课程设计 钢套化学镀光亮镍工艺设计

课程设计 钢套化学镀光亮镍工艺设计 钢套化学镀光亮镍工艺设计 课程名称: 金属 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 专业课程设计 设计课题: 钢套化学镀光亮镍工艺设计 指导教师: 周圣丰 专业:金属材料腐蚀与防护 班级: 1185011 姓名: 章增旺 学号: 51 二O一 四 年 12 月 30 日 钢套化学镀光亮镍工艺设计 南昌航空大学 材料科学与工程 学院2011 级学生专业课程设计任务书 I、专业课程设计题目:钢套化学镀光亮镍工艺设计 II、专业课程设计任务及设计技术要求: A3150 mm110 mm100 mm零件材料为钢，尺寸:外径，内径，高，对其进行光 学镀光亮镍工艺设计～年产量700万件/年，要求: 1 完成生产操作规程与工艺卡的编制; 2完成生产线设计说明书编写;88 3采用AUTOCAD软件绘制生产车间平面图。 4厚度:光亮镍厚26微米 III、专业课程设计进度: 1. 3周查资料并完成以上设计工作内容; 2. 4第周周二上午交初稿，周五交正式稿。 1185011 班 腐蚀与防护 系 金属材料工程 专业类 学生: 章增旺 日期:自 2014 年 12 月 1 日至 2014 年 12 月 20 日 指导教师: 周圣丰 系主任: 附注:任务书应该附在已完成的专业课程设计说明书首页。 钢套化学镀光亮镍工艺设计 目 录 工艺设计说明书 ......................................................................................................... 1 1 摘要...........................................................................................................................1 1.1 中文摘要 .......................................................................................................... 1 1.2 英文摘要 .......................................................................................................... 2 2 设计依据 ................................................................................................................. 3 2.1 工艺名称、材质、尺寸 ................................................................................... 3 2.2 镀层要求 .......................................................................................................... 3 2.3 车间任务和生产纲领....................................................................................... 3 2.4 工作 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 和年时基数....................................................................................... 3 2.5 工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 .......................................................................................................... 3 2.6 生产节拍 .......................................................................................................... 3 2.7 主要工序时间计算........................................................................................... 4 2.8 线速度................................................................................................................4. 2.9 生产线的确定 .................................................................................................. 4 3 挂具的设计 ............................................................................................................. 4 3.1 挂具的尺寸设计............................................................................................... 5 3.2挂具材料的选择................................................................................................ 5 3.3挂具的结构 ....................................................................................................... 