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喷射电铸技术在结晶器铜板及铜管上的应用
中国表面处理网 2014/08/12

 0.引言喷射电铸是利用高压泵将高浓度的电解液,以一定的流量和流速通过空腹阳极表面上的小孔喷向阴极表面,在高密度直流电流的作用下,在阴极表面实现金属快速沉积。喷射电铸时,由于高浓度的电解液是以一定的流量和流速喷向阴极表面,极大的提高了金属离子迁移的速率,能够稳定阴极表面金属离子的浓度,由于电解液的高速冲击不仅对铸层进行了机械活化,还能够及时清除阴极表面产生的气泡,而且还降低了浓差极化及扩散层的厚度,从而可以极大提高了阴极的电流密度,极大提高了铸层的质量及铸层的沉积速率。由电沉积理论可知:

    1)晶核的形成与晶粒的长大是同时进行的,只有晶核形成速度大于晶粒长大速度,晶粒才能得到细化。

    2)只有提高阴极的电流密度,才能使铸层的晶粒细化,晶粒尺寸减小,从而获得显微硬度较大的铸层。

    3)若要提高阴极的电流密度,必须提高电解液的金属离子浓度,并确保阴极表面金属离子浓度的稳定。因为喷射电铸所沉积的铸层晶粒尺寸单位为纳米,而普通电铸所沉积的铸层晶粒尺寸单位为微米。所以,喷射电铸所沉积的铸层与而普通电铸所沉积的铸层相比,在耐磨性、结合力、显微硬度等方面都具有很大的优势。

    1.结晶器宽面铜板组箱喷射电铸镍钴合金

    工艺特点简介:本工艺集结晶器宽面铜板组箱电镀工艺和喷射电铸工艺的优点与一身,喷射电铸后的结晶器宽面铜板周边棱角部位无结瘤,铸层晶粒细小,晶粒的平均尺寸为60nm,铸层表面平滑致密,显微硬度较高,沉积速率较高、耐磨性较强、无针孔、无缺陷,铸层与基体的结合力较强。喷射电铸10小时铸层的平均厚度大于2mm。

    设备及工装:将现有的组箱电镀站的回流系统略加改造即可,将阳极做成组合式空腹喷射阳极,阳极材质为2mm钛板,阳极尺寸为1200mm*180mm*80,阳极表面钻若干个1mm小孔。阳极滤袋采用丙纶拉绒滤布缝制。高频开关电镀电源:电压0-300v,电流0-30000A。碟片式过滤机:30T/h。

    1).溶液成分:

    氨基磺酸镍(以Ni2+计)124g/L

    氨基磺酸钴(以Co2+计)16g/L

    镀液中Ni2++Co2+=140g/L

    溴化镍(NiBr2·6H2O)10g/L

    氯化镍(NiCl2·6H20)10g/L

    硼酸(H3BO3)50g/L

    低泡润湿剂2.5mL/L

    2).操作条件:

    PH值4

    温度:60℃±2

    比重:1.4

    阴极电流密度8A/dm2

    注:溴化镍(NiBr2·6H2O)与氯化镍(NiCl2·6H20)任选一种氨基磺酸钴采用连续添加方式进行添加。

    2.结晶器窄面铜板组箱喷射电铸镍钴钨合金

    工艺特点简介:本工艺集结晶器宽面铜板组箱电镀工艺和喷射电铸工艺的优点与一身,喷射电铸后的结晶器宽面铜板周边棱角部位无结瘤,铸层晶粒细小,晶粒的平均尺寸为60nm,铸层表面平滑致密,显微硬度较高,沉积速率较高、耐磨性较强、无针孔、无缺陷,铸层与基体的结合力较强。喷射电铸10小时铸层的平均厚度大于2mm。非常适合大倒角窄面铜板铸层的修复。

