【doc】稀土镀铬添加剂在扳手电镀生产线上的应用.doc

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1、稀土镀铬添加剂在扳手电镀生产线上的应用一|稀土镀生产线上的应用430064武汉市日用五盒工业科研所董兴华(一鼻本文介绍了稀土曝加痢及其在装饰性镀铬电镀生产自动线上的应用与改进.使表面形状复杂的话动扳手的电镀质量显着提高j并阐述了采用这一低温低铬镀铬新工艺妁技术殛施镀措施o(Summary)ThispapefintOdUesrafe呻?flladditive8nditsapplicati.ninaut.m8ticlinefordecorafireCi-platrigwhichmakestheplatingquality0Englishspae.ne:srithompliesttfaaerem8f

2、k8bIeimplovemets.Bndthenexpousdsthenepocessandtheplatingmethodadopticgow-tempegatgce.Low-Crinplating.1曹曹活动扳手是我国五金工具主要出口产品之一.不但批量大,电镀质量要求也很高.该产品的装饰性镀铬,在全国五金工具行业,全都是使用常规镀铬工艺,不仅生产上存在着铬酐浓度高,镀液温度高,造成环境污染严重和带逸出损失严重,以及电流效率低,能耗(热能,电能)一,原材料(铬酐,三废怡理药物)消耗大,而且工艺上存在着镀液的分散能力,复盖能力差,造成表面形状复杂的活动扳手的尖端部份经常出现娆焦,而扳体内孔和其

3、头部的三弯部份,又难以镀上铬,严重地影响了出口产品质量.长期以来是我国五金工具行业没有很好解决的电镀质量问题.为了提高产品的电镀质量,提高经济效益,降低能耗,节约成本,减少污染,我国电镀行业在低温,低浓度镀铬工艺方面,进行了深八研究和生产应用与推广工作,并取得了一定的经济效益和环保效益.去年,本人受四川省兰台扳手厂之托,将这节能降耗,低温低铬镀铬新工艺,应用在我科研所设计的一条电镀生产自动线上.通过在该厂几个月的工艺小试,中试和近一年在生产线上的正常运行,活动扳手的质量问题得到了圆满的解决,尖端部份没有出现烧焦,内孔和深孔上部及三弯部份全部镀上铬.扳手的电镀产品质量,达珂了我国五金出口产品的质

4、量标准.2稀土镀铬添加剂稀土镀铬添加剂,是从一种含有十多种元素氧化物的混合物的矿物中,经提取分离,得到多稀土纯品,然后将其进行优化组合成高纯度的稀土亿合物,并与其它辅助添加剂组成稀土镀铬添加剂.近几年来,国内进行镀铬添加剂研究的单位不少,并不断取得新的成果和新的突破.本人通过使用CS型稀土镀铬添加剂发现t在低温,低铬镀液中少量加入,它能显着影响镀铬的电化学行为,使阴极极亿作用增强,提高溶液的分散能力和覆盖能力,使对镀铬过程有较大影响的溶液电导率显着提高(100箬/LCrOs溶液电导率为0.29Q?cm,加AZg/LCS添加剂后,则提高到O.5300Q?cm),造成致钝电流降低和析氢过电位变大,

5、抑制三价铬的生成和减少析氢等副反应的生成,利于铬酸根容易放电沉积金属铬,因而电流效率成倍提高同时,稀土金属离子在阴极表面吸附成膜的特征,能明显改善金属铬的电结晶过程,使镀层光泽性好,耐磨,硬度高,孔隙点多而小,裂纹细小量多,呈微裂纹型,较大地提高了铬层耐磨蚀性能.3低沮低格镀铬新工艺应用3.1电镀生产工艺流程活动扳手电镀生产自动线,以电报头子程序控制器,控帝二部电镀行车运行,采用镍一砑,好凌黝一镍铬电镀工艺.扳手电镀生产自动线工艺流程为:违f上挂涂油(阴极)綮油(阳极)热水清水活化(HCI)清水暗镍(<1>(3)<3><4>)亮镜(<1><

6、2><3>(4)回收清水活化(H2SO)清水n2)镀铬回收(13)精水(12)->热水下挂3.2低温,低铬镀铬工艺规范及成份主要作用3.2.1低温低铬镀铬工艺规范名称工艺蓖回I宴使用Cf0,?60180g/L140g!1HjSO?0.41.1g/L0-吕g,IH,BOj812g/L:tO/ICrO/$O,2.100/0.SO.7100,0.Ics嚣加耕1s2.0g/L2.0g,1Fs3抑雾剂0.020.04glL0.ozgilC】2H15SONa/F-5346/16/JC02.0g/Lt.2S3528D52SAdin220A/din槽屯瑶:4N12V4.8V礤赫台锡8的