5 4 镀槽种类的选择 ..................................................................................................... 5 5 槽体尺寸及个数的确定.......................................................................................... 5 5.1 中心槽的选择 .................................................................................................. 5 5.2 中心槽尺寸的计算........................................................................................... 6 5.3 镀槽数量计算 .................................................................................................. 6 6 材料动力(水、电、蒸汽、压缩空气等)消耗 .................................................. 7 6.1 水量消耗及计算................................................................................................7 6.1.1 给水的要求...............................................................................................7 6.1.2 排水...........................................................................................................7 6.1.3 用水量的计算...........................................................................................8 6.2 电的消耗 ........................................................................................................ ..8 6.3 蒸汽消耗 .......................................................................................................... 8 6.3.1 加热过程蒸汽消耗量计算 ........................................................................ 8 6.3.2 保温时蒸汽消耗量计算 ............................................................................ 9 7 主要工艺设备的采用及计算 .............................................................................. 10 7.1 蒸汽加热管 ...................................................................................................... 10 8 车间组成、面积和人员.......................................................................................11 钢套化学镀光亮镍工艺设计 8.1 车间组成........................................................................................................11 8.2 车间的区划、厂房形式................................................................................11 8.3 车间面积........................................................................................................12 8.4 工作人员组成................................................................................................12 9 安全卫生及三废处理...........................................................................................13 9.1 化学镀废水....................................................................................................13. 9.2 废水处理方法................................................................................................13 9.3 化学镀废气....................................................................................................14 9.4 局部排风的设计原则....................................................................................14 9.5 局部排风罩的设计 ....................................................................................... 