电镀工艺设计.doc
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1、目 录一、电镀概述.41.1电镀定义 .41.2电镀分类.41.3电镀液 .51.4电镀的作用.5二、电镀铬 .62.1 镀铬工艺的特点.62.2 镀铬原理.7三、课程设计任务.83.1设计题目.83.2设计要求.9四、生产工艺设计 .104.1搭板零件的基本信息.104.2镀铬工艺流程设计.104.2.1镀前处理 .104.2.2镀铬 .124.2.3镀后处理 .124.2.4不合格镀层的退镀.134.3镀铬工艺卡片 .134.4常见故障及纠正方法 .16五、生产任务分析.175.1电镀时间分析.175.2生产产量分析.17六、生产设备设计.196.1挂具 .196.1.1形式和结构 .19
2、6.1.2外形尺寸 .206.1.3挂具组成 .216.1.4挂具的防护 .236.2镀槽 .236.2.1外形尺寸 .236.2.2镀槽选材 .256.2.3镀槽的注意事项.25七、产品质量检验和环保要求设计.267.1镀层质量检测 .267.1.1镀层外观检测.267.1.2镀层结合力测试.267.1.3镀层厚度测试.277.1.4镀层耐蚀性、显微硬度检测 .277.2环保措施 .28八、车间设计 .308.1车间工艺设计 .308.2车间组成及平面布局.308.3车间注意事项 .32心得体会 .33参考文献 .34一、电镀概述1.1电镀定义 电镀是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面
3、,以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。图1-1 电镀装置示意图1.2电镀分类1.按电镀镀层用途分类为:(1) 防护性镀层:利用镀层对基体进行防护,耐磨、防腐是其主要目的。(2) 防护-装饰性镀层:镀层的作用不仅是对基体的防护,而且还要求有一定的装饰性。(3) 功能性镀层:镀层具有特定功能和特定意义,如耐磨、减摩、导电等功能性镀层。 2.按镀层的电化学性质分类 (1)阳极性镀层。当镀层与基体金属形成腐蚀电池时,镀层首先腐蚀,当腐蚀达到基体材料时,镀层与基体会形成原电池,镀层作为阳极,先发生腐蚀起到电化学保护作用。 (2)阴极性镀层。镀层只能在镀层完整时具有保护作用,当镀层遭到破坏时会加速
4、基体腐蚀。 3.按所镀金属分类:镀镍、镀铬、镀锌、镀铜、镀合金、复合镀等1.3电镀液(1)主盐:是指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐,用于提供金属离子。主盐浓度应在一个适当的范围,同一条件下浓度升高,电流效率增高,沉积速度加快,镀层晶粒较粗,溶液分散能力下降。 (2)导电盐:是指提高溶液的电导率,对放电金属离子不起络合作用的碱金属或碱土金属的盐类。还会提高阴极极化,使镀层致密。(3)络合剂:能络合主盐中的金属离子形成络合物的物质。(4)缓冲剂:,一般由弱酸弱碱的酸式盐组成。用来稳定溶液酸碱度的物质。(5)添加剂:为了改善镀层性能的物质。可包括光亮剂、整平剂、润湿剂和抑雾剂。1.4电镀的
5、作用(1)提高金属零件在使用环境中的抗蚀性能;(2)装饰零件的外表,使其光亮美观;(3)提高零件的工作性能,如硬度、耐磨性、导电性及耐热性等。二、电镀铬 铬是微带蓝色的银白色金属,在大气中很稳定,能长期保持其光泽,在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐的溶液中及有机酸中非常稳定,但溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中。 镀铬层硬度高、耐磨性好、反光能力强、有较好的耐热性(480-500时开始氧化变色)。 电镀铬层包括:防护装饰性镀铬、镀硬铬、乳白铬、松孔镀铬、镀黑铬。2.1 镀铬工艺的特点从常用的铬酸电解液中电镀铬,其工艺特点如下:(1) 镀铬电解液的主要成分不是金属铬盐,而是铬酸。(2) 镀铬电解液中必须加入
