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通過在受控條件下使錫與銅相互擴散制造金黃色青銅的增強技術(shù)的制作方法_5

文檔序號:9239699閱讀:來源:國知局
酸洗和蝕刻清潔;
[0163]2)通過使用堿性銅溶液直接向低碳鋼坯上電鍍銅層;
[0164]3)在先前的堿性鍍銅坯上電鍍錫。錫厚度取決于所需青銅層的厚度在約1.0 μπι至約5.0 μ??的范圍內(nèi);獲得多層坯;
[0165]4)在一定的退火條件組下對多層坯進行退火(在爐中的還原氣氛下550°C至750 °C達20至80分鐘);
[0166]5)接著對經(jīng)退火的坯進行適當冷卻;以及
[0167]6)對冷卻的坯進行拋光以制造準備觸擊電鍍(RTS)的坯。
[0168]方案4
[0169]I)對低碳鋼坯進行徹底清潔、酸洗和蝕刻清潔;
[0170]2)通過使用堿性銅溶液直接向低碳鋼坯上電鍍銅層。堿性銅層用作觸擊電鍍層且其厚度約3.0 μ m至約8.0 μ m ;
[0171]3)接著在先前鍍覆的還上鍍覆更厚的銅。該銅鍍層為約ΙΟμπι至約35 μπι??梢允褂萌我忸愋偷腻冦~溶液鍍該銅鍍層,例如堿性鍍銅溶液、酸性鍍銅溶液、氰化物鍍銅溶液或無氰化物鍍銅溶液,優(yōu)選使用酸性銅溶液;
[0172]4)在先前的堿性鍍銅坯上電鍍錫。錫厚度取決于所需青銅層的厚度在約1.0 μπι至約5.0 μπι的范圍內(nèi);
[0173]5)接著向先前鍍覆的Sn/Cu上鍍覆非常薄的銅鍍層。該薄銅層為約0.2 μπι至約0.8 μπι,鍍覆該銅層是為了消除殘留錫熔池并在退火時實現(xiàn)均勻的表面顏色;獲得多層坯;
[0174]6)在一定的退火條件組下對多層坯進行退火(在爐中的還原氣氛下550°C至750 °C達20至80分鐘);
[0175]7)接著對經(jīng)退火的坯進行適當冷卻;以及
[0176]8)對冷卻的坯進行拋光以制造準備觸擊電鍍(RTS)的坯。
[0177]方案5
[0178]I)對低碳鋼坯進行徹底清洗、酸洗和蝕刻清潔;
[0179]2)通過使用堿性銅溶液直接向低碳鋼坯上電鍍銅層;
[0180]3)通過使用酸性銅溶液向先前的堿性銅上電鍍約2 μ m至約3 μ m的薄銅層;
[0181]4)在先前的鍍銅坯上電鍍錫。錫厚度取決于所需青銅層的厚度在約1.0 μπι至約5 μπι的范圍內(nèi);
[0182]5)接著向先前鍍覆的Sn/Cu上鍍覆非常薄的鋅鍍層。該薄銅層為約0.2 μ m至約0.8 μπι,鍍覆該銅層是為了消除任意殘留錫熔池并在退火時實現(xiàn)均勻的表面顏色;獲得多層坯;
[0183]6)在一定的退火條件組下對多層坯進行退火(在爐中的還原氣氛下550°C至750 °C達20至80分鐘);
[0184]7)接著對經(jīng)退火的坯進行適當冷卻;以及
[0185]8)對冷卻的坯進行拋光以制造準備觸擊電鍍(RTS)的坯。
[0186]應(yīng)該理解的是,在上述每個方案的步驟2中,堿性鍍銅溶液可以由用于鋼基體的氰化物鍍銅溶液或非酸性鍍銅溶液代替。
[0187]本方法的上述操作參數(shù)的影響可以通過下面的實施例來證明。
[0188]實施例
[0189]已經(jīng)進行了一系列的實驗來確定包括參數(shù)例如銅與錫的相對厚度、爐的退火溫度、退火停留時間和爐內(nèi)部的退火氣氛的成分的有效操作窗口。提供了實施例1至實施例4以顯示去除基體芯的外接觸區(qū)中的鎳以及增加由銅或鋅形成的頂部金屬層的好處。