15 生产工艺说明书 ....................................................................................................... 16 1 工艺流程 ............................................................................................................... 16 2 主要工序说明 ....................................................................................................... 16 2.1 化学除油 ........................................................................................................ 16 2.2 酸侵蚀 ............................................................................................................ 16 2.3 化学镀光亮镍...................................................................................................17 2.3.1 工艺选择....................................................................................................17 2.3.2 配方组成及工艺条件................................................................................17 2.3.3 常见故障及排除方法 ............................................................................ 18 2.4 化学镀镍层的退除方法 ............................................................................... 20 参考文献 ................................................................................................................... 21 工艺卡.........................................................................................................................22 钢套化学镀光亮镍工艺设计 一、工艺设计说明书 1 摘要 1.1 中文摘要 化学镀镍是通过化学还原将溶液中的镍离子还原为镍金属的化学过程,99%的化学镀镍采用次磷酸钠作还原剂 电镀镍与化学镀镍的主要差别在于纯度和结构方面的较大差异.例如电镀镍的纯度一般高于99% ,但化学镀镍使用次磷酸钠作还原剂镀层的典型组成为92%的镍和8%的磷.磷含量对镀层性能有重要影响,它可在3%~12%的宽范围内变化工业上通常根据镀层磷含量的不同来区分化学镀镍镀层如,低磷,磷含量2%~5%,中磷,磷含量6%~9%,高磷磷含量,10%~13%, 所以一旦确定了对镀层的性能要求,必须确定适当的化学镀镍类型.正如后面将谈到的低磷和高磷镀层的耐腐蚀性和硬度有很大的差别。 化学镀镍的结构决定了其某些独特性能,与电镀镍的晶体结构有很大不同.化学镀镍通常是非晶结构或是包含超细微晶的结构.随着磷含量的增加,镀层中非晶结构占主导当磷含量大于10.5%时,镀层完全是非晶结构.由于化学镀镍没有明确的晶体结构,消除了电镀镍晶态镀层出现的晶间腐蚀的可能.因此化学镀镍提供了更有效的屏蔽层而使基体免遭腐蚀。 关键词:化学镀镍 次磷酸钠 还原剂剂 磷含量 非晶体结构 屏蔽层 1 钢套化学镀光亮镍工艺设计 1.2 英文摘要 Abstract:Electroless nickel plating is through the reduction of nickel ions in solution forchemical process of nickel metal chemical reduction of 99%, chemical nickel plating using hypophosphite as reducing agent The main difference between nickel plating and electroless nickel plating is quite different purity and structure. For example, the purity of nickel plating is generally higher than the 99%, but the electroless nickel plating using sodium hypophosphite as reducing agent for the typical composition of plating nickel and8% 92% of phosphorus. Phosphorus content has an important effect on theproperties of coatings, it can be in a wide range of 3%~12% within