CN103820828A - 连铸结晶器铜板／铜管的纳米Ni-Co-B镀层工艺 - Google Patents

连铸结晶器铜板／铜管的纳米Ni-Co-B镀层工艺 Download PDF

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张大吉
范维东
赵宗华
李鹏
王洪林
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Abstract

本发明公开了一种连铸结晶器铜板／铜管的纳米Ni-Co-B镀层工艺，经打磨、除油、水洗、装卡、去离子水、活化、电镀、水洗。具有较高的硬度和抗腐蚀能力，电镀沉积速率快，镀层色泽光亮，鲜艳，平滑，呈镜面状，没有裂纹。另外，本发明的溶液的深度能力和覆盖能力比较强，其镀铬相比深度能力是传统的17.5倍，覆盖能力是3.2倍。以及具有对环境污染比较小，废水、废液、废气处理工艺简单。

Description

连铸结晶器铜板/铜管的纳米Ni-Co-B镀层工艺
技术领域
本发明属于电镀工艺，特涉及一种连铸结晶器铜板／铜管的纳米Ni-Co-B镀层工艺。
背景技术
以往应用于连铸机结晶器铜板／铜管连铸较为常见的电镀层其工艺为：Ni-Co合金镀层、Cr镀层、Ni-Fe镀层，Ni-Co合金镀层+ Cr镀层等。各铜板／管制作商对于结晶器铜管镀层的生产工艺流程基本相同，主要区别在于电镀工艺配方上略有不同。除Ni-Fe镀层应用范围比较受限外，其他三种镀层均得到广泛空间。在连铸机使用中以Cr镀层应用最为广泛，以Ni-Co合金镀层+ Cr镀层的过钢量为最优。但是以上两种电镀工艺也存在一定的不足：
Cr镀层生产成本低廉，操作简单，工艺稳定，所以应该最为广泛，Ni-Co合金镀层+ Cr镀层由于镀层结构的不同，使得铜管整体的耐磨性能提升，过钢量也为最高，但是以上两种镀层的最大的缺点就是均使用到了Cr6+电镀工艺，Cr6+是我国严格控制的重点排污物，对其排放要求管理力度不断加强，由于来自环境方面的压力，六价铬电镀工艺应用日益狭窄。
发明内容
鉴于上述现状，本发明提供了一种连铸结晶器铜板／铜管的纳米Ni-Co-B镀层工艺。使其纳米Ni-Co-B电镀工艺的主要成分为Ni2+和Co2+，这两种离子较Cr6+相比对环境的影响比较小，不是国家严格控制的排放的污染物，环保压力小。镀层的耐磨能力强，结晶器铜管的过钢量高。
本发明的工艺步骤如下：
1、配置槽液：
（1）取硫酸镍：180-230g/L、氯化镍：40-45 g/L、硫酸钴：45-55 g/L、硼酸：45-50 g/L、FLT-6 MU 1号：50-100ml/L、FLT-6 MU 2号：30-80ml/L、FLT-6 MU 3号：19-25ml/L、FLT-6 MU 4号：20-30ml/L； 
（2）加入总体积1/3的去离子水，加热到60-70℃；
（3）称取配方量的硼酸先溶解；
（4）分别取硫酸钴、硫酸镍、和氯化镍溶解于槽中；
（5）用1-3ml/l双氧水充分搅拌，然后加入高锰酸钾，静止4-8小时，加1-2g/l活性炭搅拌静止过滤，通电维持电流密度在0.1-0.15安培/平方分米8-12小时；
（6）加入FLT-6 MU 1号、FLT-6 MU2号，搅拌至溶液清晰透明；
（7）继续搅拌，在搅拌中加入用5倍的去离子水稀释的FLT-6 MU 3号、FLT-6 MU4号，再添加去离子水至规定体积，调整镀液酸碱度在3.8-5.5之间，得到镀液备用； 
2、打磨：打磨方式是使用280#和400#水磨砂纸先后打磨铜板／铜管R角及四面，使其漏出基体表面，去掉表面氧化膜和油污；
3、除油：使用酸性的除油液，在室温条件下除油，至基体表面用水冲洗呈现水膜为止；
4、水洗：冲洗掉铜板／铜管表面的杂质，避免污染槽液；
5、装卡：将清洗后的铜板／铜管安装到电镀工作站上，将装有镍扣的钛阳极放入铜板／铜管内，再利用卡板将阳极固定，使阳极与铜板／铜管之间的距离控制在20mm之间；
6、去离子水：冲洗掉铜板／铜管表面的其他有害离子； 
7、活化：用盐酸浸泡铜板／铜管1-2分钟，去除铜板／铜管表面的氧化层，活化基体表面，增加铜板／铜管与镀层之间的结合力；
8、电镀：利用潜水泵将镀液从镀槽中导入铜板／铜管，待铜板／铜管装满镀液后，连接导线，开启电流进行电镀；
电流的给定：按电镀铜板／铜管的面积，然后按照2-10A/平方分米的电流密度，计算给定电流；
