化学镀镍工艺设备的设计与选用.doc

化学镀镍工艺设备的设计与选用李宣震 王泸万(长沙华成镀业有限公司长沙华成液相换热研究所410014)摘要一一本文概述了硫酸镍一次磷酸钠型化学镀镍液的工艺特点，对配套设备(镀槽、加热、过滤、纯水、搅拌、滚镀、分析试验等)的技术要求、设计与选用。关键词 一盾己套M艺设备、十 耐温耐蚀 局部过热 过热分解o1前言化学镀镍系自催化的化学沉积过科，具有镀液纯净度高、工作温度高、组分过热分解、遇杂质分解、有镍粉产生等1一艺特点，对其工艺设备的要求严格，须合理设计、正确选用。2化学镀镍槽21化学镀镍对施镀槽的技术要求211槽体材料耐化学镀镍液、耐1：1硝酸溶液浸泡：222槽体材料耐95高温不软化变形；223槽体材料不分解释出有害于镀液、镀层的物质；224镀槽溶液量要满足I：艺装载量的要求；225镀槽有足够的强度，高温作业F，长期使_【；fj不变形；2 26施镀槽一般按双槽配置，一槽生产，另一槽处理备用。22纯聚丙烯槽(PP)221采用不添加任何改性填料的高纯聚丙烯(密度O9-0919em3)，材质量半透明白色 或浅驼灰色，表面平绉光滑，经实践应用证明，取材容易，制作jI：艺成熟，是目前 最适州、经济的槽体材料，已迅速取代传统的搪瓷槽和不锈钢槽；222根据镀槽尺寸，在保证强度前提F，选用不同厚度(6=330mm)的国产或进口板 材制作223为防槽体盛液受压变形，槽体的刚度加周很重要，特别是长槽和深槽。加固材料可 J=I=|本体材料、钢板、角钢、槽钢或工字钢：224为稳定化学镀镍液的二：艺温度，即使塑材导热性差，槽体仍应有保温层，特别是在 冬季，镀液温度与车间环境温度差可达到7080度，热损耗严重，北方冷季长，更 甚于南方。225为减少溶液蒸发和稳定1：艺温度，防止灰尘、蚊蝇等落入槽中，镀槽加盖非常必要， 镀液在8595高温条件下，水份的蒸发量很大，随之带走的热量亦大，减少热能 消耗和纯水耗量对降低l：艺成本至关重要。槽盖的结构要求轻便不变形，有利于 气水同流入槽。23不锈钢槽231聚丙烯槽出现之前，不锈钢槽应用广泛一般采用316L不锈钢，制作工艺成熟 强度好，但价格较贵，维护措施烦杂。232活化的不锈钢表面可以沉积化学镀镍层网此不锈钢槽盛液生产前，须用50Vo硝酸_94一溶液进行钝化处理，为防镍的沉积和去除已沉积的镍粒，需要定期重复处理。233施镀过程中，对不锈钢槽体需要采用阳极电流(1mAdm2)保护。24氯化聚氯乙烯槽(CPVC)氯化聚氯乙烯耐热、耐蚀性能好，强度高，是较PP更理想的化学镀槽体材料，近年从国外引进生产，因价格昂贵，取材不易，近期难于推广普及。25 il件本身盛液作镀槽 对于大型的笨重工件，要求内腔化学镀镍时，可将其工件内腔盛液进行施镀，相应解决好工件预热、溶液加温、循环、过滤、排液、清洗等具体问题。26化学镀镍槽的结构设计还需全面协调溶液循环过滤、溶液搅拌、加热管敷设、液温 监测等配套设备的布置以及槽底的排液、清洗等问题。3加热设备31化学镀镍对加热设备的技术要求311加热器的材质，必须耐化学镀镍液，耐l：1的硝酸溶液；312镀镍过程液温的变化对镀层质量和沉积速度影响显著，要求液温稳定、加热均匀313严防溶液局部过热，以免液中某些组分过热分解，危及溶液寿命及镀层质量；314镀镍过程要严格控制工艺温度范围，须配置有效的液温自控系统。32聚四氟乙烯(PTFE)加热器聚四氟乙烯加热器系指采用聚四氟乙烯薄壁管材制作的管束式蒸汽加热器和套管式电加热器(或称特氟隆加热器)，经生产实践应用，已公认为化学镀镍液中最实用的加热设备。321聚四氟乙烯俗称塑料王，具有优异的化学稳定性、电绝缘性、表面不粘性、抗老化 性，耐温150250，因而赋予该类加热器独到的使用性能，能全面满足化学镀镍 液的工艺技术要求且使用寿命长。322管束式蒸汽加热器加热管柬采用中4(6=04mm)毛细管61,-217根，盘绕成u型或w型，定位于 高纯度PP板制作的框架上形成一体，并配以挂板、可旋转安装板及蒸汽进出接头而 构成。管束换热表面积大，单位表面热负荷相应减小，有利于降低加热管与溶液界面温 度，有效防止溶液局部过热。化学镀镍的加热，供汽压力可采用01-4)2Mpa，(蒸汽温度110C120)，有利于 防止溶液局部过热和节能，由于管束换热效率高，并不影响加热速度。323套管式电加热器套管式电加热器是在金属加热管外再套以特制成型的特氟隆管(6=06加8 mm)，并使之紧密粘合，再配以密封电极接头及安装板。用于化学镀镍液的电热管采用极低的表面功率(15Wcm2)，以降低电热管与溶液界面温度，防止溶液过热分解，亦利于延长使用寿命。324加热器的日常维护：液中漂浮的镍微粒，可能沉落在加热管朝上的表面，且继续“镀 出”长大，但附着不牢，在定期对镀槽进行硝酸处理时，同时将加热管上的镍粒除 去，以保证正常工作。