管如此,環境友好型緩蝕劑將是人們面隊環境的最佳選擇。
責任編輯:張春穎
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