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陈仙花
(厦门宏发电声有限公司，福建厦门361021)

  [摘要]为了解决铜及铜合金手工强酸清洗存在的问题，如工件变形和厚度一致性差、环境污染大、成本高及生产效率低等问题，研究了铜及铜合金的自动化清洗生产方式、处理流程和工艺配方。结果表明：采用自动化弱酸清洗工艺，工件质量和生产效率均得到明显提高，生产成本却大幅降低。
  [关键词] 铜 铜合金 自动化清洗 环境保护
引言
    随着电子产品的小型化发展，电子产品工件的体积越来越小、形状也越来越复杂。传统的手工强酸清洗工艺无论是质量还是成本，都远远满足不了小型、复杂工件的质量和成本控制要求。近年来，欧盟ROHS指令对Cr6+使用有限，使得铜及铜合金酸洗含Cr6+钝化工艺面临新的挑战。自动化和环保化成为铜及铜合金清洗新的发展方向。本文将重点介绍铜及铜合金自动化清洗工艺清洗方式的选择、流水作业流程、工艺配方和试验论证方法。
1存在的问题
    传统手工强酸清洗工艺用硫酸、硝酸的混合酸洗液，铜保护用含Cr6+的钝化液。这种清洗工艺和手工生产方式，存在以下诸多问题。
1.1质量和成本
    这里指的传统手工强酸清洗工艺，生产方式是将工件装在清洗篮内，依靠人工猛烈圆周抖动清洗篮以抛动工件实现清洗。存在工件厚度一致性差、容易变形、平片工件容易互相重叠留下叠印等质量问题。该清洗工艺不但质量问题多,工件返工率和报废率高，质量故障成本高；而且用工多、用水量大、含6+钝化处理废水需要用硫酸亚铁或焦亚硫酸钠将Cr6+原成Cr3+制造成本也较高。通过测算，弱酸清洗工艺的化工材料成本比强酸清洗工艺节省约2元/kg。
1.2效率和自动化
    手工强酸清洗工艺处理流程为：强碱溶液除油→三级逆流水洗→强酸溶液酸洗→三级逆流水洗→含Cr6+溶液浸亮→三级逆流水洗→含Cr6+溶液钝化→三级逆流水→防铜变色处理→三级逆流水洗→热去离子水洗→脱水处理→干燥处理。
    处理工序多、流程长，生产节拍约20min、生产效率低下。且强碱、强酸对设备有强腐蚀作用，无法实现自动化流水作业。
1.3 环境
    除油用强碱，酸洗用强酸混合酸液，腐蚀性强，环境污染大。浸亮用铬酸酐、钝化用重铬酸钾，含Cr6+材料的使用不符合欧盟ROHS指令要求。
2 自动化清洗方式的选择
    自动清洗依靠的是机械手，可以选择的清洗方式有：摆动(水平摆动或垂直摆动)、滚筒转动、清洗篮抛动等。我们通过逐一试验进行选择。
2.1摆动清洗方式
  通过试验我们发现，平片工件若装量偏多，还是存在工件互相重叠，以致清洗不净或留下叠印的问题；若工件装量少，工件不重叠，但生产效率低。因此，我们排除了这种清洗方式。
2.2滚筒转动清洗方式
  试验结果表明，该清洗方式对工件的外观可以获得很好的清洗效果，但存在滚筒转速和孔径大小的选择问题。因为转速太快，工件仍会变形；转速太慢，工件清洗效果差。滚筒孔偏大，针状工件的针脚易刺出滚筒孔外变形，滚筒孔小，清洗溶液又不容易进出滚筒，清洗效果差。基于此，我们又进行了大量的试验。最后得出，大部分工件均可选用转速可调、多种孔径滚筒的滚筒清洗方式。
2.3清洗篮抛动清洗方式
  对于特别细小的工件，用滚筒转动清洗方式清洗受滚筒孔径的限制，清洗效果不能满足清洗要求，而选用该清洗方式清洗效果可以满足清洗要求。
因此，最终确定了自动化清洗线清洗方式为：滚筒转动和清洗篮抛动两种清洗方式可选并存的清洗模式。该清洗模式彻底解决了传统手工强酸洗一直存在的工件变形、叠印及厚度一致性差等质量问题。
3 自动化流水作业流程
  弱碱性清洗溶液超声波除油→逆流水洗→弱酸性清洗溶液超声波除氧化膜→逆流水洗→超声波无铬防铜变色处理→流动水洗→超声波热去离子水洗(60℃) →超声波热去离子水洗(80℃) →高压空气脱水→热风干燥。
  自动流水生产线节拍根据工件的表面状况，由作业时间最短的工序来确定。通过试验，我们最终确定的流水线节拍仅约2min。
  采用自动化节拍流水作业，操作人员只需上料、下料即可,劳动强度大大降低，生产效率大大提高。
4清洗工艺配方
4.1弱碱性除油工艺配方
  弱碱性清洗剂水溶液10%～20%，温度为50～60℃，时间视工件油污轻重而定。
  采用弱碱性除油溶液，保持了铜及铜合金材料的本色，为下一步弱酸性清洗溶液除氧化膜创造了条件。因为强碱性除油液除油后工件容易发黄变色，需要依赖强酸清洗方可除去这一层黄膜。另外，我们引入了超声波清洗技术，利用超声波振荡的机械能可使溶液内产生许多真空的空穴，这些空穴在形成和闭合时产生强烈的振荡，对工件表面的油污产生强大的冲击作用，有助于油污脱离工件表面，加强皂化和乳化作用，从而加速除油过程，并使除油更为彻底，增强弱碱性清洗剂对油污的去除效果
4.2 弱酸性清洗溶液除氧化膜工艺配方
  弱酸性清洗剂水溶液 l%～5%
  温度 50～70℃
  时间 3～5min
  采用弱酸清洗工艺，基本不改变工件的厚度，确保了工作厚度的一致性。弱酸性材料的弱腐蚀性，不存在对工件基体的过腐蚀和对设备的强腐蚀，也使得自动化清洗成为可能。由于没有强酸混合液的翻动效果，我们在弱酸性清洗工序也引入了超声波清洗技术，以确保复杂、平片工件的清洗效果。
4.3 无铬防铜变色处理工艺配方
  无铬防铜变色剂水溶液1%～3%，温度为50～80℃，时间根据工件使用环境和抗氧化性能要求而定，一般不超过3min。
  由于取消了Cr6+钝化保护工艺，因此，该工序是决定铜及铜合金工件抗氧化性能的关键工序，溶液配比处理时间都至关重要。环保型防铜变色处理剂取代含Cr6+钝化工艺，节约了含Cr6+废水处理的费用。不使用Cr6+符合ROHS指令的要求，也为产品赢得了市场。
5试验论证方法
  对上述自动化处理流程及清洗工艺，采用以下一系列强酸清洗与弱酸清洗的相关对比试验方法进行论证：
5．1外观质量论证
  目测。评价标准：外观色泽均一，无水迹印、尤黄斑、无黄点、无黑点等。
  试验结果：弱酸清洗工件表面不如强酸清洗工件光亮，但色泽均一，保持了铜及铜合金材料的本色，可满足外观要求。
5.2抗氧化性论证
  评价标准：目测试验后工件，外观色泽均一，无明显变化，无氧化黄斑、无氧化黄点等。
  论证试验有潮湿试验、温湿度循环试验、高温老化试验，具体试验情况见表l。
    表1 抗氧化性能试验评价表

