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结晶器电镀镍铁合金镀层工艺研究及应用

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-16  浏览次数:806
核心提示:通过对铬锆铜板大方坯结晶器电镀镍铁合金镀层前处理工艺、电镀工艺、绝缘装挂方法、镀液和镀层分析方法的研究,确定了铬锆铜板大方坯结晶器电镀镍铁合金镀层的生产工艺方法。

 前言

结晶器在连铸生产中是一个非常关键的部件,其基体材料、内表面镀层的种类、镀层质量及装配质量是影响结晶器使用寿命及连铸产品质量和产量的重要因素。包钢炼钢厂连铸生产使用的大方坯结晶器自投产以来,一直使用的是银铜合金板,其抗拉强度为200—250N/mm²,硬度为45—80HV。表面处理采用电镀硬铬镀层,镀层厚度为0.08一0.10mm。在钢水浇铸过程中,由于基材抗拉强度和硬度较低,容易使角缝超差,造成钢坯产生毛边。同时,镀铬层在高温下硬度下降,耐磨性降低,造成拉钢过程中基体磨损增加,降低了结晶器的使用寿命,过钢量仅为3000—6000t。不仅影响钢坯质量,同时也影响了经济效益。2001年,炼钢厂开始使用河南西峡龙成冶材集团生产的基材为铬锆铜板表面为厚镍铁合金镀层的大方坯结晶器,其母材抗拉强度>410—420N/mm²,硬度为125—150HV,镍铁合金镀层厚度上部为0.5mm,下部1.5mm。由于基材的高强度和厚镍铁合金镀层,其过钢量为银铜板大方坯结晶器的3—4倍,使结晶器一次过钢量超过1×104t,成为银铜板大方坯结晶器的换代产品。

1 前处理工艺

在铜及铜合金表面电镀厚镍铁合金镀层,用常规前处理方法,镀层与基体的结合力均达不到要求。在参阅国内外前处理工艺的基础上,通过多次试验,确定了铬锆铜板大方坯结晶器镀前处理的工艺方法,即在一般的镀前处理方法基础上增加喷砂和特殊的酸活化工序。喷砂工序采用l8—24目的硅铝砂,在0.6一0.8MPa的压力下,对受镀表面进行喷砂处理。酸活化工序采用45%一55%的x酸和18%—20%的Y酸对喷砂表面进行活化处理,然后再电镀镍铁合金,确保了镀层与基体的结合强度。

2 电镀工艺

在镍铁合金电镀工艺中,氨基磺酸盐体系镀出的镍铁合金镀层应力较低,由于该工艺成本高,溶液维护复杂,根据包头钢铁电气公司电镀厂设备和人员的情况,选择了成本低,溶液稳定性好,调整控制较容易的硫酸盐镍铁合金镀液体系。虽然该体系镀出的镍铁合金镀层比氨基磺酸盐体系镀出的镍铁合金镀层应力大,但通过添加一定比例的低应力剂,完全能与氨基磺酸盐比美。在比较了现有镍铁合金电镀工艺的基础上[1~2],通过反复试验,确定了镍铁合金电镀工艺为:硫酸镍200—250g/L,氯化镍l0—15g/L,硫酸亚铁4—10 g/L,硼酸30—40g/L,润湿剂3—5mL/L,稳定剂1—2 mL/L,低应力剂3—5 mL/L,pH值2.5—3.0,温度55—65℃,电流密度2—3A/dm²,Sk:Sa 1:2,阴极移动1m/min,需循环过滤。

3 镀液成分和工艺参数

铬锆铜板大方坯结晶器上镍铁合金镀层的厚度是常规镍铁合金镀层厚度的几十倍,机械加工前镀层的厚度要达到2mm左右,同时镀层中铁含量必须控制在6%—8%。在镍铁合金电镀生产中,镀液中的镍离子和铁离子的含量决定着镀层中铁的含量,而镀层中铁的含量又决定着镀层的硬度、韧性及应力,从而决定着镀层的耐磨性和镀层与基体的结合力。根据工艺要求,电镀溶液中镍离子的含量应控制在46—48g/L,Fe ²﹢的含量应控制在0.8—1.0g,/L,以保证镀层中铁的含量。因此。每天必须对镀液和同槽电镀的试样镀层进行分析,根据分析结果及时调整镀液的各种成分,以控制镀液成分及镀层中铁的含量。

电镀生产中的电流、温度、pH值、搅拌、阴极移动、时间等参数,对镀层质量影响较大,必须严格控制。通过试验和分析发现。随着镀液pH值和温度的升高,镀层中铁含量增加,而随着电流密度的增加,镀层中铁含量下降。因此通过反复试验。确定了镍铁合金电镀生产较佳的工艺参数为:pH值2.5—2.8,温度58—62℃,阴极电流密度2.0—2.5A/dm²。在镍铁合金电镀生产中,采用PHS-3C精密酸度计,随时监测镀液pH值,同时配以恒流添加仪,定时定量补充酸液,以维持镀液pH值。采用WTZ-288电接点式压力温度控制仪,控制蒸汽和冷水流量,以保证镀液温度,并严格控制电流密度。同时通过观察、测试和分析同槽电镀的试样镀层,根据镀层铁含量及应力情况,及时补充添加剂,以保证镀层表面光洁度、针孔及应力处在最佳范围。