9水洗：电镀结束后将铜板／铜管卸下，用自来水冲洗掉铜板／铜管表面残留的镀液，得到纳米：Ni-Co-B镀层的铜板／铜管。 
本发明的纳米Ni-Co-B镀层工艺具有的效果是：
1、具有较高的硬度和抗腐蚀能力。镀层硬度约为720HV，经过热处理硬度可达900HV。
2、电镀沉积速率快。最快沉积速率可达40mm/h，沉积速度是镀铬的2倍。
3、镀层色泽光亮，鲜艳，平滑，呈镜面状，没有裂纹。
4、镀层内应力比较小，与基体表面具有良好的结合力。
5、溶液的深度能力和覆盖能力比较强，其镀铬相比深度能力是17.5倍，覆盖能力是3.2倍。
6、电流效率高于96%，是镀铬效率的4倍。
7、对环境污染比较小，废水、废液、废气处理工艺简单。
具体实施方式
下面将结合工艺方法，对本发明作进一步说明。
本发明的实施例，以150x150型号结晶器铜管为例：镀Cr层铜管的过钢量为3500-4000吨，Ni-Co合金镀层+ Cr镀层铜管的过钢量为4000-4500吨，纳米Ni-Co-B镀层铜管的过钢量为6000-7000吨。
1、配置槽液：
（1）先测量出镀槽的尺寸，长、宽、高，计算镀槽的总容积，取硫酸镍：180g/L、氯化镍：40 g/L、硫酸钴：45 g/L、硼酸：45g/L、FLT-6 MU 1号：50ml/L、FLT-6 MU 2号：30ml/L、FLT-6 MU 3号：19ml/L、FLT-6 MU 4号：20ml/L，计算出各个物质配槽添加量； 
（2）先加入总体积1/3的去离子水，再加热到60-70℃；
（3）称取配方量的硼酸先溶解；
（4）分别称取硫酸钴、硫酸镍、和氯化镍溶解于槽中；
（5）用1-3ml/l双氧水充分搅拌，然后加入高锰酸钾，静止4-8小时，加1-2g/l活性炭搅拌静止过滤，通电维持电流密度在0.1-0.15安培/平方分米8-12小时；
（6）加入规定的FLT-6 MU 1号、FLT-6 MU2号，搅拌至溶液清晰，透明；
（7）继续搅拌，在搅拌中加入FLT-6 MU 3号、FLT-6 MU4号（先用5倍的去离子水稀释），再用去离子水添加至规定体积，调整镀液酸碱度在3.8-5.5之间；
2、打磨：打磨方式是使用280#和400#水磨砂纸先后打磨铜管R角及四面，使其漏出基体表面，去掉表面氧化膜和油污；
3、除油：使用酸性的除油液，在室温条件下手工除油，直至基体表面用水冲洗呈现水膜为止；
4、水洗：冲洗掉铜管表面的灰尘与杂质，避免污染槽液；
5、装卡：将清洗后的铜管安装到电镀工作站上，将装有镍扣的钛阳极放入铜管内，再利用卡板将阳极固定，使阳极与铜管之间的距离控制在20mm之间；
6、去离子水：利用潜水泵将去离子水导入铜管中冲洗掉铜管表面残留的盐酸，避免进入槽液影响镀液pH值，冲洗结束后将去离子水放掉，避免污染槽液； 
7、活化：用盐酸浸泡基体1-2分钟，去除基体表面的氧化层，活化基体表面，增加基体与镀层之间的结合力；
8、电镀：利用潜水泵将镀液从镀槽中导入铜管，待铜管装满镀液后，连接导线，开启电流进行电镀；
电流的给定：先计算电镀铜管的面积（平方分米），然后按照2-10A/平方分米的电流密度，计算给定电流，给定电流=铜管面积*电流密度；
9水洗：电镀结束后将铜管卸下，用自来水冲洗掉铜管表面残留的镀液，避免镀液干燥后吸附在铜管表面，影响铜管外观质量。
电镀工艺参数：
工作参数 范围
硫酸镍 180-230g/L
氯化镍 40-45 g/L
硫酸钴 45-55 g/L
硼酸 45-50 g/L
FLT-6 MU 1号 50-100ml/L
FLT-6 MU 2号 30-80ml/L
FLT-6 MU 3号 19-25ml/L
FLT-6 MU 4号 20-30ml/L
电流密度A/dm 2-10A
pH 3.8-5.5(4.8)
温度 50-58℃
阳极材料 纯镍
阳极和阴极比例 1.5-5.0:1.0
工作液搅拌方式 阴极移动搅拌或镀液循环流通搅拌
工作液净化方式 5微米滤芯（密度）
泵和槽 聚氯乙烯  聚苯乙烯
槽液维护与控制：
1、酸碱度调节
用50%氨水（分析纯）或者10%硫酸（分析纯）来控制溶液的酸碱度，加入这些试剂时，必需非常缓慢和稳定，避免局部酸碱度突然的增减。
2、添加剂的补加：
按照每200AH添加一次添加剂。各添加剂具体补加量如下表：
添加剂名称 补加量（200AH）
FLT-6 MU 1号 600ml
FLT-6 MU 2号 600-620ml
FLT-6 MU 3号 600ml
FLT-6 MU 4号 600ml

