蔣文中, 楊利東
(河南江河機械有限責(zé)任公司,河南平頂山 467337)
在結(jié)晶器銅管基體表面上進(jìn)行修復(fù)性酸性光亮電鑄銅。由于結(jié)晶器銅管是含低磷的銀-銅或鉻-銅合金,在它的基體上鍍上幾個毫米厚的銅鍍層,將出現(xiàn)銅鍍層結(jié)合力差、長銅瘤及外觀粗糙等問題。并且鍍后的銅鍍層還需經(jīng)過銑削、外拋等機加工過程。所以,必須解決銅鍍層與結(jié)晶器銅管基體之間的結(jié)合力差和鍍液穩(wěn)定性問題。
經(jīng)多次實驗,在結(jié)晶器銅管基體上獲得了符合產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量要求的鑄銅鍍層。該銅鍍層厚度達(dá)到幾個毫米,外觀呈光亮的紫紅色,結(jié)合力良好能承受銑削、外拋等機加工過程。在實驗過程中,需要嚴(yán)格控制鍍液中各成分的含量和工藝條件參數(shù),可以提高鑄銅鍍層結(jié)合力和鍍液的穩(wěn)定性。
酸性光亮電鑄銅溶液組成和操作條件為:
硫酸銅 180~220g/L
硫酸 60~90 g/L
鹽酸 50~90 mg/L
光亮劑A 4~6mL/L
光亮劑 B 0.3 ~0.6mL/L
θ 20~40℃
Jκ1.5 ~8.0A/dm2
Ja0.5 ~3.0A/dm2
U 2~10V
陽極 0.1% ~0.3%磷銅板
攪拌 需要
連續(xù)過濾 需要
電鑄銅操作過程中,結(jié)晶器銅管需帶電入槽和出槽。
首先將純凈水注入預(yù)用槽(帶刻度)中,加入計量的硫酸,θ為45℃時,加入計量的硫酸銅,充分?jǐn)嚢柚镣耆芙鉃橹?。隨后均勻地撒入2g/L活性炭(粉末),攪拌1~2h,待溶液澄清后用過濾泵將鍍液濾入清潔的電鍍槽內(nèi)。此時需測量鍍液中的氯離子,根據(jù)氯離子的質(zhì)量濃度進(jìn)行微調(diào)。在充分?jǐn)嚢钘l件下,慢慢加入計量的亮銅-3號光亮劑。攪拌均勻后,用低電流密度電解溶液數(shù)小時,同時分析溶液中各成分的含量,控制在工藝范圍內(nèi),即可開始試鍍。
1)硫酸銅。在鍍銅溶液中,如果硫酸銅含量過低,鍍層易出現(xiàn)條紋,粗糙,嚴(yán)重時會燒焦。如果硫酸銅含量過高,鍍層粗糙。考慮到產(chǎn)品加工的特殊性,經(jīng)實驗,硫酸銅的質(zhì)量濃度控制在180~220g/L為最佳。
2)硫酸。硫酸的主要作用是提高鍍液的導(dǎo)電性和電流效率,防止銅鹽水解,保證鍍液的穩(wěn)定。當(dāng)硫酸含量過低,硫酸銅或硫酸亞銅易發(fā)生水解,水解產(chǎn)物使鍍層疏松和光亮度下降。當(dāng)硫酸含量過高,陽極易鈍化,鍍層光亮度下降。經(jīng)實驗,硫酸的質(zhì)量濃度控制在60~90g/L較適宜,可改善鍍液分散能力,使鍍層結(jié)晶細(xì)致,進(jìn)一步提高鍍層的光澤性和整平性。
3)氯離子。在光亮硫酸鹽鍍銅液中必須有少量的氯離子才能得到全光亮鍍層,經(jīng)實驗,氯離子質(zhì)量濃度控制在50~90mg/L較適宜。氯離子含量過低,鍍液整平性和鍍層光亮性下降,易產(chǎn)生光亮樹枝狀條紋,嚴(yán)重時鍍層粗糙甚至燒焦。氯離子含量過高時,鍍層光亮度也會下降,光亮區(qū)變窄,因此工作中需經(jīng)常檢查鍍液中氯離子的含量。因為氯離子可以與亞銅離子生成難溶于水的氯化亞銅,從而消除亞銅離子的影響。氯離子還可以消除光亮銅層的內(nèi)應(yīng)力,提高鍍層的韌性。
4)添加劑。硫酸鹽鍍銅所用的添加劑種類很多,可以同時采用一種或幾種配合使用,主要作用是穩(wěn)定鍍液,提高鍍層的整平性和光亮性,提高陰極極化過程,使銅鍍層的晶粒更為均勻、細(xì)致和緊密[1-4]。實驗中只采用光亮劑A和光亮劑B,光亮劑A在低電位下起光亮作用,光亮劑B起整平和光亮作用。在含低磷的銀銅或鉻銅合金表面鍍幾個毫米厚的銅鍍層,銅鍍層還得經(jīng)過銑削、外拋等機加工過程,這就必須控制添加劑的用量。經(jīng)過一年的試生產(chǎn),發(fā)現(xiàn)控制好添加劑的用量,即能提高鍍層的結(jié)合力和光亮度,同時也穩(wěn)定了鍍液濃度。
