Was ist die beste Chemikalie zum Reinigen von Kupfer? Eine Auswahlhilfe von der Reinigung bis zum chromfreien Anlaufschutz

Bei der industriellen Kupferverarbeitung besteht die größte Herausforderung oft darin, Verunreinigungen nicht zu entfernen. Es verhindert, dass das Kupfer nach der Reinigung wieder anläuft.

Frisch bearbeitete Kupferteile können zunächst hell und gleichmäßig aussehen. Nach dem Reinigen, Trocknen, Verpacken oder Lagern können sich jedoch nach und nach folgende Symptome entwickeln:

• Verdunkelung oder schwarze Flecken;

• Wasserflecken;

• Fingerabdruckflecken;

• lokalisierte Oxidation;

• ungleichmäßige Oberflächenfarbe.

Dies ist besonders häufig bei handelsüblichem reinem Kupfer der Fall, das auf dem chinesischen Markt oft als rotes Kupfer bezeichnet wird.

Bei der Frage „Welche Chemikalie eignet sich am besten zum Reinigen von Kupfer?“ reicht die Reinigungsstärke allein nicht aus.

Ein effektiver industrieller Prozess muss drei Dinge erreichen:

Entfernen Sie Verunreinigungen, minimieren Sie Angriffe auf das Kupfersubstrat und reduzieren Sie die erneute Oxidation nach der Reinigung.

Ölverschmutzung, vorhandene Oxidschichten und Anlauffarben nach der Reinigung sind unterschiedliche Probleme. Jedes erfordert einen anderen chemischen Ansatz.

Welche Chemikalien eignen sich am besten zum Reinigen von Kupfer?

Es gibt keine universelle Chemikalie für jede Kupferreinigungsanwendung.

Die richtige Chemie hängt von der Oberflächenbeschaffenheit ab.

Bei Ölverschmutzung: Verwenden Sie einen milden Reiniger auf Wasserbasis

Für Fingerabdrücke, Schneidflüssigkeitsrückstände und allgemeine Bearbeitungsöle wird normalerweise ein neutraler oder mild alkalischer Reiniger auf Wasserbasis bevorzugt.

Eine typische industrielle Formulierung kann Folgendes enthalten:

• Tenside;

• Benetzungsmittel;

• Emulgatoren;

• Bauherren;

• Komplexbildner;

• Korrosionsinhibitoren.

Bei Kupfer bedeutet eine stärkere Alkalität nicht automatisch eine bessere Reinigung.

Die Formulierung sollte eine ausreichende Benetzung, Emulgierung, Dispersion und Spülbarkeit bieten und gleichzeitig den Angriff auf die Kupferoberfläche minimieren.

F&E-Ingenieure sollten daher nicht nur die Ölentfernungsleistung bewerten, sondern auch:

• Kupferverträglichkeit;

• Oberflächenfarbe nach der Reinigung;

• Spülleistung;

• Rückstandsgehalt;

• Kompatibilität mit nachgelagerten Prozessen.

Für oxidiertes Kupfer: Verwenden Sie einen kontrollierten Desoxidationsschritt

Wenn das Kupfer bereits nachgedunkelt ist oder eine sichtbare Oxidschicht gebildet hat, reicht ein normaler Entfetter meist nicht aus.

Öl und Kupferoxid sind chemisch unterschiedliche Arten von Verunreinigungen.

Daher ist vor dem weiteren Oberflächenschutz normalerweise ein mildes saures Desoxidations- oder Aktivierungssystem erforderlich.

Eine übermäßige Säurekonzentration oder Behandlungsdauer kann jedoch Folgendes verursachen:

• Überätzung;

• Helligkeitsverlust;

• erhöhte Oberflächenrauheit;

• ungleichmäßiges Aussehen.

Das richtige Prinzip ist einfach:

Entfernen Sie die Oxidschicht, ohne das darunter liegende Kupfer übermäßig anzugreifen.

Wasserqualität und Spülung sind ebenfalls wichtig

Viele Probleme bei der Kupferreinigung werden dem Reiniger oder Passivator zugeschrieben, während das Spülwasser übersehen wird.