Claims (1)

1.一种连铸结晶器铜板／铜管的纳米Ni-Co-B镀层工艺，其工艺步骤如下：
1）配置槽液：
（1）取硫酸镍：180-230g/L、氯化镍：40-45 g/L、硫酸钴：45-55 g/L、硼酸：45-50 g/L、FLT-6 MU 1号：50-100ml/L、FLT-6 MU 2号：30-80ml/L、FLT-6 MU 3号：19-25ml/L、FLT-6 MU 4号：20-30ml/L； 
（2）加入总体积1/3的去离子水，加热到60-70℃；
（3）称取配方量的硼酸先溶解；
（4）分别取硫酸钴、硫酸镍、和氯化镍溶解于槽中；
（5）用1-3ml/l双氧水充分搅拌，然后加入高锰酸钾，静止4-8小时，加1-2g/l活性炭搅拌静止过滤，通电维持电流密度在0.1-0.15安培/平方分米8-12小时；
（6）加入FLT-6 MU 1号、FLT-6 MU2号，搅拌至溶液清晰透；
（7）继续搅拌，在搅拌中加入用5倍的去离子水稀释的FLT-6 MU 3号、FLT-6 MU4号，再添加去离子水至规定体积，调整镀液酸碱度在3.8-5.5之间，得到镀液备用； 
2）打磨：打磨方式是使用280#和400#水磨砂纸先后打磨铜板／铜管R角及四面，使其漏出基体表面，去掉表面氧化膜和油污；
3）除油:使用酸性的除油液，在室温条件下除油，至基体表面用水冲洗呈现水膜为止；
4）水洗:冲洗掉铜板／铜管表面的杂质，避免污染槽液；
5）装卡：将清洗后的铜板／铜管安装到电镀工作站上，将装有镍扣的钛阳极放入铜板／铜管内，再利用卡板将阳极固定，使阳极与铜板／铜管之间的距离控制在20mm之间；
6）去离子水:冲洗掉铜板／铜管表面的其他有害离子； 
7）活化:用盐酸浸泡铜板／铜管1-2分钟，去除铜板／铜管表面的氧化层，活化基体表面，增加铜板／铜管与镀层之间的结合力；
8）电镀: 利用潜水泵将镀液从镀槽中导入铜板／铜管，待铜板／铜管装满镀液后，连接导线，开启电流进行电镀；
电流的给定：按电镀铜板／铜管的面积，然后按照2-10A/平方分米的电流密度，计算给定电流；
9）水洗：电镀结束后将铜板／铜管卸下，用自来水冲洗掉铜板／铜管表面残留的镀液，得到纳米Ni-Co-B镀层的铜板／铜管。
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