电镀工艺(AQ水淬火)

1、电镀工艺（电镀工艺（AQ水淬火）水淬火） 放线 脱脂 奥氏体炉 酸洗 水冷却 串连水冲洗 镀铜 串连水冲洗 镀锌槽 串连水冲洗 热水洗 热扩散 水冷却槽 磷酸浸 串连水冲洗 皂浸 收线 AQ水淬火 1.简介简介 中拉钢丝需根据帘线成品的要求，经过热处理来获得一定的强度。热处理的 目的： 重新具有拉拔性能 得到最佳的金相组织 得到经湿拉后想要的抗拉强度 热处理分为两个步骤：奥氏体化和淬火。拉拔前，钢的组织由不同方向分布 的渗碳体的晶粒组成，之间的间隙（晶界）由杂乱分布的Fe3C填充。 在拉拔过程中，钢丝的良好结构会被破坏，晶粒被拉长，断裂。钢丝硬度增 加，延展性变差，无法进一步拉拔。经过炉子升温

2、使晶粒重新形成渗碳体。 在炉子中，被破坏的Fe3C重新融合；在淬火槽中，Fe3C重新排列。 钢帘线最重要的性能之一是钢帘线与橡胶的粘合力。我们通过黄铜镀层加强 与橡胶的粘合力。同时，黄铜在湿拉过程中能起润滑作用。不同的客户使用 不同的胶料，由此我们设计不同的镀层：铜含量和镀层重量。 2.放线放线 为了避免中拉钢丝在放线时绞丝，通过飞轮的张力带给予钢丝一定 的张力。钢丝的张力根据钢丝的直径来确定，不同的直径控制相应的张 力。因此，每次更换直径后要调整放线张力。 2.放线放线 1、张力太大： *导线孔易磨损 *会造成钢丝在炉中有延伸 电镀钢丝直径变细，湿拉钢丝破断拉力不够 湿拉拉拔会形成中心毛刺

3、*分线梳磨损 *炉中断丝 *接断丝困难 2、张力太小： *钢丝跳出放线工字轮而断丝。 *炉中绞丝 加热不均匀 面缩率偏高，湿拉不正常断丝 铁素体溶解不完全 抗拉强度低，散差大 *损坏氧化皮 脱碳 炉内氧化皮堆积 3.脱脂槽脱脂槽 钢丝在燃气炉中的加热为辐射形式。暗的钢丝升温快，面缩率低，强度 高；亮的钢丝升温慢，面缩率高，强度低。 脱脂槽也叫调节槽，是为热处理作准备，可以看作热处理的一个部分。 在生产中，脱脂槽必须始终工作，它首先洗去钢丝表面因拉拔而残余的 硼砂皂粉，而后涂上均匀一致的脱脂液。铅淬火用脱脂槽能防止挂铅。 3.脱脂槽脱脂槽 *目的： 获得均匀一致的表面色泽，使钢丝在炉内能均匀地接

4、受辐射来的热 量。获得一致的机械性能。 涂上的皂液能控制钢丝在炉内的升温速度，控制钢丝在炉中的氧化 过程，易于酸洗。 *温度 温度最低85，较低的温度将影响脱脂液的流动，使钢丝不能有均匀 的涂层。钢丝的面缩率会大，强度偏低。 *浓度 钢丝表面的皂粉多少将影响钢丝在炉中的升温速度。皂粉太多，会导 致钢丝升温太快，有脱碳的可能。脱脂槽中的皂粉浓度由添加水的流量 控制。 3.脱脂槽脱脂槽 *添加水 补偿蒸发 钢丝带出的水 不断溢流溶液，控制硼砂和皂粉的浓度 *抽气装置 抽气装置必须始终工作，抽气口要保持清洁。抽气风机的过滤器要 保持清洁。如被污垢堵塞将影响抽气效果。过滤器的压差如大于100mm 水柱

5、，则需更换滤网。 4.奥氏体炉奥氏体炉 4.1钢是一种混合物，主要由铁和碳两种元素组成。碳以渗碳体存在 （Fe3C）。钢丝的抗拉强度主要由 Fe3C的数量和分布决定 Fe3C的厚度和相互之间的距离决定。 4.奥氏体炉奥氏体炉 4.2 钢丝结构的转变 钢的组织由不同方向分布的渗碳体的晶粒组成，之间的间隙（晶 界）由杂乱分布的Fe3C填充。 在拉拔过程中，钢丝的良好结构会被破坏，晶粒被拉长，断裂。 经过燃气炉加热，使晶粒重新形成渗碳体。在炉子中，被破坏的 Fe3C重新融合；在淬火槽中， Fe3C重新排列。 温度超过723（取决于钢丝成分及加热速度）钢丝会奥氏体化。碳 原子渗透到间隙里去，需要一定的