    设备及工装:根据窄面铜板的宽度确定窄面铜板组箱电铸工装的尺寸,将阳极做成组合式空腹喷射阳极,阳极材质为2mm钛板,阳极尺寸为1200mm*180mm*80,阳极表面钻若干个1mm小孔。阳极滤袋采用丙纶拉绒滤布缝制,高频开关电镀电源:电压0-15v,电流0-3000A。碟片式过滤机:30T/h。

    1).溶液成分:

    氨基磺酸镍(以Ni2+计)100g/L

    氨基磺酸钴(以Co2+计)15g/L

    钨酸钠45g/L

    柠檬酸钠90g/L

    镀液中Ni2++Co2+=115g/L

    溴化镍(NiBr2·6H2O)10g/L

    氯化镍(NiCl2·6H20)10g/L

    硼酸(H3BO3)50g/L

    低泡润湿剂2.5mL/L

    2).操作条件:

    PH值6

    温度:60℃±2

    比重:1.4

    阴极电流密度12A/dm2注:溴化镍(NiBr2·6H2O)与氯化镍(NiCl2·6H20)任选一种氨基磺酸钴与钨酸钠分别采用连续添加方式进行添加。

    3.结晶器宽面铜板与窄面铜板组箱喷射电铸铜

    工艺特点简介:本工艺适用与报废的结晶器铜板整体厚度电铸铜的修复,喷射电铸铜后的结晶器宽面铜板周边棱角部位无结瘤,铸层晶粒细小,晶粒的平均尺寸为60nm,铸层表面平滑致密,显微硬度较高,沉积速率较高、、无针孔、无缺陷,铸层与基体的结合力较强。铸层与轧制的铜板相比,在硬度、软化温度、抗拉强度、屈服强度等方面均有很大幅度的提高,完全能够满足板坯连铸的使用条件。喷射电铸25小时铸层的平均厚度大于10mm。

    设备及工装:将现有的组箱电镀站的回流系统略加改造即可,将阳极做成组合式空腹喷射阳极,阳极材质为2mm钛板,阳极尺寸为1200mm*180mm*80,阳极表面钻若干个1mm小孔。阳极滤袋采用丙纶拉绒滤布缝制,高频开关电镀电源:电压0-300v,电流0-30000A。碟片式过滤机:30T/h。

    硫酸铜工艺

    1).溶液成分:

    硫酸铜300g/L

    硫酸70g/L

    氯离子70mg/L

    2).操作条件:

    温度53℃±2

    阴极电流密度12A/dm2

    PH值

    阳极:铜珠中磷的质量分数为0.04%

    焦磷酸铜工艺

    1).溶液成分:

    焦磷酸铜:95g/L

    焦磷酸钾:400g/L

    硝酸钾:20g/L

    氢氧化铵:2.5ml/L

    2).操作条件:

    PH值:8.2

    P比6.4

    镀液温度55℃

    阴极电流密度:6A/dm2

    阳极:纯铜珠或纯铜角

    4.结晶器铜管内表面喷射电铸镍钴钨合金

    设备及工装:结晶器铜管上下口密封装置、组合式空腹仿形喷射阳极,阳极材质为2mm钛板,阳极尺寸根据结晶器铜管尺寸制作,阳极四周表面钻若干个1mm小孔。

    工艺特点简介:本工艺适用与结晶器铜管内表面耐磨层的制备,喷射电铸后的结晶器铜管内角与周边部位铸层厚度相同,铸层晶粒细小,晶粒的平均尺寸为60nm,铸层表面平滑致密,显微硬度极高,沉积速率较高、耐磨性极强、无针孔、无缺陷,铸层与基体的结合力较强。喷射电铸1小时铸层的平均厚度大于0.5mm。

    1).溶液成分:

    氨基磺酸镍(以Ni2+计)100g/L

    氨基磺酸钴(以Co2+计)15g/L

    钨酸钠45g/L

    柠檬酸钠90g/L

    镀液中Ni2++Co2+=115g/L

    溴化镍(NiBr2·6H2O)10g/L

    氯化镍(NiCl2·6H20)10g/L

    硼酸(H3BO3)50g/L

    低泡润湿剂2.5mL/L

    2).操作条件:PH值6

    温度:60℃±2

    比重:1.4

    阴极电流密度12A/dm2

    注:溴化镍(NiBr2·6H2O)与氯化镍(NiCl2·6H20)任选一种氨基磺酸钴与钨酸钠分别采用连续添加方式进行添加。

    5.结晶器铜管外表面喷射电铸铜

    设备及工装:结晶器铜管上下口密封装置、组合式空腹仿形喷射阳极,阳极材质为2mm钛板,阳极尺寸根据结晶器铜管尺寸制作,阳极四周表面钻若干个1mm小孔。

    工艺特点简介:本工艺适用与结晶器铜管外表面尺寸修复铸层的制备,喷射电铸后的结晶器铜管外角与周边部位铸层厚度相同,铸层晶粒细小,晶粒的平均尺寸为60nm,铸层表面平滑致密,沉积速率较高、无针孔、无缺陷,铸层与基体的结合力较强。喷射电铸6小时铸层的平均厚度大于2mm。非常适合大口径的矩形铜管及H型铜管外表面尺寸的修复。

    硫酸铜工艺

    1).溶液成分:

    硫酸铜300g/L

    硫酸70g/L

    氯离子70mg/L

    2).操作条件:

    温度53℃±2

    阴极电流密度12A/dm2

    PH值

    阳极:铜珠中磷的质量分数为0.04%

    焦磷酸铜工艺

    1).溶液成分:

    焦磷酸铜:95g/L

    焦磷酸钾:400g/L

    硝酸钾:20g/L

    氢氧化铵:2.5ml/L

    2).操作条件:

    PH值:8.2

    P比6.4

    镀液温度55℃

    阴极电流密度:6A/dm2

    阳极:纯铜珠或纯铜角

    6.结晶器铜管内表面喷射电铸硬铬

    设备及工装:结晶器铜管上下口密封装置、空腹仿形喷射阳极,阳极材质由12mm铅锑合金或铅锡合金板焊接而成,阳极尺寸根据结晶器铜管尺寸制作,阳极四周表面钻若干个1mm小孔。

    工艺特点简介:利用电铸槽内电解液温度的变化,在结晶器铜管内壁上连续进行软铬层和硬铬层的喷射电铸,在整体铸层中,由于有软铬层的存在,有效地降低了铜基体与硬铬层之间的内应力,增强了结晶器铜管内表面与镀层的结合力,遏制了硬铬铸层的脱落倾向,喷射电铸后的结晶器铜管内角与周边部位铸层厚度相同,铸层晶粒细小,晶粒的平均尺寸为60nm,铸层表面平滑致密,显微硬度极高,沉积速率较高、耐磨性极强、无针孔、无缺陷,铸层与基体的结合力较强。喷射电铸1小时铸层的平均厚度大于0.03mm。

    操作过程简介:

    反刻溶液组成:铬酸酐:130g/L;硫酸:1.3g/L;缓蚀剂:13ml/L;

    反刻操作条件:温度:55℃;电流密度60A/dm2;时间:1-1.5分钟。

    1).电铸溶液成分:

    铬酸酐:260g/L

    硫酸:2.6g/L

    三价铬:5g/L

    2).电铸操作条件:

    阴极电流密度:45A/dm2温度:电流调整后,电铸溶液在20分钟内由80℃平缓降至55℃±1

    结束语:喷射电铸是实现高速沉积、晶粒细小、硬度较高、耐磨性较强的铸层工艺,与普通的电铸工艺相比,它的优点极为突出,应用领域也极为广泛。目前,国内喷射电铸技术在结晶器铜板及铜管上的应用还处在初级阶段,随着工艺技术的不断完善,结晶器铜板及铜管喷射电铸工艺将会逐步取代普通的结晶器铜板及铜管电铸工艺。

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