序号	序号试验名称	试验条件	试验结果
1	潮湿试验	温度60℃、98%Rh、时间48h	弱酸清洗与强酸清洗工作色泽均无明显变化，均可满足要求。
2	温湿度循环试验	按国标试验曲线24h一个循环周期10个循环	弱酸清洗工作略优于强酸清洗工作，后者工件局部有小黄点。
3	高温老化试验	（150±2）℃、时间2h	强酸清洗工件色泽基本不变，弱酸清洗工件整体色泽略变暗，但色泽均一，可能满足要求。

5.3可焊性论证
  无铅浸焊试验。试验条件：360～380℃。
  分别对刚清洗过的、潮湿试验后的、温湿度循环试验后的、高温老化试验后的及室温下贮存2个月的工件进行可焊性论证。
  试验结果：无论是刚清洗后的工件，还是做了各种抗氧化性试验后的工件，采用弱酸清洗的工件的可焊性均明显优于采用强酸清洗的工件。
6 自动化清洗工艺要点
1)工件体积、形状多样化，在引进自动化生产线时，必须根据工件的具体情况，配备不同孔径规格的清洗篮。
2)工件各异，清洗篮的转速设计成可调转速，以满足不同工件不同清洗转速的要求。
3)下料位设降温装置，以确保操作人员可以及时取走清洗干燥后的工件。
4)生产过程严格控制清洗篮内工件的数量，以确保清洗效果。
5)关键工序如除油、除氧化膜和防铜变色处理工序应配备循环过滤装置，以确保溶液的清洁度。
6)由于塑料会吸收超声波，减弱超声波的清洗效果，所以，带超声波的工序槽都不能选择PP或PVC等塑料槽，而最好都选用耐腐蚀性较好的不锈钢材料，如SUS316。
7)自动化生产线节拍取决于作业时间最短的工序，为保清洗效果，作业时间较长的工序可分解成多工位。
7 结 语  
  本文介绍的自动化清洗工艺已经实现了大量生产。笔者认为自动化清洗工艺因清洗工件不同而异，只要经过相关论证试验，能够满足要求的自动化清洗工艺就是最适合的工艺。