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铝基电连接体(铝排、汇流排、导电接头)表面

费敬银,辛文利,王卫康
西北工业大学理学院应用化学系 (710072)

摘要
采用FJY系列铝材表面电刷镀中性光亮锡技术,可在铝基电连接体搭接面上快速电刷镀光亮锡镀层。实际应用、比较结果表明,该技术的各项性能指标均高于国内外同类产品,解决了当前铝材表面电刷镀锡技术中存在的污染、有毒、腐蚀、施工不便等一系列问题。
关键词: 刷镀锡,导电排,母排,汇流排,刷镀,环保,电力传输
 
1. 前言
铝是一种重量轻(比重:2.7)、质地柔软、塑性良好、导电能力强(20℃时,铝的电导率为3.53×lO7Sm-1)、价格低廉的常用金属材料。由于铝的电导率与铜相近(20℃时,铜的电导率为5.71×lO7Sm-1),约为铜电导率的62%,且在大气环境中,铝具有良好的化学稳定性。因此,在电力、电工、电器、电子工业领域,常将其用作电线、电缆、汇流排、电气接头等高、中、低压电器的电连接材料。作为一般的民用电工材料,用纯铝代紫铜,可使导体重量减轻一倍,原材料成本降低5倍以上。因此,越来越多的纯铝材料被用作代铜导电材料。
但是,在大气环境中,铝材表面很容易生成导电不良的氧化膜,使铝基电连接体(如汇流排、接头等)的搭接部位之间有较高的接触电阻,在大电流电力传输过程中,接触电阻产生的电阻热会进一步加剧铝材表面的化学氧化,严重时,会造成搭接头的烧塌或出现电蚀坑,降低了电力传输的可靠性。为了降低铝基电连接体搭接面的接触电阻,人们常用表面镀银或镀锡的办法以改善铝材搭接面的导电性。
虽然镀银层本身具有极好的导电性(20℃时,银电导率为6.06×lO7Sm-1)),但是在工业大气、特别是在潮湿的大气环境中,镀银层的表面也很容易生成氧化物或硫化物膜(俗称“银变色”),从而使镀银部位的接触电阻增加。尽管有人采取各种各样的防止或减缓银层变色的镀后处理方法,但是,到目前为止,还没有找到一种既能防止银层变色,又不降低银层表面导电性的有效方法。除此之外,在铝材表面镀银,还存在氰化物镀液剧毒和氮氧化物气体(俗称“黄烟”)污染等严重的环保问题。因此,人们更愿意选用安全、环保的表面导电改进处理工艺(如镀铜、镀镍、镀锡,以及铜-铝复合等工艺)。一般认为,镀锡是综合性能最佳的表面导电处理技术。
锡是一种无毒、可焊、导电性、延展性极好的银白色金属。在空气中,锡不易变色。即使锡被氧化,锡氧化后的产物(SnO2)也是一种无色透明、并具有一定导电性的氧化物导体(常将其用作光催化电极材料)。因此,在电力、电器、电子工业领域,正逐步使用镀锡代替传统的氰化镀银技术。
对于只需要在搭接部位局部镀锡的汇流排、电连接体等,采用局部刷镀锡代替整体电镀锡已成为一种新型的母排镀锡方式。
FJY系列电刷镀无污染中性光亮锡技术,是一种高效、快速、成本低廉、施工方便的局部镀锡方法,不仅可以用于铜材的表面镀锡,也可用于铝材的无污染镀锡。越来越多的电力、电器、电子企业开始使用该技术代替传统的酸性镀锡技术。
 
2. 铝材电刷镀锡
目前,国内外采用的铝材刷镀锡通用工艺为:电净→水洗→腐蚀(稀盐酸)→水洗→出光(浓硝酸)→水洗→浸锌(强碱性)→水洗→再次出光(浓硝酸)→水洗→二次浸锌(强碱性)→水洗→刷镀铜(碱铜、或氰化物镀铜)→水洗→刷镀锡(强酸性)→水洗→镀后处理(中和等)。
该通用工艺存在以下主要问题:
1) 腐蚀、出光步骤用到强酸性物质。用硝酸出光时,还会产生有害的氮氧化物气体(俗称“黄烟”)。
2) 浸锌液中含有强碱性物质。强碱会严重腐蚀铝材的非镀部位、或螺纹连接孔。必须经过必要的遮蔽保护,才能刷镀施工,增加了生产成本,降低了生产效率。
3) 刷镀铜溶液会和铝基体产生置换反应,产生浮铜层,污染非镀面。为了减轻或避免发生置换反应,必须用到有氰镀铜液,带来剧毒物质,污染了环境。
4) 强酸性的镀锡液中含有大量硫酸。硫酸既腐蚀基体、也腐蚀已经镀好的镀锡层,给汇流排的双面镀锡带来了困难。
5) 工艺步骤繁多,生产效率低下。
 
3. FJY无污染电刷镀中性光亮锡技术特点及其应用
采用FJY系列无污染电刷镀中性光亮锡技术,很好地解决了当前铝材刷镀锡技术存在的一系列问题。该电刷镀锡工艺流程如下:
铝活化Ⅰ号→ 水洗→ 铝活化Ⅱ号→ 水洗→铝活化Ⅲ号→ 中性光亮镀锡(至镜面光泽)→ 水洗→ 擦(吹)干。
本镀锡工艺的主要特点包括:
1) 省去了腐蚀、出光、浸锌和镀铜工序,不存在环境污染问题。
2) 不使用强腐蚀性物质(强酸、或强碱),不用遮蔽非镀面,生成成本低廉。
3) 中性光亮锡镀液对铝基体没有腐蚀性,适合大面积镀锡、或者汇流排的双面镀锡施工。
4) 镀锡层可长期保持镜面光泽。
5) 镀液稳定性高,保质期两年以上。使用过的镀液,可长期、重复使用。
6) 工艺简便,生产效率高。
 
4. 结论
首次在国内外研制成功了不浸锌、不镀铜的铝材表面无污染中性光亮镀锡技术。该技术不仅克服了当前国内外刷镀锡技术存在的环境污染、工艺复杂、生产成本高、抗变色能力差的问题,而且获得的光亮镀锡层,不会出现局部白毛、黑点、起皮、鼓泡等瑕疵。

 
部分铝材电刷镀锡实物照片:




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