7、Pbsn台金同左S碍/S阳l/34l,43.2.2.1铬酐.镶酐魑铿镥豁掖瑚主要成份,在低浓度慨谚演中,箕激度控韵在60l80g/L范围内.如姐_越上限,镀液分散能力差,带出量犬失去静浓瘦镀铬新工艺的意义着铬酐浓度大低,虽镀液分散能力好,但覆盖能力差,槽压升高,同时,埘杂质污染敏感,铬镀层光亮度羞,镀液不稳定.一般铬酐浓度控制在14OglL左右,形状复杂镀件职上限,形状简单镀件取下限.3.2.2.2硫酸硫酸是催化剂,对整个电极过程有很大影响.硫酸根可与三价铬(和RE)生成复杂的硫酸铬(和RE0阳离子,在电场作用下,到阴极溶解碱式铬酸铬薄膜,使离子半径较大的CrO.一离子,也能在因膜被溶解雨呈凿

8、化态的阴极上容易放电,而析出金属磕酸的含量,主要I象决于铬酐浓度的高低,即其硫酸棍比(CrO,/SO一)K应控制在lO0/0.5O.7范围内.硫璇含量均高低,在低温低铬镀铬液中对镀液性能,镀铬阴极反应及铵镀屠If勺影喻,毒见表i.3一接菲审学馥份冉勺主要作用及影响一-.-?密f硫酸含量对低飙循铬镀l替过程趵鼻碜响K阴极反应镀怅性能镀屡表观6:过小.硝小l大量f一无1100/0.10.s犬韶很少J垃少-1一一100/o.2so.s.少量较少增加:I,较好!差粗牲,发蕨.遄最l1,0.sq.7_r一r一一一稍太,ll_oo/o7,y1.I过大00/i.S2:5,托差I亮较,也凋偏白.1千憬后留进痕

9、,白雾棕色斑点黑色条纹低电if密度区出现彩虹色3,2.2.0酸外加明离子硼酸根,在低温低铬镀铬液中,能提高镀的分散能力,使结晶细致,镀层均匀,光亮性好.含量过六,会增加镀层脆佳,产生明显裂纹.硼酸溶解度较小,要用热水使其完全溶解后,过滤加人镀槽,其含鼍以812g/L即可.3.2.2.4三价铬三忻铸在新制低温低错镀铬皤液中,以不引入为佳.镀错过程中的电极反应,必然会产生三价铬,要严格控制,稳定征02.Og/L工艺范围内.为此,一是要控制溶液硫酸含量不能太高,.二姓要控制适当的雕极【积相阳极面积比,以平衡在电解过程中,在阴极上还产生的三价铬,能在阳极氧化掉,从而达到稳定镀液中三价铬含量舳昀.3.2

10、.2.5添加剂稀土镀铬添加剂CS是由稀土化台物和辅助添加剂组成,在低温低铬镀铬溶披中,j起到牲化阴离子硫酸根盼辅助催化作硝,给整个电极过程以极大影响.在低铬镀液中少量加入,能显着影响电化学和电结晶过程,能在低温(2535)条件下,也能镀出光亮铬.镀液中含量过少,作大,镀层红暗,发款,干燥后镀层呈蓝色花斑,翁产生俐状裂纹.其含量一般控制在2g/g左右.NCS型稀土添加剂难溶,可用热镀铬溶澉,在圾璃烧杯中加热搅拌溶解,过瞎加进镀槽,并搅拌均匀,少置难溶沉积物,可装/深纶布袋,挂在镀铬溶液中,慢慢溶解.3.2.2.6十二烷基硫酸钠礤F一53错抑雾剂C.:lI2SOtNa是一种明离子表面活性剂,具有降

11、低表面张力,并确助于稍溶于水霰面活性物质F一53铬抑雾剂的溶解,和协删F53降低空气和溶液的表向张办.在电解I生程中,有利于配台F一53在镀槽液面上产生一层稳定的泡诔层,从而可减少价格昂贵的I一53的消耗盈,和减少铬酸(雾)的选出损失,孜善操作环境.3.3其它工艺参数的影响3.3.1槽电压槽电压是电解液的电化学行为的个其体反映,宅直接影响到电流效率,分数能力和覆盖能力.要从镀铬电解液中镀得出铬层,阴极必须在比较负的电救电位F才能实现.这埘于普通装饰性镀铬工艺,只有靠升高电流密度.但这样一来.因镀铬电解过程中产生的相当数量的三价洛和大量气体,使溶液的导电率降低,造成镀被的欧姆电位障很大,使槽电压