6、少量具有催化作用的阴离子,如硫酸根、氟硅酸根等,才能使电镀过程正常进行。(3) 电解液的分散能力很低,不易得到均匀的镀层。(4) 镀铬使用的电流密度和电压较高,而电流效率低。(5) 阳极采用铅、铅-锑合金或铅-锡合金等不溶性阳极。镀铬工艺的存在问题:(1) 铬酸有较高的毒性,对人体的危害性大,其废气与废水必须经过专业处理。(2) 由于电流密度与电压高、电流效率低,因而电能消耗大。(3) 由于采用不溶性阳极,电解液须经常补充铬酸。(4) 由于阴极大量析氢,镀层和基体金属产生氢脆。2.2 镀铬原理目前工业上广泛使用铬酐(CrO3)和少量局外阴离子(SO42-或F-)组成的电解液,因此电镀铬的电极过
7、程主要是铬酸电解液的电镀铬电极过程。 电极反应: CrO3+H2OCr+H2+2O2 (2-1) 电镀过程中铬的存在形式一般为铬酸和重铬酸:2CrO3+H2OH2Cr2O7CrO3+H2OH2CrO4 铬酸在水溶液中分二步电离: H2CrO4HCrO4+H+ (2-2) HCrO4CrO24+H+ (2-3) 阴极过程: 2H+2eH2 (2-4) HCrO4+3H+6eCr+4OH (2-5) Cr2O72-+14H+6e2Cr3+7H2O (2-6)阳极过程: 2H2O-4e4H+O2 (2-7) 2Cr3+7H2O-6eCrO24+14H+ (2-8)三、课程设计任务3.1设计题目本课程
8、设计的题目为年产20万件的搭板表面镀铬生产工艺设计,其搭板零件图如图3-1所示:图3-1 搭板零件图对给定尺寸和生产任务的零件进行表面电镀处理,得到厚度约为8um的电镀层,并且依据产量的要求和相关的生产技术资料计算出电镀生产所用的相关设备尺寸,制定合理的生产工艺流程。在以上工作的基础上绘制出镀槽和挂具零件图,以及简易的车间平面布置图,完成课程设计的说明书。3.2设计要求(1)根据设计内容制定出相应的生产工艺流程,要求每个环节中所用的电镀生产原料和设备类型必须确定,完成生产工艺卡片。(2)根据产品的尺寸和生产纲领,计算出所需的电镀设备的尺寸规格,并画出镀槽的零件图。(3)设计挂具的形状并计算尺寸
9、,画出挂具的零件图。(4)在以上工作的基础上,参阅车间设计的相关要求完成车间平面简图的绘制,其中,设备的顺序、间距、环保设施等必须通过计算制定。(5)完成设计说明书,其中包括相关的计算和分析过程。四、生产工艺设计4.1搭板零件的基本信息搭板的有效电镀面积S:S=2(312040+2120102/-23.14102)+22120+6240+42102/+2223.1410=3.6dm2搭板的体积V:V=3212040-223.14102+22120102/=34.33cm3搭板的质量m:r=7.85g/cm3m=V=7.8534.33=269.49g=0.27kg4.2镀铬工艺流程设计 根据设计
10、任务要求:在20钢为基材的搭板上镀8um镀铬层。由于一般性镀铬厚度为3-5um,超过5um镀层易产生裂纹而影响镀层的防护功能和稳定性。故采用单层微裂纹铬,利用含30%锡的铅锡合金作为不溶性阳极。其流程为:挂装化学抛光水洗化学除油热水洗冷水洗阳极电解除油热水洗冷水洗浸酸水洗氰化物镀铜水洗镀光亮镍水洗镀铬水洗烘干除氢卸装包装4.2.1镀前处理抛光:化学抛光电镀之前为了使表面较为光滑,以便镀后外观较光亮,并且去除零件加工过程中产生的毛刺和卷边,一般利用抛光是电镀表面能达到要求。抛光可以采用机械抛光、化学抛光和电抛光。对于搭板而言,零件外形简单并且没有尖锐的棱角,故为了充分利用机械自动化流水过程而采用
