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高速电镀铜焊丝在气体保护焊中的应用研究

张润科邓文

济南东方结晶器有限公司济南250209

烟台卓然金属科技有限公司烟台264006

摘要：在添加有镀铜稳定剂的酸性硫酸铜高速电镀液中，通过电解酸洗促进剂和镀液稳定剂的作用，抑制钢丝表面铜层的置换反应，实现了在酸性镀液中的直接电镀铜。获得的铜镀层与钢铁基体的结合强度高，结晶致密细致。可以作为气体保护焊中的镀铜焊丝，在高焊接速度和高电流范围的机器人气体保护焊接中取得了很好的应用效果。

关键词：高速酸性镀铜，稳定剂，电解酸洗促进剂，结合强度.

1前言

在一些工程结构中，很多部位的金属材料的链接通常是通过焊接进行的，这样就需要大量的镀铜钢铁焊丝。进而要在钢丝上进行镀铜，镀铜可以选择的镀液体系有氰化物、焦磷酸盐络合剂、HEDP络合剂、硫酸盐等镀液体系，但是氰化物剧毒、焦磷酸盐络合剂、HEDP络合剂体系镀铜的沉积效率低不适合高速镀铜。酸性硫酸铜镀液体系具有高的沉积而适合于高速镀铜，但是钢丝在酸性溶液中，容易在钢铁表面产生置换铜层，这层铜与钢的结合力非常差，无法正常应用。

金属置换反应是一类比较重要的化学反应,几千年前,我国人民就已经发现这类化学反应的现象。西汉时期的《淮南万毕术》和东汉时期的《神农本草经》里,都有铁和铜盐发生置换反应的记载［1］。这是古代人民在化学知识方面的一个重要发现。也是我国人民最早认识到的铁置换铜的反应，可以说很多的出土文物中都有铜和铁等金属。因此，在普通的酸性电镀铜溶液中出现钢零件表面的置换铜就是一种正常的自然现象。?

人们正是利用这一原理在钢丝上利用置换镀铜生产气体保护焊丝。但随着焊接机器人的出现对各种焊丝要求越来越高，这就需要提高镀铜层质量。

气体保护焊是机器人等零部件焊接中常用的焊接工艺，具有焊接速度高、电流范围大等特点［2-3］。镀铜钢丝是这种工艺常用的焊丝，要求钢丝表面的铜层即要有好的结合力，镀层薄。所以通常采用高速酸性镀铜的技术来制备钢丝镀铜焊丝。

钢丝在硫酸盐的酸性镀铜液中，容易发生铜的置换现象［4-6］，根本原因是酸性溶液中的铜比钢丝上铁的电位正，易于将溶液中的铜离子还原在钢丝表面析出铜层，而铁被氧化腐蚀为亚铁离子进入到溶液。因为这种置换沉积铜的速度快，置换的铜结晶粗糙，附着力差，有时候用手一抹就掉。

为了解决这个置换铜的问题，通常是提前在钢丝表面预镀镍或者预镀氰化铜，也有浸上一层薄薄的铜层（加入特殊的能够控制置换铜的速率，获得的薄铜层均匀致密）等预镀层［5-7］。作为钢丝酸性镀铜的底层，这样即可以保证高的沉积效率，又能够保证钢丝表面与酸性镀铜层的结合力。预镀镍具有很宽的电流密度范围，但孔隙率高和成本相对较高。徐金来等［6］研究发现，氰化预镀铜具有好的分散能力，但电流效率低及受环保限制。无氰碱性预镀铜不含氰化物，但在实际生产中控制工艺参数等还存在一些问题。酸性预镀铜即具有高的电流效率，又有高的结合强度，比较适合于钢铁件酸性镀铜。

又有学者在钢丝表面采取化学置换镀铜或者化学镀铜［8-10］的方法进行焊丝的制备。置换镀铜工艺可以在钢丝表面获得0.1-0.3μm薄铜层，铜层的结合强度可满足一般薄铜层的技术标准和使用要求，但是对于在高焊接速度和高电流范围的机器人气体保护焊接中的钢丝镀铜层的结合力就有问题了，而且镀铜层厚度达不到1-1.2μm的要求。

本文是采取了即不是预镀铜又不是化学镀铜的方式，是在酸性硫酸铜溶液中，加入DW-035C焊丝专用高速酸性镀铜稳定剂，钢丝传输速度以15-30m/s，在酸性镀铜槽中电沉积，就可以获得镀铜层厚度在1-1.2μm，而且致密均匀，与钢丝基体的界面结合牢固，且这种镀铜钢丝作为气体保护焊接的焊丝在工程中得到了很好的应用。如在高焊接速度和高电流范围的机器人气体保护焊接中这种电镀铜钢丝焊丝表现出性能优异的应用效果。

2钢丝直接高速电镀铜工艺及关键技术

钢丝电镀铜作为焊丝的工艺流程一般为：

精拉线-电解酸洗→水洗→DW-035C酸性电镀铜→水洗→中和→水洗→聚晶拉拔-镀铜焊丝收线。

镀铜焊丝的镀铜溶液是硫酸盐体系：硫酸铜30-80g/l，硫酸40-90g/l，DW-035C焊丝专用高速酸性镀铜稳定剂0.5-1.5g/l。碳含量0.7-0.9%的钢丝、直径1.2mm，电镀的阴极电流密度20-40A/dm2，在35-65℃，钢丝传输速度15-30m/sec的条件下，电镀时间控制在0.05-0.5秒。获得的镀层为鲜亮的红铜色，厚度0.2-1.2μm，与钢丝的结合力好，可以满足机器人气体保护焊接的需求。

从高速镀铜工艺来讲，保证不出现置换铜和镀铜层质量主要有两个关键：一个是在酸性硫酸铜镀液中加入DW-035C焊丝专用高速酸性镀铜稳定剂，其主要作用是即可以降低钢丝浸