6、时间，也即我们要时钢丝加热到 更高的温度。完美的奥氏体化要尽可能的均匀，需要有很好的温度 及足够的时间让碳原子扩散。但如果钢丝停留在炉子时间太长，晶 粒会长得很大。 燃气炉共有四个区，钢丝在炉子第三区要达到940-950，第四区 提供一个扩散（溶解）的时间，也即第四区只是保温作用，不应该 是加热的过程，通过第四区的燃烧压力大小来判断。 4.3 钢丝奥氏体化的过程 钢奥氏体化的过程分为4个基本的过程：奥氏体形核、奥氏体长大、 剩余渗碳体溶解和奥氏体成分均匀化。示意图如下： Fe Fe3C 未溶解Fe3C 未溶解Fe3C a)A形核 b)A长大 c）残留Fe3C溶解 d）A均匀化 4.4 影响奥氏

7、体化的因素 1、加热温度和保温时间 2、原始颗粒越细。形核越多，晶核长大速度越快，加速奥氏体 的形成过程。 3、钢中的碳含量越高，奥氏体化越快。 4.奥氏体炉奥氏体炉 4.5 DV值 我们的炉子是气体加热辐射炉，热量的传输取决于钢丝的吸热系 数。为了保证奥氏体化均匀一致，得到一致速度的加热，不同的直 径用不同的收线速度来达到。我们保证同样单位的表面积的钢丝通 过炉子。表面积和直径成正比，因此，我们根据燃气炉的功率得到 炉子常数（furnace constant）=D*V。 虽然加热和钢丝表面积有关，但还和钢丝的体积有关，因而虽然 在相同的DV值下，不同直径和不同含碳量的钢丝的加热功率（炉温 设

8、定）还是有不同。 4.奥氏体炉奥氏体炉 4.6 炉温设定 炉温的分布可以有不同的设定，如桥式分布，但必须保证奥氏体化的转变， 并且要注意： *对炉氛控制 *保证最后一区的燃烧压力 *保证燃烧压力的稳定。 桥式温度分布能更好地保证炉子状态，炉子的设计也基于此：Z3到Z4， Z2到Z1。如果Z1压力太高，会破坏这种流动。桥式温度分布可以维持Z2、Z3 很高的压力，使气流正常流动，阻止炉两端的空气进入炉子。 4.奥氏体炉奥氏体炉 4.4 炉温设定 如何是一个理想的炉温分布呢，钢丝在炉中可以分为几个阶段： Z1：在Z1形成保护性的氧化皮（Fe3O4），颜色更暗，吸热更快。理论上， 当离开Z1时已达到转

9、变温度，723。 Z2：在理想情况下，该区应该提供所有的热量来使得铁向铁转变，珠 光体向奥氏体转变。在整个转变过程中，钢丝温度在20-30之间，是等温转变， 热量提供给组织结构的转变。 Z3：钢丝被加热到最终温度940左右。实际上转变从Z2后半部分开始，可能会 持续到Z3，因此，在很好的情况下，钢丝温度在900左右。 Z4：理想情况下，Z4是保温区，同时也能提供一定的时间让如光亮钢丝等吸 热慢的钢丝达到所需的温度。 炉子各区温度等于设定温度，尤其最后区的温度和燃烧压力。最后区的实 际温度必须等于设定的980（3），燃烧嘴只需打开一半，同时燃烧压 力必须较低，小于150cm水柱。因为钢丝在前面区

10、已充分受热，在最后区仅 需补充钢丝损失的热量（保温）。 4.奥氏体炉奥氏体炉 4.7 炉气氛 燃烧产物跟所用的燃气有关，如液化石油气LPG，天然气NG。燃气中甲烷含 量高，热值高，氢含量高，热值低。 在我们的炉子中必须防止游离氧，否则氧化物形成会不受控。为了防止游离 氧，炉子内部为小的正压，同时具有稍微的还原性气氛。 炉子的第一区可以稍微的氧化性气氛，使得钢丝表面迅速形成Fe3O4，我们需 要 Fe3O4在进一步加热时防止脱碳。从第一区到第四区，CO的含量应逐渐提 高，防止钢丝中的C和CO2反应，形成脱碳（脱碳钢丝比正常钢丝软，内层硬， 外层软，湿拉会堵塞模孔，镀层剥落）。CO含量太高，燃烧压