11、化学抛光,零件一旦挂装后即可进行流水生产。化学抛光除了能赋予表面光滑和光泽外,还可以消除表面的冷作硬化层、减少显微毛糙、改善摩擦和减少磨损量等。但对表面有一定的溶解并可能消除型面上的棱角,故零件加工时须考虑尺寸和形状裕量并且抛光时间不能过长。除油:化学除油和阳极电解除油为了确保镀层的均匀和与基体的完全结合。镀前一般 采用除油处理,以产生十分清洁的表面,能使电镀溶液完整的润湿被镀表面,而不致使镀层架在薄油膜上或被局部绝缘。零件表面在加工和保存过程中一定会被油污沾染,故先采用化学除油将零件表面的绝大部分油污清除。为了彻底清除表面的油污,化学除油后须采用电解除油,因电解除油过程会产生气泡,利用弥散的
12、气泡搅动表面的油污,当气泡破裂时产生 的力撕裂油膜达到除油的效果。除锈活化:酸浸蚀 在机械加工和除油过程易在表面产生薄氧化层或钝化层,为了使基体金属的新鲜表面完全暴露以便电镀的电沉积和传质的进行,采用酸浸蚀,因酸蚀后表面较为敏感故不宜在空气中久留。4.2.2电镀预镀铜底层:氰化物镀铜由于镀层厚度达到8um,厚度较大镀铬层与基体的结合力不足以支撑如此厚的镀层,故采用预镀以增强镀层与基体的结合力。铜与钢铁材料的基体的结合力较一般的镀层结合力大,氰化物电解液的优点是分散能力和覆盖能力好,结晶细致,与基体结合力好,镀液呈碱性有一定的去污能力,钢铁件进行电镀,电解液成分简单,易维护。但缺点是电解液的氰化
13、物剧毒,电镀产生的废水、废气对环境和操作人员身体都带来不利影响,污染环境;电解液的稳定性差,氰化物能分解成碳酸盐在镀液中沉积,有一定的副作用。镀装饰性光亮镍为了增加镀件的光泽度,使其外观光亮,在镀铬前镀上一层光亮镍可以使零件装饰性增加,还可以提高镀层的硬度,便于实现自动化生产。但镀光亮镍层中含硫,内应力和脆性较大,耐蚀性较差。镀单层微裂纹铬由于镀层厚度达到8um,而镀铬层超过5um时会产生网状裂纹,大大降低了防护-装饰性铬的抗蚀性能。采用镀微裂纹铬可以在达到8um厚度的同时大大减少裂纹的出现。4.2.3镀后处理 镀铬层的耐蚀性较好,在室温的大气环境中的不易产生腐蚀,故不须采用钝化处理,但镀铬零
14、件易产生氢脆现象,因而必须采取除氢处理。采用烘烤箱处理不仅可以加快零件的烘干速度,还可以在一定的温度下除去零件中的氢。一般工作温度达到250的电热鼓风干燥箱可以干燥和进行除氢处理。4.2.4不合格镀层的退镀 电镀过程中不可避免出现残次品,因而必须对不合格镀件进行退镀处理,使零件可以回收使用。一般采用化学退镀的方法。其配方如表4-1所示:表4-1 化学退镀配方盐酸:水 1:1温度: 室温时间: 退净为止 4.3镀铬工艺卡片 根据设计要求及生产要求选择合适的配方指定如表4-2所示的工艺卡片表4-2一般防护-装饰性镀铬工艺卡片序号工序名称配方及其他(温度、时间、配方)1化学抛光组分 g/l30%H2
15、O2 35-40苯甲酸 0.5-1.0NH4HF2 10CO(NH2)2 206501洗净剂 0.2-0.4pH 2.1温度 15-30时间 1-2.5min 2冷水洗H2O温度 室温时间 0.3min3化学除油组分 g/lNaOH 20-30 Na3PO4.12H2O 30-40 Na2CO3 30-40 OP-乳化剂 2-4 温度 80-90 时间 10min4热水洗H2O温度 70-90时间 0.5min5冷水洗H2O温度 室温时间 0.3min6阳极电解除油组分 g/lNaOH 40-60 Na3PO4.12H2O 15-30 Na2CO3 50Na2SiO3 3-5温度 70-80
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