1)溫度。硫酸鹽鍍銅操作溫度范圍較寬。經(jīng)過不同溫度條件下的實驗結(jié)果,最后確定θ為30~40℃較適宜,鍍后的銅鍍層光亮性和整平性非常好,而且韌性也好。溫度控制在其他區(qū)間內(nèi),雖然也能得到光亮性和整平性良好的銅鍍層,但韌性不好,在機械加工時鍍層容易剝離,嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此,將θ控制在30~40℃為佳。
2)陰極電流密度。電流密度與鍍液的操作溫度、硫酸銅質(zhì)量濃度和攪拌強度均有關(guān)系。當(dāng)溫度較高時,陰極電流密度可以接近工藝參數(shù)的上限。同樣,如果當(dāng)硫酸銅質(zhì)量濃度、攪拌強度較高時,陰極電流密度也可以接近工藝參數(shù)的上限[4]。但最大陰極電流密度不允許超過工藝規(guī)定的上限,如果電流密度過大,鍍層結(jié)晶粗糙,會出現(xiàn)許多針孔,光亮性降低。
3)空氣攪拌和連續(xù)過濾。實驗結(jié)果表明,攪拌可以降低濃差極化,提高陰極電流密度,可有效防止鍍層產(chǎn)生條紋,減少針孔和毛刺,使鍍層更均勻,有助于鍍液中亞銅離子氧化成銅離子,進(jìn)而減少銅粉的產(chǎn)生。攪拌的同時進(jìn)行循環(huán)過濾,可除去鍍液中存在的微量銅粉、添加劑分解產(chǎn)物和懸浮的固體雜質(zhì)等,有利于改善鍍層質(zhì)量、穩(wěn)定鍍液[4]。根據(jù)實際生產(chǎn)情況,只采用連續(xù)過濾,能得到滿意的銅鍍層。
4)陽極。在硫酸鹽光亮鍍銅工藝中使用磷銅陽極很重要。因工作場地處偏僻,采購專用的磷銅合金作陽極比較困難。開始,所用的陽極是自己鑄造的,滿足不了工藝要求,從而導(dǎo)致鍍層產(chǎn)生毛刺、粗糙或積瘤等。為進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量,陽極材料專門選購,鍍層的質(zhì)量問題得到解決。
1)結(jié)合力測定。實踐中測定鍍銅層結(jié)合力的方法比較簡單,不需要借助先進(jìn)儀器。首先,打磨結(jié)晶器銅管外表的銅鍍層,判定銅鍍層與結(jié)晶器銅管是否剝離。如果沒有剝離,再將結(jié)晶器銅管進(jìn)行快速鋸切,觀察銅鍍層與結(jié)晶器銅管是否剝離。如果沒有剝離,最后,將結(jié)晶器銅管進(jìn)行快速銑削,同樣觀察銅鍍層與結(jié)晶器銅管是否剝離。如果沒有剝離,證明銅鍍層與結(jié)晶器銅管的結(jié)合力良好。用上述方式可以判明銅鍍層結(jié)合力。
2)鍍液穩(wěn)定性試驗。鍍液老化試驗最可靠的方法是長時間的生產(chǎn),從2010年9月配制的鍍銅溶液,到2011年9月已經(jīng)使用了一年時間,完成了數(shù)百只成品結(jié)晶器管實驗品和產(chǎn)品的電鍍,溶液仍繼續(xù)使用,與初配時一樣清澈。在日常工作中經(jīng)常對溶液各成分進(jìn)行化驗分析,如果含量超出工藝范圍,對溶液進(jìn)行稀釋,如果含量低于工藝范圍,對溶液進(jìn)行補加??傊?,各成分質(zhì)量濃度必須控制在工藝范圍內(nèi)。同時槽液需連續(xù)過濾,蒸發(fā)后的溶液要及時補加去離子水。
用上述工藝在長期施鍍過程中,陽極正常損耗,幾乎不產(chǎn)生陽極泥,且溶液清澈見底,鍍層呈光亮的紫紅色。
通過電鑄銅工藝對結(jié)晶器銅管進(jìn)行施鍍,所得銅鍍層光亮,打磨后放置時間長而不變色。在工序生產(chǎn)過程中,未發(fā)現(xiàn)銅鍍層與結(jié)晶器銅管剝離的現(xiàn)象,說明鍍層結(jié)合力良好,能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量。
[1] 張允誠,胡如南,向榮.電鍍手冊[M].第2版.北京:國防工業(yè)出版社,1997:284-286.
[2] 張勝濤.電鍍工程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002:142-145.
[3] 鄭瑞庭.電鍍實踐600例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:40-46.
[4] 任廣軍.電鍍原理與工藝[M].沈陽:東北大學(xué)出版社,2001:99-104.