CN105177656B - 一种结晶器铜管电镀铬的单质镍过渡层 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结晶器铜管电镀铬的单质镍过渡层，所述单质镍过渡层位于结晶器铜管与电镀铬层之间，镀层厚度约3‑4μm，该过渡层包括镍与铜管之间形成的镍铜冶金结合层、纯镍层以及镍与铬形成的镍铬冶金结合层三层结构；该过渡层通过电镀镀覆在结晶器铜管上，所述电镀采用的镀液成分为：氨基磺酸镍500‑600g/L，硫酸镍25‑35g/L，十二烷基硫酸钠55‑65g/L；电镀工艺为：pH4‑6，镀液温度约45‑55℃，阴极电流密度4.5‑6.5A/dm2，浸镀时间约10‑20min。

Description

一种结晶器铜管电镀铬的单质镍过渡层
技术领域
本发明涉及电镀技术领域，尤其涉及一种结晶器铜管电镀铬的单质镍过渡层。
背景技术
结晶器是冶炼厂连铸机的重要组成部分，而结晶器铜管又是结晶器上的重要部件。由于高温钢水直接流经结晶器铜管，为使连铸作业过程稳定，又保障设备及操作人员安全，就要求结晶器铜管具有良好的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性能。通过在铜管内壁镀铬生产出具有硬铬镀层的结晶器铜管，因可大大提高结晶器铜管的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性能，且生产工艺简单、效率高、成本低，而得到较普遍的应用。但是，内壁镀有硬铬的结晶器铜管，在连铸生产过程中容易发生镀层脱落，从而缩短结晶器铜管的使用寿命。其原因是铜基体与硬铬镀层之间物理性能差别较大，特别是它们的热膨胀系数和硬度差别较大，难以适应连铸生产过程的温度环境变化。
CN1804144A公开了一种具有过渡铬镀层和硬铬镀层的结合晶器铜管，它包括有基体铜管和置于铜管内表面的硬铬镀层，其特征在于在铜管内壁与表面硬铬镀层之间设有过渡铬镀层，该过渡铬镀层的热膨胀系数在1.68×10-5/℃至0.84×10-5/℃之间，硬度在HV450至HV950之间。虽然该专利申请注意了镀层剥落的问题，其也采用了适当的解决方式，即采用镀铬过渡层的方法，但其过渡层依然为铬，其仍然没有从根本上解决铬与铜两种不同的材料差异导致的剥落问题，因此其使用效果仍不是十分理想。
CN1465753A也公开了一种结晶器内表面电镀方法，其采用镍钴合金作为过渡层，虽然也解决了铬和铜的材料性能差异的问题，但由于其采用合金镀层，镀液成分复杂，电镀工艺要求高，且合金镀层的合金成分不温度，不易精确一致性控制，因此也存在镀层不一致，不稳定的缺陷。
现有技术中还有采用镍与其它金属组成合金作为过渡层的报道，但与上述专利类似，均需要配置复杂的合金镀液，电镀工艺控制要求高，且镀层不稳定，不一致。现有技术中尚未见仅采用镍作为过渡层的报道。
发明内容
本发明的目的在于提出一种结晶器铜管电镀铬的单质镍过渡层。采用该单质镍过渡层，即能实现镀层与基体的结合力良好，从而从根本上解决铬与铜材料差异导致的剥落问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种结晶器铜管电镀铬的单质镍过渡层，所述单质镍过渡层位于结晶器铜管与电镀铬层之间，镀层厚度约3-4μm，该过渡层包括镍与铜管之间形成的镍铜冶金结合层、纯镍层以及镍与铬形成的镍铬冶金结合层三层结构；该过渡层通过电镀镀覆在结晶器铜管上，所述电镀采用的镀液成分为：氨基磺酸镍500-600g/L，硫酸镍25-35g/L，十二烷基硫酸钠55-65g/L；电镀工艺为：pH4-6，镀液温度约45-55℃，阴极电流密度4.5-6.5A/dm2，浸镀时间约10-20min。
本发明仅采用单质镍作为过渡层，由于单质镍并没有与其它元素形成合金，更容易使得电镀后的镍与铜管及后续的镀铬层分别形成合金结合的冶金过渡层，即在铜管和镍之间具有铜镍结合层，而在镍和后续镀铬层之间具有镍镍铬合金的结合层，实质上从最里层的铜到最外层的铬具有铜、铜镍合金、镍、镍铬合金、镀铬层五层结构，从而实现热膨胀系数的完美过渡。
本发明控制过渡层厚度为3-4μm，低于3微米将导致过渡效果不明显，特别是不能实现与铜及后续镀层形成完美的过渡层结构，而高于4μm，一是导致效率低，成本高，更为重要的是将由于过渡层过厚而不能使热膨胀系数实现铜至后续镀层的连续过渡，反而不利于抗剥落性能。
上述电镀单质镍过渡层可以作为除电镀铬外其他后续电镀层的过渡层，如后续钴合金、钨合金等。