12、提得很高.一般正常生产时高达l22OV,面电流效率却稂低,仅13左右,分散能力,覆盖能力都较差.面采用低温,氐铬镀铬新工艺后,由于稀土裕加剂的加入,有效地抑制了镀铬电解过程中的三价铬的生成,减少了析氢等副反应的发生,盈着地提高了溶液的电导率,使槽液的欧姆电位降很小,因而,槽电压仅36V即可,而电流效率高达25左右,分散能力,覆盖能力都好.在电镀生产过程中,如发现槽电压升高丽电流开不大的情况,此剥,镀液性能己发生了变化.在排腺导体连接,电极表.面等因素外,一般主要是溶液中铬酐浓度太低,或添加剂较少等原因造成的.3.3.2温度-低温低铬装饰幽镀铬新工艺中的低温,妊相对常规装饰性镀铬工艺而言的,菇温

13、度应控制在2535c.镀液温度过高过低,都会影响镀层的光尧度.镀液温度过低,会造成镀层粗糙,星暗灰色,甚至出现黑褐色,获得光亮fr:jZ.怍范围档小,使镀层硬度高,脆性大,并有阿状裂纹镀液温度过高,虽获得光亮五作范围加宽,但镀液的覆盖能力变羞,和_使镀层呈乳白色或出现彩虹色.为了稳,厄电镀铬的质量,控制好镀浪的温度,非常重要.因此,尤其在我周南方地区,应特别考虑镀液冷却,在北方地区,应考虑镀液加温问题.3.3.3阳极,阳极面积徊阴极面积比低温低铬镀铬所使剧呻阳极,采崩含;鹏%的Pb-Sa合金阳极,在镀液中,它除了提供导电作Il=1外,还具有维护三价铬的平衡,使三价铬氧化为六价铬,并维持在较低浓

14、度,自动控制在工艺范围(02.Og/L)内的重要作用.为此,除了控阳极面积为阴极面积的34倍外,还要在生产过程中,体持阳极表面具宥一层导电性良好的黑褐色膜(PbOz)层.3.3.4时间在低温低铬镀铬液和电镀工艺参数(t28,D20Aldm)稳定的条件下,铬的沉积速度为0.4,u/min.活动扳手装饰性低温低铬镀铬工艺,电镀时间控制在1分钟即可.如包括预镀,活化,冲击镀等八槽时间,可控制在2分钟以内.3.4主要工艺辅助措施五金工具出口产品的电镀质量标准,给形状复杂的活动扳手电镀生产,提出了较严格的工艺要求.为了稳定保证活动扳手电镀表面呈微带蓝光的光亮铬层和扳手三弯,低凹赴,内孔及深孔上部全部镀上

15、铬,在电镀生产过程中,采取如下主要工艺辅助措施.3.4ol镀前活化及清洗活动扳手进行电镀前,都进行一定时间的酸活化,以除掉氧化膜,刻蚀金属表面和减少前级工序中可能带来的杂质,对电镀质量的影响镀镍前的活化液是3的盐酸溶液J低铬工艺中由于HzSO?含量要求,和扳手形状复杂,孔眼多的特点,镀铬前的活化液是12浓度的HSO.溶液.活化好的镀件,经清洗干净后,立即进行电镀.3.4.2电极距及其分布加入稀土添加剂而使镀液具有良好的导电率,这是低浓度镀铬新工艺的一个最显着,最重要的特点.因此,可适当加大阴,阳极间距离,以刺提高镀掖的分散能力,使电流在阴极不同部位均匀分布,对形状复杂的话动扳手的深四不平(内)

16、表面,得到均匀沉积的铬层,显得特别重要.一般阴阳极间距离为300350yam.处于槽两侧的阳极板,应相互对面交叉排布均匀,而阴极上的镀件,在槽装载范圈内,也应尽量分布均匀,装载合理.3.4.3挂具及挂装方式镀铬是在较大电流密度下进行的,所以,工装挂具的制作,显得十分厦要.挂具不仅具有足能的机械强度,而且还具有良好的导电性能,和有与零件,阴极杆接触牢固,卸取方便一3口一的特点.挂具的高度,以电镀时挂住在阴极秆上后,其底端离槽底距离150ram为宜.挂勾在挂具上分布密度要适当,并且要使板体的尖端正对着该扳手的扳嘴的尖端,两尖端相距仅12mva,这不仅可提高槽装载量,及以免互混,影响组装,而且可利用