11、力会很高，炉 子压力不是很理想，奥氏体化不完全。 4.奥氏体炉奥氏体炉 4.8面缩率和晶粒度 面缩率是能衡量奥氏体化的较快的参数，通过拉伸试验得到。面缩率指 标不是标准，因为面缩率的值还取决于盘条质量和拉拔工艺。面缩 率的测量必须在24小时以内，否则会产生时效（ageing），数值会 偏高。 如果面缩率值偏高，说明钢丝温度太低，保温时间太短，晶粒太小。 碳没有完全溶解，有残留碳化物。 可能的原因：钢丝碰炉底、交叉、缠绕、钢丝光亮等。现象：炉出口钢 丝暗，小的晶粒度抗拉强度太低，湿拉会中心毛刺。 如果面缩率值偏低，说明钢丝温度太高，晶粒增长速度慢，单个奥 氏体晶粒太大。钢丝的延展性差、有脱碳的风

12、险，钢丝过氧化。 我们也可以通过检查晶粒尺寸来看温度设定是否好。如晶粒太大，则 保温温度太高，适当降低炉温。如晶粒正常，不要轻易更改第四区 的温度，应通过改变前几区的温度来调整第四区的燃烧压力。 正常的晶粒20-25，钢丝直径小于1.20，晶粒在15-22。虽然我们也 测面缩率，但最好还是测晶粒度来看奥氏体化的程度。因为改变面 缩率时也会改变抗拉强度。 5.AQ水淬火水淬火 5.1 等温转变 我们使用的淬火方式是等温转变。钢丝在进入水淬火液后，由于钢丝 的高温，会立即形成大量的气泡环绕着钢丝，钢丝正是在这样密封 环绕的气泡内被冷却的。我们在水中添加AQ液（一种高分子化合 物），使溶液的表面张力

13、加大，这样气泡就不容易破裂，如果气泡 破裂，则高温钢丝和水直接接触转变为硬脆的马氏体，这种组织会 引起后道拉拔捻制断丝（示意图如下）。 冷却速度太慢：产生先共析铁素体，组织较软，冷作硬化减弱，产 品强度低。 转变温度太高：珠光体组织粗大，渗碳体片间距大，机械性能低。 转变温度太低：产生贝氏体甚至马氏体，拉拔性能差。 5.2 AQ水淬火的组织变化 AQ槽分成三部分，它们是：WT1、AIR、和WT2。钢丝在WT1中的 组织是过冷奥氏体，在空气段中开始由过冷奥氏体转变成为索氏体 （相变放出的热在空气后段时使钢丝又变红），在WT2中得到更多 的索氏体，在出WT2后钢丝组织转变的过程基本结束，最终得到以

14、 索氏体为主的钢丝。冷却曲线如下图。 WT1：A AIR：A+S WT2：S 时间 5.3 AQ水淬火的调整 调整AQ的目的是要得到要求的强度。当强度超出上标准时，增加空 气段长度，当强度超出上极限时，增加WT1的长度。 a)调整空气段降低强度的原理是：加长空气段的长度，则钢丝在 空气中的相变时间变长，钢丝上得到了更多的相变热，钢丝温度上 升得更多，由于WT2的长度没有发生变化，该段带走钢丝热量不变， 这样就减小了过冷度，所以强度下降。 b)调整WT1降低强度的原理是：加长WT1的长度，则钢丝在空气 中的相变点提前，时间变长，钢丝上得到了更多的相变热，使钢丝 温度上升得更多，由于WT2的长度没

15、有发生变化，该段带走钢丝热 量不变，这样就减小了过冷度，所以强度下降。 5.4 调整的标准 一般调整时，先看强度在什么范围，若超出上标准限，则增加 WT1长度，若超出上工作限但没有超出上标准限时，增加空气 长度。增加WT1长度1cm，钢丝强度下降5MPa；增加AIR 长度 1cm，钢丝强度下降2MPa；增加WT2长度1cm，钢丝强度上升 5MPa。一般是只调整WT1和AIR的长度。 6.酸洗酸洗 钢丝在奥氏体化和热处理时会形成氧化物，还有皂粉和硼砂的固化物，会影 响镀层与钢丝的结合力，影响湿拉拉拔。酸洗就是把氧化物和气体固化物去 除的过程。正如脱脂是热处理的预先处理，酸洗是镀层的预处理。好的酸

