结晶器铜板镀镍合金主要工艺参数控制

摘要：本文以马钢特种电镀厂结晶器铜板镀镍钴钨三元合金为例，对其工艺条件，镀液组分，杂质情况，以及控制方法进行分析。并结合实际操作经验，提出注意事项，以便更好地进行镀液维护和生产控制，稳定电镀质量。

关键词：电镀 镍合金 工艺 镀液 结晶器铜板

1 引言

结晶器铜板是连铸生产的核心部件，作为连铸从液态钢水到凝固成固态坯壳的重要导热部件，其质量好坏直接影响到铸坯的表面质量、连铸机拉速等指标。目前大多采用电镀的方法对结晶器表面进行处理，以提高其使用寿命。而各种电镀层中，Ni-Co合金被证实具有很强的实用性 。钢铁工业的不断发展，对结晶器表面性能也提出了较高要求，目前，特种电镀厂采用的是性能更好的镍钴钨三元合金镀层。

由于Ni基镀层与Cu基镀层的热膨胀系数较接近，使镀层与Cu基体间的结合力较强，而Co和W的加入可保证镀层在高温状态下的硬度保持。合金镀层具有硬度明显提高，化学稳定性，抗疲劳性能和抗热腐蚀性能好等优点。

采用的氨基磺酸盐电镀液具有沉积速度快、镀镍层内应力低、镀液分散能力好的特点，同时，得到的镀层晶粒细致，表面光泽度高，机械性能好，孔隙率低。

在结晶器铜板的电镀过程中，工艺条件，镀液组分和杂质是电镀生产的关键控制因素，掌握其相关性能对电镀生产具有重要意义。

2 工艺条件控制

为了保证电镀生产的顺利进行，得到稳定的电镀质量，必须对工艺条件进行严格控制，其中流密度，溶液温度，溶液PH值对电镀质量影响较大。

2.1 电流密度

电流密度对镀速和镀液的稳定性有影响，进而影响镀层性能。电流密度过大，使镀速加快，但同时也造成镀液的稳定性下降；电流密度过小，则镀速太慢，不能满足实际需要。根据结晶器铜板电镀层的硬度要求，电流密度控制在30～50A/dm2左右。

2.2 温度

镀液温度会影响对流传质速度，镀液的黏度（进而影响电迁移速度），影响电极电位与表面活性物质的吸脱附性质（进而影响阴极极化效果），影响允许采用的阴极电流密度大小、物质溶解的好坏、镀液成分的交互影响。同时，氨基磺酸镍的稳定性差，在高温下容易发生水解。因此氨基磺酸盐电镀液的温度不能超过70℃，一般控制在60℃以下。根据生产实际，镀镍液温度控制在50～55℃左右。

2.3 PH值

PH值对电镀质量影响很大，PH值过高和过低时分别会产生镀层氢夹杂和氢氧化物夹杂，增大镀层内应力和孔隙率。要注意的是，PH值≤3时，氨基磺酸镍发生水解，使电解液不稳定。因此，PH值要严格在一定范围内，以3.40～3.70为宜。

3 镀液组分分析

目前结晶器铜板电镀使用的镍钴钨三元合金电镀液，主要成分包括：氨基磺酸镍，氨基磺酸钴，钨盐，氯化镍，PH缓冲剂和润湿剂。

3.1 主盐：氨基磺酸镍，氨基磺酸钴，钨盐

氨基磺酸镍，氨基磺酸钴，钨盐作为电镀液中的主盐，是必不可少的重要组分，在水中电离成金属离子和酸根，为镀液沉积提供所需的金属离子。

在调整中需要注意的是，电镀过程中使用的阳极为可溶性镍阳极和钴阳极，镀液中金属离子的补充除了由主盐提供外，也来自于可溶阳极。主盐离子的调节要与阳极情况相互配合进行。