the industryoften changes according to the content of phosphorus to distinguish between different electroless nickel plating such as low phosphorus (P content in 2%~5%)P (phosphorus content 6%~9%) Gao Lin (phosphorus content 10%~13%) so once determined the requirement for the performance of the coating, must determine the appropriate type of chemical nickel plating. As will be discussed later low and high phosphorus coating corrosion resistance and hardness of the great difference The structure of electroless nickel plating is determined by its unique characteristics, and crystal structure of nickel plating is quite different. Electroless nickel plating is usually amorphous structure or contain ultra-fine microcrystallinestructure. With the increase of phosphorus content, crystal structure is dominantwhen the phosphorus content more than 10.5% non coating, plating layer is completely amorphous structure. The crystal structure of electroless nickel platingis 2 钢套化学镀光亮镍工艺设计 not clear, the elimination of the nickel electroplating amorphous coating appearsintergranular corrosion may. So chemical nickel plating provides shielding layer ismore effective and the substrate from corrosion. Keyword: Electroless nickel plating Sodium hypophosphite The reducing agent Phosphorus content Non crystal structure The shielding layer 2、 设计依据 2.1 工件名称、材质和尺寸 钢套、A3钢、尺寸:外径150 mm，内径110 mm，高100 mm 2表面积:980 cm 2.2 镀层要求 酸性化学镀镍液工艺规范 2.3 车间任务和生产纲领 (1)车间任务 本车间负责对A3钢钢套进行酸性化学镀光亮镍工艺 (2)生产纲领 年产量:每年700万个 2.4 工作制度和年时基数 (1)工作制度:采用两班制，一、二班每班工作12小时 (2)工作天数:251天(除去双休日) (3)工人年时基数为全年时间和扣除病、产、事假及探亲等时间损失后的有效工作 时间:251×24,(251×24)×11%?5361h(11%为工人年时基数损失率) (4)设备年时基数(单班制)为全年工作时间扣除设备检修及其他原因引起的停工 ,(251×12)×4%?2892h(4%为设备年时基数损失率) 时间:251×12 (5)年产量:700万件 日产量:7000000/251?27888件 每小时:27888/24?1162件 3 钢套化学镀光亮镍工艺设计 2.5 工艺流程 零件?上挂具?化学除油?水洗?酸洗?水洗?电化学除油?弱腐蚀?水洗?化学镀光亮镍?水洗?干燥?下挂具?包装入库 2.6 生产节拍 T=FK×60/A=2892×80%×60/7000000=0.0198min/件 T—生产节拍时间(min/件，min/挂); F—设备年时基数(h); K—负荷的不均衡因数(设备利用系数)目前在我国一般为80%—90%，在发达国家一般大于90%，本车间区80% A—年纲领(台/a，挂具/a) 2.7 主要工序时间计算 已知镀层要求厚度为:光亮镍26μm 经查阅资料可知，酸性化学镀光亮镍工艺镀层厚度为20μm/h，需要达到镀层厚度要求时间为78分钟，采用每90分钟镀一批零件，一天镀16批，每一批4挂，每挂432个零件。 2.8 线速度 -3v=Ad/FK×60=173190×60×10/2892×85%=3.05(m/min) 式中:v—输送机的计算速度(线速度)(m/min) A—年纲领挂具数(挂/年) d—挂钩之间的间距(mm) F—设备年时基数(h) K—设备利用系数(0.8,0.9) 2.9 生产线的确定 (1)自动生产线的选择:由于酸性化学镀光亮镍的工艺成熟、稳定，所以在本工艺中采用直线吊车式化学镀自动生产线。 (2)自动线吊车:吊车采用双钩吊车，可以缩短吊车水平行走的空程时间。吊车行走速度取15m/min，吊钩升降速度选取10m/min，制动方式选取直流能耗制动，主动轮与从动轮的轮距选用1.5m。自动线上有三台吊车连续运行。 4 钢套化学镀光亮镍工艺设计 (3)自动线轨道:轨道采用工字钢与轻型钢轨组合形式。 (4)自动线的控制系统:该系统由手动控制系统及程序自动控制系统两部分组成，在调试、检修、事故处理及吊运阳极板时采用手动控制，进行其他工作时采用自动控制。 3 挂具的设计 挂具是固定零件，因此合理地选用挂具对保证镀层质量、提高生产效率、降低劳动强度有重要意义。 设计挂具的基本原则是:有足够的机械强度，零件与挂具要接触牢固，装卸方便;此外还要力求质量小、体积小、坚固耐用、装载量适当。 3.1 挂具的尺寸设计 2镀件的表面积:一块镀件表面积为980cm; 挂具的长度:L=2.3m 挂具的宽度:K=0.3m 挂具的高度:H=2.1m; 3.2 挂具材料的选择 挂具应选择资源丰富、成本较低、有足够的机械强度、不易腐蚀的材料。