举例但不限于此的一种后续镀铬层可以采用如下组分和工艺：镀铬层的镀液成分为：铬酐140-150g/l、硫酸1.0-1.2g/l、硫酸铬5-7g/l、甲酸3-5g/l、硫酸钠6-8g/l；电镀铬层的工艺为：pH3.5-4，在温度为35-45℃，电流密度为44-48A/dm2，电镀时间30-40min。
本发明的有益效果是：
1.而经实际使用比较，与不采用过渡层或采用铬过渡层或采用镍合金的过渡层制备的结晶器铜管相比较，使用寿命可以延长50%以上。
2.本发明的镍单质过渡层，创造性的采用了有机镍盐氨基磺酸镍和无机镍盐硫酸镍的组合，且确定了二者的配比，有机镍盐的比例要显著高于无机镍盐，实验表明，氨基磺酸镍高于600g/L，或者硫酸镍高于35g/L，将导致过渡层与后续镀层的结合力不佳，而氨基磺酸镍低于500g/L，或者硫酸镍低于25g/L，将导致过渡层与基体的结合效果不好，过渡层不致密。
3.本发明过渡层镀液成分简单，仅由三种组分组成，添加其它组分将导致成本增加，性能却没有明显提高，且组分越复杂，不可控因素越多，越导致过渡层性能不稳定。而这三种组分，缺少任意一种将导致镀层性能急剧恶化，达不到作为过渡层的要求和与其效果，甚至不能形成镀层。因此，本发明工艺镀液配制简单，控制容易，操作方便。与电镀镍合金过渡层的工艺相比，成本降低约40%。
具体实施方式
实施例一
一种结晶器铜管电镀铬的单质镍过渡层，所述单质镍过渡层位于结晶器铜管与电镀铬层之间，镀层厚度约3μm，该过渡层包括镍与铜管之间形成的镍铜冶金结合层、纯镍层以及镍与铬形成的镍铬冶金结合层三层结构；该过渡层通过电镀镀覆在结晶器铜管上，所述电镀采用的镀液成分为：氨基磺酸镍500g/L，硫酸镍35g/L，十二烷基硫酸钠55g/L；电镀工艺为：pH4，镀液温度55℃，阴极电流密度4.5A/dm2，浸镀时间20min。
与该过渡层配合的后续镀层采用的组分和工艺为：镀铬层的镀液成分为：铬酐140g/l、硫酸1.2g/l、硫酸铬5g/l、甲酸5g/l、硫酸钠6g/l；电镀铬层的工艺为：pH3.5，在温度为45℃，电流密度为44A/dm2，电镀时间40min。
实施例二
一种结晶器铜管电镀铬的单质镍过渡层，所述单质镍过渡层位于结晶器铜管与电镀铬层之间，镀层厚度约4μm，该过渡层包括镍与铜管之间形成的镍铜冶金结合层、纯镍层以及镍与铬形成的镍铬冶金结合层三层结构；该过渡层通过电镀镀覆在结晶器铜管上，所述电镀采用的镀液成分为：氨基磺酸镍600g/L，硫酸镍25g/L，十二烷基硫酸钠65g/L；电镀工艺为：pH6，镀液温度45℃，阴极电流密度6.5A/dm2，浸镀时间10min。
与该过渡层配合的后续镀层采用的组分和工艺为：镀铬层的镀液成分为：铬酐150g/l、硫酸1.0g/l、硫酸铬7g/l、甲酸3g/l、硫酸钠8g/l；电镀铬层的工艺为：pH4，在温度为35℃，电流密度为48A/dm2，电镀时间30min。
实施例三
一种结晶器铜管电镀铬的单质镍过渡层，所述单质镍过渡层位于结晶器铜管与电镀铬层之间，镀层厚度约3.5μm，该过渡层包括镍与铜管之间形成的镍铜冶金结合层、纯镍层以及镍与铬形成的镍铬冶金结合层三层结构；该过渡层通过电镀镀覆在结晶器铜管上，所述电镀采用的镀液成分为：氨基磺酸镍550g/L，硫酸镍30g/L，十二烷基硫酸钠60g/L；电镀工艺为：pH5，镀液温度50℃，阴极电流密度5A/dm2，浸镀时间15min。
与该过渡层配合的后续镀层采用的组分和工艺为：镀铬层的镀液成分为：铬酐145g/l、硫酸1.1g/l、硫酸铬6g/l、甲酸4g/l、硫酸钠7g/l；电镀铬层的工艺为：pH4，在温度为40℃，电流密度为46A/dm2，电镀时间35min。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (1)

1.一种结晶器铜管电镀铬的单质镍过渡层，其特征在于：所述单质镍过渡层位于结晶器铜管与电镀铬层之间，镀层厚度3.5μm，该过渡层包括镍与铜管之间形成的镍铜冶金结合层、纯镍层以及镍与铬形成的镍铬冶金结合层三层结构；该过渡层通过电镀镀覆在结晶器铜管上，所述电镀采用的镀液成分为：氨基磺酸镍550g/L，硫酸镍30g/L，十二烷基硫酸钠60g/L；电镀工艺为：pH=5，镀液温度50℃，阴极电流密度5A/dm2，浸镀时间15min。
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