[0190]使用的還具有鋼芯并且在還的中心處鍍覆有約4μηι至8μηι的镲和14μηι至25 μπι的銅。實驗使用了滾鍍。優(yōu)選地,坯可以具有鋼芯并且在鋼上直接鍍覆銅層,接著鍍覆不同厚度的錫和頂部閃光銅。
[0191]應(yīng)該注意的是,除非另有說明,否則全部實施例提供的厚度值均為多層基體(造幣坯)的中心處的厚度值。
[0192]使用具有下列條件的滾鍍技術(shù)用于制造坯。
[0193]堿件鍍銅
[0194]堿性鍍銅液的成分如下:
[0195]E-Brite Ultra Cu:按體積計 40%
[0196]E-Brite Ultra Cu-E:按體積計 10%
[0197]E-Brite Ultra Cu - pHA:按體積計 10%
[0198]在下列條件下進行電鍍銅:
[0199]PH 值:9.8 ±0.2
[0200]溫度:49°C±2°C
[0201]電流密度:0.2A/dm2-0.5A/dm2
[0202]鍍錫
[0203]鍍錫溶液的成分如下:
[0204]硫酸亞錫:20.0克/升
[0205]硫酸:按體積計8.0%
[0206]Stannolume NF 載體:按體積計 2.0%
[0207]Stannolume NF 添加劑:按體積計 0.1 %
[0208]在下列條件下進行電鍍錫:
[0209]溫度:20°C±2°C
[0210]電流密度:0.25A/dm2
[0211]實施例1
[0212]1.1實駘備件
[0213]使包括5 μπι镲層、20 μπι銅層和2.5 μ m錫層的多次鍍覆的造幣還在還原性環(huán)境中在650°C下退火60分鐘。應(yīng)該注意的是,這些厚度是在鍍覆坯的中心處測量的。在電鍍期間,由于在坯的中心處和邊緣處的電流分布不同,所以不同層的鍍覆厚度在坯的整個表面不同。這被稱作狗骨效應(yīng),即邊緣處的鍍層比中心處的鍍層厚。
[0214]1.2 結(jié)果
[0215]圖11和圖12是坯的分別在其中心處和一個邊緣處的橫截面的光學顯微鏡視圖。在圖11中,可以看出,擴散時,形成了深度高達12.36 μπι的金黃色青銅顏色的擴散層,在擴散層下方存在粉紅色層。粉紅色層包括富銅相和富鎳相。富銅相包括較低量的錫和較高量的銅。富鎳相作為暗灰色枝晶相而引人注目,暗灰色枝晶相從芯通過粉紅色層延伸至接近金黃色青銅層與粉紅色層之間的界面。這些枝晶相比較均勻地分布在從頂表面起的約12 μ m至約20 μ m之間的深度中。然而,在圖12中,在同一坯的邊緣處,雖然青銅頂部層和粉紅色層明顯存在,但沒有觀察到這樣的暗灰色枝晶相。應(yīng)該指出的是,注意到在銅與鎳的界面中有一些小的灰色擴散物,這表明少量的鎳相互擴散到銅中。
[0216]實施例2
[0217]2.1實駘備件
[0218]使包括25 μπι銅層和2.5 μπι錫層的多次鍍覆的造幣坯在還原性環(huán)境中在700°C的恒定退火溫度下退火30分鐘的退火停留時間。應(yīng)該注意的是,這些厚度是在鍍覆坯的中心處測量的。
[0219]2.2 結(jié)果
[0220]圖13和圖14示出了經(jīng)蝕刻的坯的中心和邊緣相應(yīng)的橫截面。圖13和圖14顯示了在擴散層的粉色區(qū)域中未形成暗灰色枝晶相。金黃色青銅層在鍍覆坯的中心處和邊緣處的厚度相對均勻,并且擴散青銅層明顯比在坯先用鎳層鍍覆(實施例1)的情況下的厚。
[0221]實施例3
[0222]3.1實駘備件
[0223]使包括23 μπι堿性銅層、2.0 μπι錫層和0.3 μm頂部銅層的多次鍍覆的造幣坯在由15%的4和85%的N2組成的還原性環(huán)境中在700°C的恒定退火溫度下退火30分鐘的退火停留時間。
[0224]3.2 結(jié)果