常用的有钢、铜、黄铜、磷青铜、钛、不锈钢、铝及其合金等。 3.3 挂具的结构 挂具采用一挂六的形式 4 镀槽种类的选择 1)水清洗槽 冷水清洗槽通常是由硬聚氯乙烯塑料板、聚丙烯硬板或碳钢板制成的，但酸浸蚀工序后的冷水槽因有酸液带入，宜采用硬聚氯乙烯塑料或其他耐酸材料制作。 2)化学除油槽 化学除油槽由钢槽、蒸汽加热管及导电装置组成，溶液为碱性工作温度70,90?。 3)酸浸蚀槽和酸性镀槽 由于浸蚀及抛光液使用硫酸，它的腐蚀性很强，必须要用耐腐蚀的材料制作槽体或衬里。酸性槽采用小型的硬聚氯乙烯槽。 5 钢套化学镀光亮镍工艺设计 4)光亮镀镍槽 镀镍槽根据溶液配方组成及工艺条件，选用酸性镀槽，槽体用不锈钢板，槽内铺 设蒸汽管道，温度为90?。 5 槽体尺寸及个数的确定 5.1 中心槽的选择 由生产工艺可知中心槽为酸性化学镀光亮镍镀槽; 5.2 中心槽尺寸的计算 中心槽长度公式为 L=nL+(n-1)L+2L 123 式中 L—槽子的长度(mm) n—沿槽长方向的挂具数 L—沿槽长方向挂具的宽度 1 L—沿槽长方向挂具间的距离(30mm,100mm) 2 L—挂具边缘至槽壁的距离(80mm,100mm) 3 根据公式得到 L=2.5m 取3m 中心槽宽度公式为 b=n×b+2n×b+(n+1)δ+2bk1k2k3 式中 b—槽子宽度(mm) n—挂具或阴极列数 k b—沿槽宽方向的挂具宽度(mm) 1 b—挂具边缘至阳极表面的距离(150mm,250mm) 2 b—阳极背面至槽壁的距离(30mm,50mm) 3 δ—阳极或阳极篮的厚度(mm) 根据公式得b=2m 中心槽高度公式为 h=h+h+h+h 1234 式中 h—槽子高度(mm) h—挂具工作部位的高度(mm) 1 h—挂具下端距槽底的高度(100mm,200mm) 2 h—挂具上端距液面的高度(80mm,150mm) 3 6 钢套化学镀光亮镍工艺设计 h—液面至槽沿的距离(100mm,150mm) 4 根据公式得到 h=2.5m 5.3 镀槽数量计算 n=P?(1+a)?t?k/60?Y?T 1 式中:n—镀槽数量 P—年生产总量 t—每次电镀所需时间(min)，包括出入槽所需的辅助 时间(3 min~5 min内) a—返修率(5%) T—设备的年时基数(h) k—应扣除的时间系数 1 注:一班制 k=1.06~1.10 1 两班制 k=1.03~1.05 1 三班制 k=1.02~1.04 1 2 Y—设备的平均负荷量(m) 表8.3 槽体尺寸 槽体名称 尺寸 个数 备注 3000×2000×2500 4 冷水槽 3000×2000×2500 2 浸蚀槽 3000×3000×2500 1 化学除油槽 3000×2000×2500 1 电化学除油槽 3000×2000×2500 1 镀亮镍槽 3000×2000×2500 4 回收槽 6 材料动力(水、电、蒸汽、压缩空气等)消耗 6.1 水量消耗及计算 6.1.1 给水的要求 7 钢套化学镀光亮镍工艺设计 工艺用水，包括配制镀液、调整槽液及溶液蒸发补充水，水质要求较高，有时应用去离子水(纯水)。清洗零件用水，可用自来水和质量较好的井水。设备冷却用水，可用井水或净化回收的水。 6.1.2 排水 根据废水的特征按质分流排水、便于回收或单独处理。不进行回收和单独处理的，可混合排放。应注意节约用水，自动线上浸、淋、漂、喷洗尽量采用逆流清洗方法;设备冷却水或加热用水尽量回用。 6.1.3 用水量的计算 1)清洗槽用水量的计算 小时用水量和最大小时用量可按下面简单方法计算: 3小时用水量=槽体有效容积×小时换水次数(m/h) 3最大小时用水量=槽体有效容积×(小时换水次数+1)(m/h)。 -33即冷水槽小时用水量=15000×10×0.3=4.5m/h -33最大小时用水量=15000×10×(0.3+0.15)=6.75m/h 3平均小时用水量=(1×6.75+11×4.5)/12=4.69m/h 2)车间用水总量计算 水量的总消耗量按下式计算: 3Q=QK(m/h) avg11 3Q=QK(m/h) max22 3式中 Q——车间小时用水平均总量(m/h); avg 3 Q——车间小时用水最大总量(m/h); max 3Q，Q分别为各用水设备的小时用水平均及最大量(m/h); 12 K——设备同时使用系数，采用0.7,0.9 1 K——设备同时换水系数，采用0.8,0.9 2 3 Q=4.69*4=18.76(m/h) avg 3Q=6.75*4=27(m/h) max 6.2 电的消耗 车间除照明用电和设备动力用电外，还有电加热装置用电。照明用电按车间各工作间照明的最低照度估算。标准设备用电量，按产品说明书表明的电容量计算，非标 8 钢套化学镀光亮镍工艺设计 准设备按设备设计图纸上表明的电容量计算。电加热装置用电，可根据热量计算结果换算。 6.3 蒸汽消耗 6.3.1 加热过程蒸汽消耗量计算 Q=[V?ρ?c?,t-t,/t，V?q] β 21 所用蒸汽量为:G=Q/γ(kg/h) 式中 Q——镀液升温所需要的热量(4.168kJ/h) V——槽液容积(L) ρ——溶液密度(kg/L) c——溶液比热容(4.168kJ/kg??)，(水及水溶液ρc=1) t——镀液初始温度(室温) 1 t——镀液工作温度(?) 2 q——单位体积水溶液加热过程中平均消耗量(4.168kJ/L?h) t——升温时间(h) β——热量损失系数，槽子有保温层时β=1.1,1.15，无保温层时β=1.15,1.3。 G——蒸汽消耗量(kg/h) Q——镀液加热或热水槽工作时所需的热量(kJ/h) γ—— 蒸汽的潜热， 当化学镀车间蒸汽压力p=0.3MPa时，γ=2164kJ/kg p=0.2MPa时，γ=2135kJ/kg 化学除油:Q=[12600×(80-25)/3+12600×7] ×1.15=367080kJ/h G=367080/2164=171.1kg/h 酸浸蚀: Q=[12600×(60-25)/3+12600×7] ×1.15=270480kJ/h G=270480/2164=125kg/h 镀光亮镍:Q=[12600×(90-25)/3+2550×7]×1.15=415380kJ/h G=415380/2164=192kg/h 总蒸汽消耗量: G=171+125+192=488kg/h 6.3.2 保温时蒸汽消耗量计算 9 钢套化学镀光亮镍工艺设计 Q=V?q+Wc(t-t) β (kJ/h) 11121 G=Q/γ (kg/h) 11 式中 Q——溶液槽保温时的耗热量; 1 G——溶液槽保温时的蒸汽消耗量; 1 q——单位体积溶液及水保温时耗热量; 1 W——单位时间内放进槽内的零件质量(kg/h); c——零件的比热容;1 t——放进槽内之前零件的温度;1 t——槽子工作温度;2 β——加热损失系数。 