16、洗 过程，要溶解所有的氧化物，不溶解钢基，并且酸洗残留物不停留在钢丝表 面。酸洗很重要，不好的酸洗会造成不好的镀层，会造成大量的废品。 6.酸洗酸洗 在酸洗过程中，我们必须除去钢丝加热过程中产生的所有氧化物。 一般来说，在盐酸溶液中会发生如下反应： FeOHClFeClH2O Fe3O4 H2O H2O （） FeCl H2O （） H2O FeCl + FeCl 3 FeCl 酸洗是利用钢丝和盐酸反应生成的氢气来剥落氧化皮的。盐酸三份 之二的用量和钢丝反应，三份之一的用量和氧化皮反应。 Fe3+ + Fe Fe2+ Fe3+有氧化性，对钢丝有腐蚀作用，所以浓度不能太高。因此溶液 中Fe2+高

17、一些，能够抑制Fe3+与Fe 的反应。 6.酸洗酸洗 酸洗质量的判断： 生产中，用手掌外侧轻触酸洗水冲洗后钢丝，不沾染黑色表示酸洗质量较 好；有擦不掉的黑色，表示过酸洗；能擦掉的黑色表示酸洗不够。 洗酸器： 洗酸器是酸槽洗的一个组成部分，能洗去空气中的酸雾。无论生产线启动或 停止，必须保证常开。 7.镀铜槽镀铜槽 电镀：电镀： 电镀： 溶液中的金属离子通过外加电源（整流器），产生电极差，从而沉积 在另一种金属的表面。良好的镀层能跟基体金属牢固结合，共同加工。 电镀的条件： 阳极：铜粒/阳极板 电解液：焦铜溶液/硫酸锌溶液 阴极：钢丝 整流器 7.镀铜槽镀铜槽 电镀：电镀： 电镀效率由：槽液温度

18、、槽液浓度、金属离子浓度、电流密度、阳极表 面质量、阴极效率和流量等决定。 钢丝表面酸洗不好，阴极效率低的影响： 镀层有微孔，降低抗腐蚀性能，降低粘合力。 降低溶液稳定性。 影响镀层，铜含量、镀层重量散差变大。（不同钢丝之间，同一钢 丝不同时间） 在电镀和扩散中需消耗更多的能量 阴极效率低，在阴极会产生氢气，对工作环境不利 增加扩散时的功率消耗，增加强度损失 可溶性阳极：因为电位差造成阳极不断溶解（如镀铜槽中的铜粒），生 产中需要检查添加。 不溶性阳极：阳极是不变化的（如镀锌槽中的阳极板），必须要有个反 应槽补充溶液中不断减少的金属离子 7.镀铜槽镀铜槽 钢帘线最重要的性能之一是钢帘线与橡胶的

19、粘合力。钢帘线最重要的性能之一是钢帘线与橡胶的粘合力。钢丝通过黄铜镀 层加强与橡胶的粘合力的机理在于：在硫化处理橡胶时硫与黄铜中的 铜产生化学综合力。因为在硫化初期形成Cu2S，然后在橡胶混合料 中有大量的游离硫存在，形成CuS，而CuS这种化合物可以保证粘合 强度。黄铜中含有的锌是接触剂，它可以调节铜的硫化物形成速度。 同时，黄铜镀层在湿拉过程中能起润滑作用。 7.镀铜槽镀铜槽 Fe+Cu2+=CuFe2因为Fe比Cu活泼，所以置换出Cu。在CuSO4中就会 发生这种反应。置换反应镀铜（硫酸铜镀铜）有如下缺点： 1、铜与钢丝的结合力很差 2、镀层重量难于控制 3、镀层不均匀，组织粗糙，不适合