3.2 阳极活化剂：氯化镍

电镀中采用的是可溶性镍阳极，在通电中极易钝化，为了保证阳极的正常溶解，需要在镀液中加入一定量的阳极活化剂。此时氯化镍作为主盐和导电盐，还起到阳极活化的作用。

3.3 PH缓冲剂

PH缓冲剂的作用是为了使镀液中的PH值相对稳定，使其不至于变化太快而超过工艺允许范围。

当溶液PH值上升时液中H+溶度减小，平衡反应的生成物减少，缓冲剂分子的电离平衡向右移动，会自动多离解出H+来抵消H+溶度的减少，使PH相对稳定；相反，当PH下降时，液中H+溶度增多，平衡反应的生成物H+多了，平衡会自动向左移动，缓冲剂与H+结合吸收掉部分H+。这样，就使溶液中的H+溶度相对稳定，使PH的变化不至于太快，起到缓冲PH变化的作用。

3.4 润湿剂

在电镀过程中，阴极上析出氢气是不可避免的，氢气的析出不仅降低了阴极电流效率，而且由于氢气泡在电极表面的滞留，还将使镀层出现针孔。而且镀镍层的孔隙率是比较高的，为了减少或防止针孔的产生，需要向镀液中加入少量的润湿剂。

4 杂质控制

电镀液中杂质的来源是多方面的，其污染物主要有尘埃，阳极泥渣，无机杂质和有机杂质[4]。

4.1 尘埃和阳极泥渣

空气质量差时，空气中的尘埃一旦落到镀镍槽内，会影响镀液的清洁度，镀出的镍合金层会出现粗糙、毛刺、针孔等弊病。电镀厂镀槽四周配备了侧吸风装置，能够有效避免灰尘直接落入槽内，不生产时，采用槽盖予以隔离。

另外，可溶性阳极内含有大量的碳、硫、锰、铁等杂质，组织不均一，溶解性差，易生成阳极泥渣。电镀厂在阳极框外包覆布套以收集阳极泥渣，避免落入槽内。

同时，电镀厂的镀槽配有过滤器进行镀液净化，使用滤芯进行镀液固体悬浮物净化，对于其中的产生的某些有害离子，则定期采用活性炭滤芯进行净化，保证镀液的清洁，只有保持镀液高度清洁，才能以最低的返工率获得性能良好的电镀层。

4.2 铜，六价铬，有机杂质

无机杂质包括铜和六价铬。

铜的主要来源是随工件带入或阳极、化工原料不纯，当超过一定含量时，会使镀层变疏松，粗糙。可采取0.05～0.1A/dm2的阴极电流密度，在大阴极、小阳极面积条件下进行电解处理。

镍合金电镀液一旦被铬液污染后，会引起溶液的分散能力和电流效率降低，镀层发黑、气泡、掉皮等后果。因电镀厂内镀铬槽和镀镍槽相隔很近，所以要避免溶液的污染。

有机杂质主要来自未能彻底除尽油污的工件，或者化工材料的不纯。容易引起镀层脆性增大，变暗，针孔，发花等故障。

对于有机物的防治主要是在对镀件的除油过程中，加强对孔眼和狭缝部分的清洁要求。同时，选择化工原料要严格把好质量关。

5 结论

结晶器铜板在马钢的使用情况表明，特种电镀厂采用的镍钴钨合金电镀层，很好地满足了结晶器铜板对镀层的性能要求。同时，氨基磺酸盐电镀液在电镀生产中具有很好的应用效果。

稳定电镀质量，必须抓住控制中的关键点，电镀生产中的电流密度、温度、PH值等参数，电镀液中的化学组分比例和杂质含量，对镀层质量影响较大，必须按要求严格控制。

参考文献

[1] 曹旭，李宁，黎德育，等.氨基磺酸盐镀液在结晶器铜板电镀中的应用[J].电镀与精饰，2008，30（6）：21-22

[2] 杨明铎，张铁军.连铸机结晶器铜板电镀镍-钴（Ni-Co）合金工艺[J].鞍钢技术，2003，1：18-20

[3] 岳灿甫.连铸结晶器铜板及表敏技术处理技术进展[J].材料开发与应 用，2011.26（1）：58-59

[4] 付明.光亮镀镍工艺控制及槽液净化技术浅议[J].电镀与环保，2009，，29（4）：26