化学除油:Q=12600×5+7523.94×0.115(80-25)×1.2 =120106.7kJ/h 1 G=120106.7/2164=55.5 kg/h 1 酸浸蚀:Q=12600×3，7523.94×0.115(60-25)×1.2=74140.6kJ/h 1 G=74140.6/2164=34.26kg/h 1 镀光亮镍: Q=12600×7，7523.94×0.115(90-25)×1.2=155689.74kJ/h 1 G=/2164=71.95kg/h 1 总蒸汽消耗量:G=55.5+34.26+71.95=161.71kg/h 1 (3) 蒸汽消耗总量 G= GK ; evg11 G= GKmax22 G,G——分别为车间蒸汽平均及最大总消耗量(kg/h); evgmax G,G——各用蒸汽设备的平均及最大消耗量之和(kg/h); 12 K——设备使用系数，采用0.7,0.9; 1 K——设备同时加热系数，采用0.8,1.0。 2 G=161.71×0.8=129.37kg/h evg G=488× 0.9=439.2kg/h max 7 主要工艺设备的采用及计算 7.1 蒸汽加热管 电镀车间蒸汽压一般为0.2~0.3Mpa，用聚四氟乙烯塑料做加热管在我国已经成 10 钢套化学镀光亮镍工艺设计 熟，本车间也采用，蒸汽压选0.3Mpa。因槽体较大，加热量大，选择蒸汽加热较好。蒸汽加热所需的传热面积为S: S=Q/k?t 2S——加热管所需的传热面积(m) Q——镀液升温或热水槽工作时所需的热量(kJ/h) 2K——加热管的传热系数(kJ/h?m??),对聚四氟乙烯塑料，加热水溶液时为1000~1460这里取1200。 ?t—饱和蒸汽温度与溶液平均温度差(?);?t=t―(t+t)/2 z12 t——在指定表压下的饱和蒸汽温度: z 当表压为p=0,2Mpa时，t =132?; z 当表压为p=0.3Mpa时，tx=142?; 8 车间组成、面积和人员 8.1 车间组成 化学镀车间按工作性质和设备布置分为生产部分和辅助部分。生产部分包括喷砂、磨光、酸洗、除油、化学镀以及其他表面处理、检验等。辅助部分包括电源、电工、通风、维修、分析、挂具制造、化学药品库、零件库和成品库。 8.2 车间的区划、厂房形式 大型电镀车间宜采用钢筋混凝土结构并涂覆耐腐蚀涂料;小型电镀车间可以用廉价的砖木结构，木材涂漆。 1)跨度(厂房宽度) 跨度常为(9、12、15、18、21、24、36、48……)M，即厂房跨度18M以上时，采用3M的倍数。根据工艺设计的要求选择。厂房的柱距为4或6M，视砖石结构或钢结构而定。 2)高度 跨度较大(12M以上)的大、中型电镀车间的高度(屋架下弦)，一般不应低于7M，同时还应设置天窗;跨度较小的小型车间的高度可酌情降低，但不宜低于5M。辅助间和生活间的净高，可以根据不同的情况予以确定。一般采用3-3.5M。 3)地面、墙裙 地面:表面处理车间，地面应具有较好的综合性能，能适应酸碱交替、耐热耐 11 钢套化学镀光亮镍工艺设计 油、耐水防滑、耐压抗冲等要求。 地面结构复杂，一般由面层、隔离层、找平层、垫层及地基组成。 墙裙(即腰墙):电镀、酸洗车间腐蚀严重;涂装车间墙壁容易被污染，一般 都设有墙群。墙群高度一般取1200-1500mm。 4)门、窗 门的宽度在(800-1000)mm(单扇门)、1200mm、1500mm、1800mm、2100mm (1200+300n)(双扇门); 门的高度自2100mm开始，即(2100+300 n)mm;窗的宽、高尺寸都以300mm 为模数。 8.3 车间面积 车间各部分面积见表11.3. 表11.3 面积分布 2部门名称 工艺名称 面积(m) 备注 22 钳工间 298 生产部门 化学镀生产区 320 小计 34 分析间 22 材料间 生产辅助部门 34 零件库 90 小计 22 生活区 生活办公部门 22 小计 432 车间总面积 8.4 工作人员组成 1)生产工人 可按工作岗位配备，生产工人人数为20人; 2)辅助工人 一般为生产工人的30%,50%，即8人; 3)检验人员 12 钢套化学镀光亮镍工艺设计 一般为生产工人的4%,5%，即1人; 4)行政管理人员及工程技术人员 一般为生产工人的18%,20%，即4人; 5)勤杂人员 一般为工人总数的2%,3%，即1人; 考虑到替换、请假的额外的缺勤情况，所以要加上20%的替补人员。 所以车间总人数为:34×(1+20%)=40.8(按41个人算) 9 安全卫生及三废处理 9.1 化学镀废水 目前，工业化学镀镍是在次磷酸钠为还原剂的酸性体系中进行的，为了保证镀液的稳定性、使用寿命和镀层质量，镀液中需要加入络合剂、稳定剂、加速剂、pH值缓冲剂和镀镍光亮剂。这些物质均为有机物，如:柠檬酸、酒石酸、苹果酸、羟基乙酸、丁二酸、琥珀酸、醋酸等等，络合剂在化学镀液中加入的量较多，这些物质的存在与镍有较强的络合性，容易与镍形成稳定络合物，给镀液的处理带来困难。化学镀液中添加的其他助剂，如pH值缓冲剂(NaAc)对废液处理影响较小，光亮剂和稳定剂添加的量较少，不会对废液和废水的处理带来困难 9.2 废水处理方法 1、镍离子的除去 (1)无络合剂废液的除镍 化学镀镍废液中，若不存在络合剂或络合剂的量较少时，可直接采用氢氧化钠(浓度为6mol/L)调节pH值，根据废液中Ni2+离子的浓度，加入适量的NaOH，使Ni离子沉淀为Ni(OH) 除去，pH值高于9(2时，可使Ni离子的浓度降低到1.2 mg/L，将pH值调至10-12 Ni2+离子除去的更彻底。若镀液中存在苹果酸，即使在pH值为12的情况下，用较强的络合剂也不能达到理想的处理效果;镀液中存在柠檬酸络合剂时，由于Ni-柠檬酸络合物的稳定常数较大(logK1=14.3)，镍与柠檬酸易形成稳定的络合物，试验发现在Ni一柠檬酸铵溶液中加入NaOH溶液不会产生Ni(OH) 沉淀，羟基乙酸的存在也会影响镍的除去。总之有机酸络合剂存在时，废液处理的难度增加，最好预先进行分离或氧化分解，再进行化学沉淀，这样效果较好。 (2)有络和剂废液的除镍 13 钢套化学镀光亮镍工艺设计 首先利用CaO调节废液的pH值在8左右，除去大部分的有机酸络合剂，然后在废液中加入CaO或NaOH，调至废液的pH值为11,12，使废液中的大部分Ni 离子和其他重金属离子发生沉淀反应，再加入适量的高分子絮凝剂，加速不溶物的沉降，在沉降过程中，加入适宜和适量的氧化剂(高锰酸钾、双氧水或氯气等)，以除去废液中的次、亚磷酸盐，有利于Ni 离子的沉淀，并降低废水的化学耗氧量(COD)。 (3)微电解法处理含镍废水 在分解了有机酸络合剂的化学镀镍废水中，Ni及其他重金属离子也可采用微电解法进行处理，微电解法主要是以工业废铁屑经过活化处理 惰性材料混合作为原料，放入反应器中，利用微电解原理所引起的电化学和化学反应及物理作用，包括催化、氧化、还原、置换、絮凝、吸附、共沉淀等联合作用，将废水中的Ni“离子及重金属离子除去的方法，达到净化废水的目的。一般控制进入微电解反应器废水的pH值为3左右，pH值过高，反应不完全;pH值过低，反应器中填料的消耗量及后续碱中和处理投入的碱量加大，增加处理成本。若废水的pH值为4,6时，可补充少量的酸洗废液以调节pH值至合适的范围。废水处理过程中，为防止填料的板结，可采用合适的气、水联合反冲洗的方法，并进行填料的定期清洗，除去其表面的钝化膜，保证其具有较高的活性，以达到净化废水除去重金属离子的目的。该方法利用工业铁屑，达到以废治废的目的，对于小型化学镀镍企业具有较好的应用前景。 、物理化学法 2 离子交换法:既可以净化废水，又可回收利用废水中的有害成分。 活性炭吸附法:主要用于含铬、含氰废水。 9.3 化学镀废气 废气主要来源于电镀车间前处理过程产生的酸、碱废气;以及化学镀前工件表面机械抛光等产生的含金属粉尘、砂层废气等。这些含尘废气在排入大气前应经过除尘器的净化处理。并且可以用活性炭吸附法净化氮氧化物废气。 化学镀车间中，在位置固定的产生有害物质的槽边及工作地必须设置局部排风，以排除散发出来的有害气体，产生的有害气体以及液面排风计算速度见表9.3: 表9.3 需要装设槽边排风罩的工艺槽及液面排风风速Vx 14 钢套化学镀光亮镍工艺设计 Vx/(m/s) 槽子名称 主要成分 产生的有害气体 氢氧化钠、碳酸 化学除油 0.30 钠、磷酸三钠、碱雾 硅酸钠 0.30 钢件酸洗 硫酸或盐酸 酸雾 镀光亮镍 硫酸镍、硼酸 酸性蒸汽 0.2,0.25 9.4 局部排风的设计原则 1)设计局部排风罩时，应根据有害物质的特性和散发规律、工艺设备的结构及其操作特点，合理的确定排风罩的形式和安装方式，以获得最好的效果。当有害气体的密度比空气密度小时，可使用伞形罩排风;当有害气体的密度比空气大又不影响其他设备的正常工作时，应尽可能采用侧吸罩等形式排风。 2)局部排风罩的设置，不应影响生产操作及其他设备的正常工作。应尽可能设置密闭式排风罩，以最小的风量最大限度地控制和排除有害物质。 3)设置槽边排风时应符合下列要求:槽宽小于或等于500mm时，采用单侧风罩，槽宽大于500mm时，宜采用双侧或周边风罩。槽宽大于1500mm时，应采用密闭罩或用盖板遮盖全部或部分液面，以保证通风效果。沿槽边的排风速度应均匀分布。如果槽子长度大于1200mm，槽边风罩应设置导流板或做成楔形条缝口或分段设置风罩。 4)车间内热水槽较多时，尤其是在气候炎热的南方地区，宜设置槽边排风，以减少水蒸气的散发，改善劳动条件。 5)为减少排风量，抑制槽内有害气体外逸，在不影响生产操作时，可考虑槽面加盖，当不影响镀层质量时，可考虑加入抑雾剂。 9.5 局部排风罩的设计 由局部排风的设计原则可得，排风罩选择双侧低截面槽边排风罩。条缝式低截面槽边排风罩，可使液面排风气流较稳定，条缝口抽风速度大，吸入的无效空气比平口排风罩少，效果好，而且结构简单，施工安装方便，使用较普遍;但安装位置较高，占空间较大，对手工操作略有不便。 15 钢套化学镀光亮镍工艺设计 二、生产工艺说明书 1 工艺流程 零件?上挂具?化学除油?水洗?酸洗?水洗?电化学除油?弱腐蚀?水洗?化 学镀光亮镍?水洗?干燥?下挂具?包装入库 2 主要工序说明 2.1 化学除油 1)配方组成及工艺条件见表2.1. 表2.1 配方组成及工艺条件 (g/L) 溶液组成及工艺条件 氢氧化钠 (NaOH) 40,50 碳酸钠 (NaCO) 30,40 23 磷酸钠 (NaPO?12HO) 30,40 342 温度 (?) 70,100 时间 (min) 油污除尽为止 2)溶液的配制 (按1L溶液计算) 1)按槽子的实际尺寸计算出所需配制溶液的体积，一般以距槽口100,150mm高 度计算配制的体积，然后加入2/3配制体积的水。 2)按40g/L氢氧化钠的量用冷水溶解，分别按30g碳酸钠和30g/L磷酸钠的量用 16 钢套化学镀光亮镍工艺设计 60?热水溶解。 3)把以上溶液放入除油槽中，加水至配制体积，充分搅拌均匀，取样化验，合格后即可投入生产。 2.2 酸浸蚀 配方组成及工艺条件见表2.2. 表2.2 配方组成及工艺条件 (g/L) 组成和工艺条件 硫酸 (HSO)(相对密度1.84) 120,250 24 缓蚀剂 (若丁) 0.3,0.5 温度 (?) 50,75 2 时间 (min) 2.3 化学镀光亮镍 化学镀光亮镍的配制过程中应防止镍的氢氧化物沉淀，配制应遵循的顺序: (1)用不锈钢、搪瓷、塑料作镀槽。 (2)用配槽总体积的1/3水量加热溶解镍盐。 (3)用另外1/3的水量溶解络合剂、缓冲剂及其它化合物，然后将镍盐溶液在搅拌下倒入其中，澄清过滤。 (4)用余下1/3水量溶解次磷酸钠，过滤，在将要使用前在搅拌下倒入上述混和液中，稀至总体积，用1:10的H2SO4或1:4的氨水调pH值。 2.3.1 工艺选择 以次磷酸盐作还原剂的化学镀镍液按PH可分为酸性和碱性两大类，酸性镀液比较稳定，易于控制，沉积速度快，所得镀层磷含量高达(7%~11%)。生产过程中常用此类溶液。 2.3.2 配方组成及工艺条件 (g/L) 组成及工艺条件 17 钢套化学镀光亮镍工艺设计 25 硫酸镍 (NiSO?7HO) 42 30 次磷酸钠 (NaHPO2?HO) 22 20 醋酸钠 (NaCHO?3HO) 2322 30 羟基醋酸钠(NaCHO) 233 2 铅离子(mg/L) 3 硫脲 [CS(NH)] (mg/L) 22 光亮剂 (g/L) 0.1 90 温度 (?) PH 5 20 沉积速度 (μm/h) 6~8 镀层磷含量(%) 2.3.3 常见故障及排除方法 表2.3.3 化学镀镍的常见故障及处理方法 常见故障 分析原因 排除方法 1.