20、拉拔。 4、Fe2会进入溶液，电镀效率会迅速下降。 7.镀铜槽镀铜槽 所以，我们采用焦磷酸铜镀铜焦磷酸铜镀铜。焦磷酸铜是络合物，发生如下电解反应： K6CU(P2O7) 6K+CU(P2O7)26- CU (P2O7)26- Cu2+2(P2O7)4- 从电位排列来看，Cu比Fe更惰性，Fe Cu2+ Fe2+ Cu，电解液中 Cu2+以络合物存在，游离的Cu2+浓度很小，避免了用Cu2+镀铜的不足。 7.镀铜槽镀铜槽 镀槽中铜粒要平整，否则钢丝上的镀铜量会不一致。如有断丝, 则原本该根钢丝上所承受的电流会附加至相邻两根钢丝上,造成 镀层偏差。（如图） 7.镀铜槽镀铜槽 如果阴极和阳极的电流效

21、率相等，则镀到钢丝的Cu2+和产生的Cu2+相等，PH 不变。但实际是不可能的，阳极效率大于阴极效率。溶液中的Cu2+会越来越高， PH值也越来越高，所以要使用一个不溶性的阳极来调整。调节槽中，阴极 Cu2+ 2eCu，2H+2e H2，阳极2Cu Cu2+ 4e。 镀铜槽调整槽的作用： 调整Cu2+的浓度，电流加大，则Cu2+下降。 调整PH值：4OH+4e=H2O+O2，如电流偏大，则PH值会下降。 根据CU(P2O7)26- Cu2+ +2（P2O7）4-，在溶液中添加P2O74-也能抑制Cu2+的 产生，降低溶液中Cu2+的浓度，实际生产中添加焦磷酸钾。 8.镀锌镀锌 在镀锌槽中发生如

22、下反应: 阴极: Zn2+ + 2e Zn 2H+2e H2 不溶解性阳极: 4OH+4e 2H2O+O2 镀锌槽的阳极板由PbSn制成，改进型用TiLr制成，但价格昂贵。如果溶 液中ZnSO4浓度降低，尽量不采用添加ZnSO4粉末来调整。因为ZnSO4粉末 含Cl-，会腐蚀阳极板，应该尽量增加锌板反应。通过添加硫酸，控制PH值来 促进锌板反应。添加的硫酸要受到限制，如溶液中游离的H2SO4太多，会影 响阴极的电流效率。PH值控制在1.1-1.9之间。 9.热水洗热水洗 镀锌以后的钢丝在进入MF（中频感应加热）前，首先要热水洗。热水洗的作 用是清洗、预热钢丝并且使钢丝尽快干燥。热水的温度非常重

23、要，在热水洗 后有一组抽气装置。生产中必须保证钢丝进MF前完全干燥，否则MF提供的 功率有一部分会用作蒸发钢丝上的水分，使得用作镀层扩散的功率会减少， 影响镀层扩散。 10.热扩散热扩散 黄铜是铜和锌的合金，而电镀是分两部实现的，钢丝表面铜和锌是 两个界限分明的两层。我们需要把二者充分混合。在热扩散中，钢 丝外层的镀层被升温到560左右，Zn和Cu相互扩散，形成黄铜合 金。 热扩散是利用导体穿过通电的螺旋型线圈受热升温的原理，改变电 流可调节加热的深度。为了使钢丝不损失强度，我们仅需加热镀层 部分。 10.热扩散热扩散 根据Cu不同，黄铜分为相黄铜和相黄铜。相黄铜容易拉 拔变形，而相黄铜较硬，

24、不易变形，在湿拉后几道次易断丝。我们 生产的高铜（HC），铜含量67.0左右，经扩散后总是相黄铜。 对于低铜（LC）来说，铜含量63.5左右，扩散温度上限为了不致 损失太大的强度，因此外层总会有相黄铜。/4，对拉拔影响不 大。外层铜含量如大于58，就不会有拉拔困难。 *影响扩散的因素： 加热钢丝的体积（DV值） 加热的效率：超音频的几何结构、设备设计： 同直径的NT、HT在相同的DV值下，超音频设定无差异。超音频 的功率与直径不呈线形关系。 10.热扩散热扩散 *黄铜镀层在扩散中的表现： 温度越高，扩散越彻底。铜含量越高，越容易扩散，镀层重量越 高，越不容易扩散。 *扩散与梯度、铜含量的关系： 增加超音频功率，梯度将下降，但增加了ZnO的量。ZnO在磷酸 浸中会被除去，则平均铜含量会上升。 *扩散对强度的影响： 超音频出来的钢丝应呈灰色，如发红说明超音频功率太高，钢丝 组织可能发生球化，强度会变高。但经过湿拉拉拔后，强度会下降 得很厉害（加