[0225]圖15示出了退火之后獲得的坯。該坯具有均勻的金黃色青銅層。圖16示出了圖17的經(jīng)退火的坯的橫截面的光學顯微鏡視圖。可以再次看出,在沒有鎳的情況下,未形成暗黃色枝晶相。還應(yīng)該注意的是,與在坯未鍍覆有頂部銅層(參見實施例2)的情況相比,金黃色青銅相對于粉紅色層的厚度較大。金黃色青銅層厚度與粉紅色層厚度的比率大于1,這表明頂部銅層完全參與在金黃色青銅層中的均勻擴散。因此,在本方法的一定退火條件下,缺少鎳層和使用頂部銅層可以促進錫與銅之間的擴散。根據(jù)圖16和圖17示出的掃描電子顯微鏡(SEM)分析,在坯上可以形成均勻的金黃色青銅層,如由圖18的EDS(能量色散X射線光譜法)所說明的,該金黃色青銅層包括頂部青銅層中的11%的錫。
[0226]實施例4
[0227]4.1實駘備件
[0228]使包括5 μ m鎳層、20 μ m堿性銅層、5.0ym錫層和0.3 μ m頂部鋅層的多次鍍覆的造幣坯在還原性環(huán)境中650°C下退火60分鐘的退火時間。應(yīng)該注意的是,這些厚度是在鍍覆坯的中心處測量的。
[0229]4.2 結(jié)果
[0230]圖19示出的經(jīng)退火的坯的中心的背散射電子顯微鏡截面圖包括在坯子區(qū)中的枝晶相。圖20示出的SEM分析顯露了與其中觀察到少得多的鎳的周圍的富銅相相比這些枝晶相在即使遠離镲層ΙΟμπι至14 μ m處也包含大量镲。更精確地,這些枝晶相中的镲含量高達20% wt,而周圍的富銅區(qū)中的鎳含量遠小于2% wt。這些結(jié)果表明:由于錫、鎳和銅元素之間的擴散可以形成包含錫、鎳和銅的新相;大量的鎳原子可以向上行進;并且通過形成N1-Cu-Sn三元金屬間化合物可以消耗大量錫原子。因此這些結(jié)果意味著錫可能未充分參與青銅層的形成。
[0231]如在圖21中看出的,在退火之前中間銅層足夠厚的情況下,例如在坯的邊緣處,退火之后未觀察到包括鎳和錫的三元金屬間化合物。圖21的EDS分析表明了鎳擴散到銅層中但鎳含量低于在圖19的枝晶相中發(fā)現(xiàn)的鎳含量。通常,難以使銅擴散到鎳中,這也已通過EDS分析確認。這是鎳為何可以被用作用于防止銅向其他金屬例如金中擴散的阻擋層的主要原因之一。
[0232]應(yīng)該理解的是,上述方法的實施方案可以適于制造擴散的紅色青銅層,即通過鍍覆具有錫層厚度的錫使得擴散的紅色青銅具有約8% wt以下的錫濃度。
【主權(quán)項】
1.一種制造具有金黃色青銅外觀的制品的方法,所述方法包括: 對多層基體進行退火,所述多層基體包括: 具有外部接觸區(qū)的芯; 鍍覆在所述芯的所述外部接觸區(qū)上并具有銅層厚度的銅層;以及 鍍覆在所述銅層上的錫層, 其中所述芯的所述接觸區(qū)具有足夠低的鎳含量以減少或防止在所述退火期間在所述外部接觸區(qū)附近形成包括錫和鎳的金屬間化合物; 其中所述退火在退火溫度下進行退火停留時間,所述退火溫度和所述退火停留時間根據(jù)彼此控制為使所述錫層能夠擴散到所述銅層中并制造包括具有金黃色外觀的經(jīng)相互擴散的外部青銅層的經(jīng)退火的基體;以及 其中所述錫層鍍覆為具有根據(jù)所述銅層厚度的錫層厚度,使得所述經(jīng)相互擴散的外部青銅層具有約8% Wt至約15.8% Wt的錫含量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述錫層厚度使得所述經(jīng)相互擴散的外部青銅層具有約10% wt至約15% wt的錫含量。3.根據(jù)權(quán)
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