Hoher Gehalt an:

• Kalzium;

• Magnesium;

• Chloride;

• Eisen;

• Sulfate;

• gelöste Salze;

kann nach dem Trocknen zu Wasserflecken, weißen Rückständen, Flecken oder lokalen Verfärbungen führen.

Bei optisch empfindlichen Kupferteilen kann eine abschließende Spülung mit Wasser mit geringer Leitfähigkeit oder entionisiertem Wasser die Prozesskonsistenz verbessern.

Das Spülen ist ebenso wichtig, da Rückstände:

• alkalischer Reiniger;

• Säure;

• Tensid;

• anorganisches Salz;

• Komplexbildner;

kann mehrere Stunden oder Tage später zu Verfärbungen führen.

Daher wird das Anlaufen nach der Reinigung in vielen Fällen nicht durch schlechte Reinigungschemie verursacht, sondern durch unvollständiges Spülen oder unzureichenden nachgeschalteten Schutz.

Warum läuft Kupfer nach der Reinigung an?

Kupfer weist eine gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit auf, seine Oberfläche ist jedoch chemisch nicht inert.

Nach der Reinigung können der Ölfilm, Bearbeitungsrückstände und ein Teil der natürlich entstandenen Oxidschicht entfernt werden. Dadurch wird eine frischere Kupferoberfläche freigelegt.

Diese Oberfläche kann leichter reagieren mit:

• Sauerstoff;

• Feuchtigkeit;

• Chloride;

• schwefelhaltige Verbindungen;

• Fingerabdrücke;

• Prozessrückstände.

Dies erklärt ein häufiges Produktionsproblem:

Das Teil sieht unmittelbar nach der Behandlung sauberer aus, neigt jedoch während der Lagerung eher zum Anlaufen.

Auch die Trocknungsbedingungen beeinflussen das Ergebnis.

Wasser kann eingeschlossen bleiben in:

• Sacklöcher;

• Rillen;

• überlappende Abschnitte;

• gestapelte Kontaktbereiche.

Ein vollständiger Kupferbehandlungsprozess muss daher Folgendes berücksichtigen:

Reinigen → Spülen → Anlaufschutzbehandlung → Trocknen → Verpacken → Lagerung

Nicht nur das Reinigungsbad selbst.

Warum eine chromfreie Passivierung nach der Kupferreinigung verwenden?

Bei Teilen, die sofort verarbeitet und verwendet werden, kann eine Reinigung mit anschließender ordnungsgemäßer Trocknung manchmal ausreichend sein.

Viele Kupferkomponenten müssen jedoch Folgendes aushalten:

• Transport;

• Langzeitlagerung;

• feuchte Umgebungen;

• elektrische oder elektronische Verwendung;

• Wärmetauscheranwendungen;

• strenge Anforderungen an das Aussehen.

In diesen Situationen reicht die Reinigung allein oft nicht aus.

Ein vollständigerer Prozess ist:

Entfettung → Wasserspülung → Aktivierung bei Bedarf → Wasserspülung → Chromfreie Passivierung → Trocknung

Herkömmliche Chromatsysteme bieten in der Vergangenheit eine gute Filmbildung und Korrosionsbeständigkeit, doch chromhaltige Prozesse verursachen zusätzliche Umwelt-, Abwasser- und Arbeitsschutzprobleme.

Insbesondere sechswertiges Chrom unterliegt strengen Expositionskontrollen für Arbeitnehmer.

Aus diesem Grund orientiert sich die industrielle Kupferaufbereitung zunehmend an Systemen, die auf Folgendem basieren:

organische Kupferinhibitoren + Organophosphorverbindungen + filmbildende Verbundkomponenten.

Die Herausforderung besteht darin, dass „Chromfrei“ allein keine gute Leistung garantiert.

Eine industrielle Formulierung muss noch Folgendes ausbalancieren:

• anfängliche Adsorption;

• Filmgleichmäßigkeit;

• Beibehaltung der ursprünglichen Kupferfarbe;

• Beständigkeit gegen nasse Hitze;

• Lagerstabilität;

• Salzsprühleistung.

Aus diesem Grund sind Mehrkomponentenformulierungen oft praktischer als die Verwendung eines einzelnen Inhibitors.