镀液温度太高 1.转槽过滤,降温至正常操作范围 2.PH值过高引起沉积 2.转槽过滤,用10%H2SO4调整PH值至正常 3.局部过热 值 4.槽壁或设备内壁被镀 3.转槽过滤,使用慢速均匀加热防止过热 上化学镍层 4.转槽过滤,用1:1硝酸清洗、钝化设备内壁 镀液分解 5.催化剂带入污染 5.转槽过滤,加强镀前清洗 6.在操作温度下，一次性 6.转槽过滤,在搅拌下少量多次补充添加 补充量太大 7.转槽过滤,清理挂具 7.剥离的镀层碎片 8.转槽过滤,改善车间清洁度 8.镀浴中落入污染物 18 钢套化学镀光亮镍工艺设计 1.表面处理不当 1.改进除油、酸洗工序 2.前处理清洗不够 2.改进清洗工序 3.铝件锌酸盐化不当 3.分析浸锌溶液,改进浸锌工艺 镀层结合强度 4.金属离子污染 4.大面积假镀除去杂质或更换部分镀液 差或起泡 5.有机物质污染 5.用活性炭处理镀浴 6.工件镀前生锈 6.缩短工作转移时间 7.热处理不当 7.按规范进行热处理 1.改进镀前清洗工序 1.前处理溶液带入污染 2.减少装载量 2.槽负载过大 PH值变化快 3.检查、调整PH值至最佳操作范围之内 3.镀浴PH值越出缓冲范 围 1.转槽过滤,检查滤芯是否破损 1.镀浴中悬浮不溶物 2.改进清洗工艺 2.镀前清洗不够 3.用10%H2SO4调整PH值至正常 3.PH值过高 4.转槽过滤,清洗镀槽或更换滤芯 镀层粗糙 4.镀槽或滤芯污染 5.减少带出损失检查补充调整量 5.络合剂浓度偏低 6.使用合格的去离不开子水 6.工艺用水污染 7.镀前应作消磁处理 7.工作残留磁性 1.镀浴中悬浮不溶物 1.转槽过滤,检查滤芯,找出污染源 2.槽负载过大 2.减少装载量 镀层针孔 3.有机物污染 3.用活性炭处理镀浴 4.金属离子污染 4.大面积假镀除去杂质或更换部分镀浴 5.搅拌不充分 5.改进搅拌方式,选用工作搅拌 1.金属离子污染 1.大面积假镀除去杂质或更换部分镀液 漏镀 2.基体金属影响 2.镀前预闪镀铜或闪镀镍 3.镀浴过稳定 3.大面积假镀除去或者更换部分镀液 1.搅拌不充分 1.搅拌不充分 2.表面预处理不当 镀层花斑和气带 2.表面预处理不当 3.金属离子污染 3.金属离子污染 19 钢套化学镀光亮镍工艺设计 1.改进镀后清洗水质;末道清洗水用去离子水 1.镀后清洗水污染 2.改进除油酸洗工序,加强清洗工序 2.表面前处理不当 3.用稀NaOH调整,升温至正常范围 3.镀液PH值,温度太低 4.分析镀浴,补充还原剂至正常浓度 4.还原剂浓度太低 镀层晦暗失光 5.分析镀浴,补充镍离子至正常浓度 5.镍离子浓度太低 6.用活性炭处理镀浴 6.有机物污染 7.大面积假镀除去杂质量管理或者更换部 7.金属离子污染 分镀液 8.光亮剂带出损失 8.适量补充光亮剂 1.更换部分镀浴 1.稳定剂浓度过高 2.改进镀前酸洗、活化方式 2.表面未活化 3.镀前表面催化处理,闪镀镍,浸胶体钯活化 无镀速 3.基体非催化剂 4.用稀NaOH(或NH4OH)调整,升温至正常范 4.镀浴PH值,温度太低 围 5.金属离子污染 5.大面积假镀除去或者更换部分镀液 1.镀浴PH值过高 1.用10%H2SO4调整PH值至正常 2.镀浴中络合剂浓度太2.添加适量络合剂 镀浴中出现絮 低 3.在搅拌下少量多次地补充添加 状物 3.补充添加速度太快 4.更换部分镀浴或废弃镀浴 4.镀浴老化 1.转槽过滤,用1:1硝酸清洗,钝化槽壁或 1.槽壁或设备上镀上化学 设备 镍层 2.减少槽装载量 镍离子消耗快 2.槽负载过大 3.改进工作出槽速度,滴尽镀液,然后转移清3.镀浴带出损太大 洗 4.镀浴分解 4.转槽过滤,分析调整镀液或废弃镀浴 2.4 化学镀镍层的退除方法 (1)化学退镀法: 20 钢套化学镀光亮镍工艺设计 化学退镀法不使工件受腐蚀，适用几何形状复杂的工件，且可做到退镀均匀。 配方1:浓HNO3，20,60?。本液成本低，速度快(30,40μm/h)，毒性小。适用尺寸精密要求不高的工件退镀，防止带入水、退镀完毕迅速入盐酸中清洗后再用流动水清洗。 配方2:HNO3(1?1)，20,40?，退速快(10μm/5,6min)，适用不锈钢。 配方3:浓HNO31000ml/L，NaCl20g/L，尿素10g/L(抑制NOX气体的生成)，六次甲基四胺5g/L，室温，退速20μm/h。 (2)电解退镀法 配方为:NaNO3100g/L，氨三乙酸15g/L，柠檬酸20g/L，硫脲2g/L，葡萄糖酸钠1g/L，十二烷基硫酸钠0.1g/L，pH=4，室温，DA=2,10A/dm2，阴极10#钢，SK?SA=23。 参考文献 ,1,章葆澄，周雅等.防腐蚀设计与工程[M].北京航空航天大学出版社.1998 ,2,曾华梁，吴仲达等.电镀工艺手册第2版.机械工业出版社.1997年 ,3,《电镀手册》编写组.电镀手册下册[M].国防工业出版社.1997 ,4,冯立明，孙华等.电镀工艺与设备[M].化学工业出版社.2005 ,5,天津市电镀工程学会、天津市电镀研究所编.简明电镀工手册[M].机械工业出版社.2002 21 钢套化学镀光亮镍工艺设计 附 工艺卡 材料 南昌航空大学 共1页 酸性化学镀光亮镍工艺卡 腐蚀与防护系 A3 钢套 工 作 规 范 材 料 序名 称 操 作 内 容 成分名称 备 注 槽液 温度 时间 号 及浓度 参数 ? min 工人须带1 上夹具 人工操作 手套 氢氧化钠40g/L 油污 2 碱性化学除油 浸泡 碳酸钠30g/L 80 除尽 磷酸钠30g/L 为止 3 水洗 零件上下起吊洗三次 自来水 室温 1 硫酸120,250 g/L 4 酸浸蚀 浸泡 60 2 若丁0.3,0.5 g/L 5 冷水洗 零件上下起吊洗三次 自来水 室温 1 氢氧化钠(10~30)g/L 6 电化学除油 浸泡 80 1 硅酸钠30g/L 7 冷水洗 零件上下起吊洗三次 自来水 室温 1 硫酸镍 35 g/L 次磷酸钠30 g/L 醋酸钠20 g/L 8 镀光亮镍 浸泡 羟基醋酸钠30 g/L 90 78 铅离子2 mg/L 脲硫3 mg/L 光亮剂 0.1 g/L 9 冷水洗 零件上下起吊洗三次 自来水 室温 1 10 干燥 在干燥台中干燥 100 11 下挂具 人工操作 不合格产 12 包装入库 人工操作 品淘汰 22 钢套化学镀光亮镍工艺设计 23