17、尖端效应消除扳体,扳嘴的尖端部份的烧焦现象I主挂勾通过扳体的螺孔,插进盲孔,并形成一定的倾斜度,这不仅可借助扳体的自重使接触牢固,导电良好,而且还利于电镀时产生的气体顺利排出,工件出槽时带出铬液少,易于清洗,方便装卸.另外,挂勾挂住镀件后,不要留得太长,挂具和挂勾的非导电部位,采用直接(多次)浸涂绝缘耐腐蚀涂料进行绝缘,效果很好.3.4.4电源及给电方式3.4.4.1电源不同的直流电源,对低温低铬的覆盖能力和镀层的外观,硬度,裂纹均具有明显的影响.单相半游电源,使镀铬溶液的覆盖能力非常差,镀得的镀层没有光亮,硬度低单相全游电源,虽镀层的裂纹少,但镀铬溶液的覆盖能力也差.因此,镀铬要求应使用溏纹

18、因素小的电源,如稳定平直谚型电源及换向方泄电源均可.在电镀生产中,一般使用的是三相和六相全谚直流电源.3442绐电方式镀铬溶液本身固有的分散能力和覆盖能力较差的特性,对形状复杂的镀件的电镀,比较困难.活动扳手既有孔眼,空穴,弯折,尖端,又有大面积低凹不平的内表面,形状复杂,要使电流在这些阴极的各个部位均匀分布和深镀上镀,在给电方式上,采取了如下施镀措施.镀件入铬槽后施镀流程如下入槽一预热(8s)一潘化(15s)一冲击镀(1015s)一电镀(6080s)一出槽.工件入槽后预静置,再以小电流密度进行阴极潘化,接着用高于正常电镀时2倍左右/一;)一热娃曩精|/,-移,强化工艺30004iilirAF

19、Itn.F整堕图l为CrWMn钢制精密冷冲凹模,要求型腔A,B,C,D,E备只寸变形O.0YGmm,平面翘曲0.02tara,各定位孔变形0.01ram,硬度HRC58G1.原工艺是将原材料锻造成形后球化等温退火,840850油淬+220220回火2h空冷.淬火变形较大,通过放大磨量仍有lO以上变形椭圆超差报废.在使用过程中刃磨一次寿命仅0.20.3万次,总寿命不足万次.主要失效形式是型腔掉块剥落和早期疲劳脆裂.尺寸犏号AB1D1E淬前尺寸【40.o0【24.s7.5I18.1133.2淬后尺寸l40.0224.5l57.48ll7.99l33.19变形叠l+0.021+0.0l5一0.02I

20、+0.o210.口l罩l30一一一图l精密冷冲凹模l常规热处理工艺失效分析CrWMa钢是低台金工具模具钢,属过共析钢,因台金含量低,价格低廉,材料来源广,具有一定的淖透性,津硬性,耐磨性.为此在小型冷作摸具上应用愈来愈广泛.但该钢冶炼时液析倾向大,轧制时碳化物偏析严重,易形成网状碳化物.因对钢厂供应的钢材进行锻造只是热加工成形而己,未消除阿状和块状碳化物,保留在使用状态中.因常规热处理退火,津火温度均在上下临界温度AclAcm之间,加热温度低,仅微量碳化物溶入奥氏体,而大部份网状碳化物成了过剩相保留在淬火组织中,破坏了基体组织连续性,起到对基体组织切割作用,易导致应力集中,降低机械性能,增加脆

21、性,服役过程中在冲击力作用下发生剥落.同时材抖性能存在各向异性,导致各向变形不一致,或因终锻温度过高,锻后缓冷,钢中碳化物沿奥氏体晶界呈同状析出,存在于淬火组织中,造成模具使用过程中发生脆性剥落.其次,常规淬火温度偏高,淬火晶檀较粗和形成较大片状马氏体,形成马氏体片相互交叉相互撞击,易在马氏体内部产生显微裂纹,加之,马氏体片含有密集孪晶亚结构,在外力作用下,当运动位错同孪晶竞截时,易的电流密度,进行冲击镀,然后恢复到正常时的电流密度,进行电镀.这种给电方式,对遣铬后的复镀件电镀,效果很好.经采取以上主要几种工艺措施后,电镀铬后的活动扳手,其三弯,内孔,深孔上部,全部镀上铬;尖端部份也没有烧焦,镀层内表面处及商标,银白光亮外表面处镜面光泽,微带蓝光,达到了我国五金工具出口产品的电镀质量标准.该新工艺投产以来,不仅工艺稳定,产品质量明显提高,而且节能降耗,取得了明显的经济效益和环境效益,在当前我国推广节能降耗新工艺中,姓一项具有开发前景的电镀新工艺.一3l一