DT06, DT10 und DT11: Ein zusammengesetztes chromfreies Kupferschutzsystem

Für Kupferteile, die nach der Reinigung dazu neigen, zu oxidieren oder sich zu verfärben, verwendet unser Ansatz ein Verbundsystem basierend auf DT06, DT10 und DT11.

Die drei Zusatzstoffe erfüllen unterschiedliche Funktionen.

DT06 – Erste Filmbildung

DT06: Mischung aus Phosphat und organischem Carboxylat

DT06 hilft beim Aufbau der anfänglichen Schutzumgebung und unterstützt die Bildung eines Verbundfilms.

Zu seinen Hauptfunktionen gehören:

• Festlegung grundlegender Filmbildungsbedingungen;

• Verbesserung der Formulierungskompatibilität;

• Unterstützung der späteren Inhibitorleistung.

DT06 ist eine farblose, transparente Flüssigkeit, die für wasserbasierte Kupferaufbereitungssysteme entwickelt wurde.

DT10 – Filmstabilität

DT10: organisches Phosphonatsystem

DT10 wird zur Verbesserung der Stabilität der Schutzstruktur eingesetzt.

Die Leistung der Kupferpassivierung kann beeinträchtigt werden durch:

• Wasserqualität;

• Konzentration;

• pH-Wert;

• Ausgangszustand der Oberfläche.

DT10 bietet einen zusätzlichen Stabilisierungsmechanismus und trägt zur Verbesserung der Prozessrobustheit bei.

DT11 – Langzeit-Korrosionshemmung

DT11: Mischung aus Komponente und Alkanolamid auf Mercaptobenzolbasis

DT11 wird zur Verbesserung der Korrosionshemmung und der Umweltbeständigkeit eingesetzt.

Schwefelhaltige organische funktionelle Gruppen können stark mit Kupferoberflächen interagieren und zur Bildung einer stabileren Schutzstruktur beitragen.

Innerhalb des Verbundsystems unterstützt DT11 hauptsächlich:

• Anti-Anlauf-Leistung;

• Filmintegrität;

• langfristige Korrosionshemmung;

• Beständigkeit unter Feuchtigkeits- und Salznebelbedingungen.

Das Drei-Komponenten-Design lässt sich daher wie folgt zusammenfassen:

DT06: Filmbildung → DT10: Filmstabilisierung → DT11: Langzeithemmung

Dieser Ansatz soll die Einschränkungen eines Einzelinhibitorsystems verringern.

Referenzformulierung zur chromfreien Kupferpassivierung

Die folgende Formulierung kann als technische Referenz für eine Anlaufschutzbehandlung mit konzentriertem Kupfer verwendet werden.

Was macht jede Komponente?

BTA oder Benzotriazol wird häufig in Korrosionsschutzsystemen für Kupfer und Kupferlegierungen verwendet.

Es kann an Kupferoberflächen adsorbieren und an der Bildung einer Schutzstruktur beteiligt sein.

Weitere chemische Informationen finden Sie bei PubChem – Benzotriazol.

In dieser Referenzformulierung übernimmt BTA die grundlegende Kupferhemmfunktion.

Die BTA-Leistung wird jedoch von folgenden Faktoren beeinflusst:

• Konzentration;

• pH-Wert;

• Wasserqualität;

• Oberflächenreinheit;

• Temperatur;

• Lagerbedingungen.

Aus diesem Grund kombiniert die Formulierung BTA mit DT06, DT10 und DT11.

Triethanolamin hilft vor allem dabei, die Formulierungsumgebung anzupassen und die Kompatibilität zwischen ausgewählten Komponenten zu verbessern.

Die Dosierung sollte je nach pH-Wert der Arbeitslösung, Kupfergehalt und Formulierungsstabilität optimiert werden.

Ethanol fungiert hauptsächlich als Co-Lösungsmittel. Es hilft, die Löslichkeit und Verteilung ausgewählter organischer Komponenten im Konzentrat zu verbessern.

Empfohlene Prozessbedingungen

Die konzentrierte Formulierung kann vor der Anwendung verdünnt werden.