4 镀液及镀层分析

建立准确和快速的镀液及镀层分析方法,对于保证生产的顺利进行,镀出质量合格的镍铁合金镀层是至关重要的。为此,通过查阅资料和试验分析,建立了准确的镀液及镀层分析方法。

4.1镀液分析方法

在镀液分析中,需要分析的镀液成分有:镍离子、氯离子、二价铁离子、三价铁离子、硼酸等。

(1)镍离子的测定取镀液5mL,放入250mL锥形瓶中,加水70mL,滴加氧化剂1—2mL,煮沸,冷却放入100mL容量瓶中稀释至刻度,摇匀。干纸过滤取20mL,放入250mL锥形瓶中,加水70mL,加pH=10的缓冲液10mL,指示剂0.1g,用标准0.05mol EDTA溶液滴定至紫红色为止。

(2)氯离子的测定取镀液5mL,放于250mL锥形瓶中,加氨水调至碱性,滴加氧化剂数滴,加热煮沸。冷却放入100mL容量瓶中稀释至刻度,摇匀。干纸过滤取20mL,放入250mL锥形瓶中,加水80mL,用1:1的硝酸调至溶液pH值至4—7之间,然后加指示剂3—5滴,用标准0.1mol硝酸银滴定至白色沉淀略带红色为止。

(3)铁离子的测定取镀液2mL,放于250mL的锥形瓶中,加水10mL,加1:1盐酸6mL,氧化剂0.5g,在电炉上加热蒸发至10mL,冷却,加入还原剂2g,立即加入约70℃的热水50mL和1mL指示剂,用0.01mol硫代硫酸钠标准溶液滴定至兰色消失为止。

(4)硼酸的测定取镀液1mL,放于250mL的锥形瓶中,加水40mL,草酸钠1g,摇匀,再加络合剂1g,摇至完全溶解后,加酚红4滴,摇匀加指示剂3滴,用0.1mol氢氧化钠溶液滴至灰兰色稍显红色为止。

4.2 镀层分析方法

(1)镍的测定称取试样0.5g,放于250mL锥形瓶中,加硝酸15mL加热溶解煮沸,冷却,移入100mL容量瓶中,加水稀释至刻度。

吸取上液10mL于250mL锥形瓶中,加水60mL,滴加氨水呈绿色碱性溶液,加入三乙醇胺2—5mL,加缓冲液10mL,加指示剂少许,用0.05mol EDTA溶液滴至紫色为止。

(2)滴定度求法称取分析纯镍粒或镍粉0.5g,加硝酸溶解,如不溶,加过氯酸10mL冒白烟,冷却后移入100mL容量瓶中,加水稀至刻度。

5 工装设计

电镀工装设计是否合理,绝缘方法及材料选择是否恰当,对于提高生产效率,节约能源和原材料,获得良好镀层,均具有重要意义。由于电镀硬铬与电镀镍铁合金的性能相差较大,因此,大方坯结晶器电镀硬铬的工装设计无法用在电镀镍铁合金上,必须重新设计。

大方坯结晶器受镀面积的外形比较复杂,特别是内、外弧板。为了保证镀层厚度尽可能均匀,特别是45°倒角与弧面过度部位的镀层厚度及工件边角部分无烧焦和结瘤现象。另外在工装设计时,必须同时考虑保护阴极和阳极。

由于镍铁合金镀液深度能力好,电流效率高,金属外露部分及镀液能接触到的部分,几乎都能镀上。特别是尖端部分,电镀3—4d后,镀层最厚可达50mm以上。不仅降低了工作效率,而且浪费了大量的原材料,因此对非受镀表面必须绝缘好。采用耐酸碱塑料胶带,将非受镀表面全部贴住。对于保护阴极尽量采用绝缘材料如PVC板,玻璃丝板等。对于金属保护阴极,尽量减小外露部分,以减少原材料损失。通过多次试验,设计出适合铬锆铜板大方坯结晶器电镀厚镍铁合金的工装工序。

6 结论

经过工艺试验研究及试生产,确定了铬锫铜板大方坯结晶器电镀镍铁合金镀层的工艺方法。其工艺流程为:镀前验收一尺寸测量一有机溶剂除油一装挂一化学除油一热水洗一冷水洗一喷砂一电化学除油一热水洗一冷水洗一绝缘一活化l一冷水洗一活化2一冷水洗一纯水洗一电镀镍铁合金一冷水洗一卸挂具清理绝缘物一检测一烘干一入库。

在铬锆铜板大方坯结晶器电镀镍铁合金生产中,由于镀液成分及电镀工艺参数对镀层质量影响较大,因此在生产中,每天必须对镀液成分和同槽电镀的试样镀层进行分析。根据分析化验结果,及时调整镀液成分,控制pH值、温度、电流密度等工艺参数,确保镀层各项指标符合质量标准。

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