325加热器的安装：_95化学镀镍液通常采用楠内浸入式直接加热，较传统的水浴夹套加热效率高得多而能耗少 得多。加热器匀布于槽两侧，尽可能使液温均匀。窄槽可单侧加热，浅槽可槽底加热，但须 注意做好隔板安全保护，以防，I：件砸坏加热管。326化学镀镍液也可采_l_槽外循环的蒸汽加热或电加热，要倍加注意溶液循环系统的镍 渣清除。33不锈钢加热器不锈钢加热器系指采用不锈钢管制作的蒸汽加热器和电加热器，是一种常规应用的加热设备。331一般采用不同管径的316L不锈钢管制作；332使用前要进行50硝酸钝化处理；333施镀过程中要施以目1极电流(1mAdm2)保护；334加热管上沉积的镍渣，要定期进行硝酸处理除去：335加热管与溶液界面温度偏高，要加强溶液循环、搅拌，以防局部过热分解。34液温数显温度白控器341采用数字式温度表，设定温度上、下限实施液温的自动控制，白控箱有台式平择式， 单槽单台配置，也可作成白控柜，集中控制整条生产线的电器；342液温传感器采用Ptl00铂电阻，外套聚四氟乙烯管，其长度根据液深确定，同定于槽边。35液能控制器化学镀镍液温高、蒸发快，液伉下降快，实旌液位报警，白控液位，以防电加热器干烧损坏。4过滤设备化学镀镍液中不可避免的会存在和产生同体微粒，致使镀层粗糙，引发镀液分解，溶 液的循环过滤，对保证镀层质鼙，稳定镀液至关重要。41化学镀镍液对过滤设备的技术要求411镀液循环过滤不少于每小时610次；412滤芯过滤精度不大于5微米：413镀液温度高达90，凡过流组件必须耐温、耐蚀；414镀液过流部分不能有任何金属接触，以防沉积镍、引发镀液分解；415化学镀镍溶液较昂贵，不能因过滤机渗漏造成经济损失。416滤芯在使用前需用3H2S04浸泡12小时后，用纯水洗净再使用。42现行化学镀镍过滤机均采用高纯聚丙烯成型筒体、滤芯、循环泵配装组成。亦可采J； IHF系列氟塑料离心泵，耐温、耐蚀性能更佳，但价格更贵。因液中有镍粒存在，不 宜采用磁力泵。43据调查，采用机械离心泵的化学镀镍过滤机，其泵轴封处泄漏问题解决了的并不多 至今仍是业界的一大难题，须探求新的途径和结构型式。5纯水设备化学镀镍液要求高度纯净，主镀槽必须刚纯水配制、补充。工什入槽前、出槽后用水也 需要采_Lj纯水。5】州水品质根据l。什质量要求平所_Lj化学药品品级确定，选用纯水或高纯水。纯水水质技术参数总碰廛总碱度电导率 电m率【外 州 悬浮物(mg，L)(mm01L)(mmoIL) (u$cm) (Momm2m)|清泄透叫5 (j j l 0】0100052纯水的制备有蒸馏法、离子交换法、逆渗透法等，制备设备根据出水品质、结构型式、 设备州料、白控程度的不同而著异很大、价著亦火。53采_Lj离子交换法制备去离子水，【：艺成熟、设备简单、操作方便、经济实用，己得到广泛应j_j。531功能柱配置：过滤柱、刚离子交换柱、阴离子交换柱，若再加阴阳离子混合柱，水质更有保证。532再生处理系统：配置贮酸槽、酸泵、贮碱槽、碱泵及其管路。533计量检测仪器：转子流量计、电导仪。5 34其它配置：贮纯水槽、电气控制箱。6搅拌设备61对镀液进行搅拌，有着多方面的作_【；。611加速液中反应物到达I：什表面、反应生成物离开工件表面的运动过程，获得均匀、 光滑、无针孔的镀层平较快的沉积速度。612加速镀液的流动，不断将加热管界面的热餐带到液中，有利丁防lr镀液局部过热分 解，提高液温均匀度。613赶走1+件上滞留的氢气泡，避免气袋、气道产生；614镀液过度的搅拌，降低沉积速度或使尖角处漏镀。62为充分发挥搅拌对化学镀的良好作_Lj，要根据1：4t精点、镀槽结构、加热管布局等冈素，合理选择搅拌方式、搅拌强度、液流模式进行具体设计。63搅拌方式631空气搅拌搅拌的气源有压缩空气站管路供气，自配空气压缩机供气，均需配装多级式油水分离 器，小槽亦可使J=j无油气泵。空气搅拌管径的选择、气孔的直径、间距、排气孔的方位及排气管在槽底的敷设均需 根据槽的内部尺寸及l：件人小、形状具体设计。632机械搅拌搅拌的方式有轴带叶轮、叶片搅拌，也可使t：4-I+自转或工件移动达到搅拌效果。633溶液循环本身就是一种搅拌，合理布局吸液管和回液管，可达到更为理想的效果。7滚镀设备7化学镀镍的I件一般采用j丰镀，对于不便挂镀或挂镀下作鼙火的小件，亦可进行滚镀。71滚镀槽和滚桶的取材及结构的要求原则上同挂镀槽，只是一般较小些。72滚桶的结构原则上亦同一般的电镀滚桶(无须阴极导电部份)，筒体构件用纯PP制作但转速较慢3-6转分，过快难于沉积。73镀槽和滚桶同样要注意定期清除镍渣。8分析试验设备81化学镀镍液由于组分含量很低，沉积速度快，溶液变化快，特别是主料消耗和PH值。 为稳定连续生产，需随时测定PH值和补充硫酸镍和次磷酸钠及相应辅料，最好每小时一次。82常备仪器设备：精