Ein praktischer Startbereich ist:

Arbeitskonzentration: 5–10 %
Behandlungsmethode: Eintauchen bei Raumtemperatur
Referenzbehandlungszeit: 2–3 Minuten

Für 1.000 kg Arbeitslösung:

Die Endkonzentration und die Behandlungszeit sollten entsprechend angepasst werden:

• Kupferqualität;

• Oberflächenzustand;

• Teilegeometrie;

• Vorbehandlungsmethode;

• voraussichtliche Lagerdauer;

• erforderliche Anlaufschutzleistung.

Die Vorbehandlung ist entscheidend

Vor der Passivierung sollte die Kupferoberfläche frei von sichtbarem Öl sein.

Rückstände von Öl können verhindern, dass die Behandlungschemie gleichmäßig mit dem Metall in Kontakt kommt, was zu Folgendem führt:

• unvollständige Abdeckung;

• fleckige Farbe;

• Lokales Anlaufen.

Wenn das Kupfer stark oxidiert ist, sollte das Oxid vor der Passivierung entfernt werden.

Ebenso müssen saure oder alkalische Vorbehandlungsrückstände gründlich ausgespült werden, um das Einziehen zu reduzieren und die Badstabilität aufrechtzuerhalten.

Trocknen Sie die Teile umgehend

Nach der Passivierung sollten Kupferteile nicht längere Zeit nass bleiben.

Besonderes Augenmerk sollte auf Folgendes gelegt werden:

• Sacklöcher;

• Rillen;

• schmale Lücken;

• überlappende Strukturen.

Restwasser kann auch dann noch Flecken verursachen, wenn ein Korrosionsinhibitor vorhanden ist.

Wie sind Salzsprühergebnisse zu interpretieren?

Unter Laborbedingungen mit Kupfercoupons hat dieses Verbundsystem ungefähr Folgendes erreicht:

18–24 Stunden neutrale Salzsprühbeständigkeit.

Dieser Wert sollte als Laborreferenz und nicht als garantiertes Ergebnis für jedes Produktionsteil betrachtet werden.

Die Leistung hängt ab von:

• Kupferqualität;

• anfänglicher Oberflächenzustand;

• Sauberkeit vor der Behandlung;

• Arbeitskonzentration;

• Eintauchzeit;

• Spülwasser;

• Trocknungsbedingungen;

• Testmethode.

Für die Bewertung neutraler Salzsprühnebel ist ASTM B117 eine häufig verwendete Testpraxis. Siehe ASTM B117 – Salzsprühtest.

Für die industrielle Qualifizierung sollten Tests immer anhand des tatsächlichen Materials, der Teilegeometrie, der Vorbehandlung, der Verpackung und der Lagerbedingungen des Kunden durchgeführt werden.

Was ist also die beste Chemikalie zum Reinigen von Kupfer?

Die Antwort hängt vom Oberflächenproblem ab.

Wenn das Hauptproblem eine Ölverschmutzung ist , verwenden Sie ein neutrales oder mildalkalisches Reinigungssystem auf Wasserbasis.

Wenn das Kupfer bereits oxidiert ist , verwenden Sie ein kontrolliertes saures Desoxidations- oder Aktivierungssystem.

Wenn das Hauptproblem das Anlaufen nach der Reinigung ist , reicht die Reinigung allein nicht aus. Ein vollständigerer Prozess sollte Folgendes umfassen:

Reinigen + Spülen + Chromfreie Passivierung + Trocknen

DT06, DT10 und DT11 sollen diese letzte Phase angehen, indem sie das Risiko einer erneuten Oxidation, Verfärbung und Korrosion nach der Reinigung verringern.

Der nützlichste Weg, die Oberflächenbehandlung von Kupfer zu verstehen, ist:

Verwenden Sie Reinigungschemie für Öl.
Verwenden Sie Aktivierungschemie für Oxide.
Verwenden Sie Korrosionshemmer und Passivierung zum Anlaufen nach der Reinigung.

Für industrielle Kupferverarbeiter ist eine universelle Chemikalie selten die beste Lösung.

Zuverlässige Leistung entsteht durch die Abstimmung der Reinigungs-, Spül-, Aktivierungs-, Passivierungs-, Trocknungs- und Lagerbedingungen in einem kompletten Prozess.