钢铁零件表面电镀光亮镍工艺流程设计

1、钢铁零件表面电镀光亮镍工艺流程设计说明书目录1课程设计任务说明-3 1.1设计题目-3 1.2设计技术参数-3 1.3设计要求-32光亮镀镍工艺-33钢铁零件表面电镀光亮镍工艺流程设计-43.1设计依据-43.2工艺规范选择-53.2工艺流程设计-63.3制定工艺卡片-83.4计算-83.4.1确定单次生产时间-83.4.2镍的电化当量-93.4.3确定生产时间-93.5生产设备选择-103.5.1热水清洗槽-103.5.2冷水清洗槽-103.5.3化学除油槽和电解除油槽-103.5.4酸洗槽-103.5.5弱碱中和槽-103.5.6电镀槽-113.5.7钝化槽-113.5.8烘干槽-113.

2、5.9各项辅助设备具体设置-114工艺质量控制-124.1镀层厚度的测试-124.2镀层结合强度测试-124.3镀层耐蚀性的测试-134.4镀层孔隙率的测试-144.5镀液控制-144.6操作注意事项-155原材料供应厂家、价格、利润-155.1原材料供应厂家及价格-155.2成本及利润计算-166环保要求与清洁化生产-166.1“三废”的产生及危害-166.2“三废”的治理-177车间设计-187.1车间设置要求-187.2车间设计原则-187.3车间内各处距离设置-197.4生产车间设计-197.4.1车间组成-197.4.2电镀车间生产设备布局要点-197.5电镀车间安全操作规程-20参

3、考文献-211课程设计任务说明1.1设计题目 钢铁零件表面电镀光亮镍工艺流程设计1.2设计技术参数零件名称：钉子等；零件材料：碳钢； 电镀镍层厚度：20微米； 每天处理量：200公斤； 单槽处理量：10公斤。1.3设计要求 设计钢铁零件表面电镀光亮镍的工艺流程，包括前处理、电镀、后处理的详细操作工艺条件、溶液配制方法、注意事项、工艺管理规程。 原材料供应厂家、价格 生产规模、生产成本、利润 流程合理、符合标准2光亮镀镍工艺 电镀光亮镍的镀液与电镀普通镍基本相同，其主要成分包括主盐、缓冲剂、电导盐、阳极活化剂以及润湿剂，所不同的是电镀光亮镍镀液中必须添加光亮剂。光亮剂由两种或三种组合，他们的功能

4、也稍有差别，有的只起光亮作用，有的具有光亮和整平作用，而辅助光亮剂则起着提高出光速度和整平速度的作用。目前所指的光亮镀镍工艺是指既能得到镜面光泽的外观，又具有优良整平性的镀镍工艺。 根据镀液的性能和用途，镀镍液可以分为低浓度的预镀液、普通镀液、瓦特液和滚镀液。3钢铁零件表面电镀光亮镍工艺流程设计3.1设计依据根据设计任务书，镀件为钉子（小零件），因此，选择可以满足小零件的电镀方法（滚镀），并且要求镀液有良好的导电性和覆盖能力。常用镀镍液的电流效率大约在95%左右。表1当电流效率=95%时，镀镍所需时间（min）镍层厚度/um电流密度/A dm-20.50.81.01,21,52.02.5341

5、23451015202530405010.320.53141511031542052563084105136.412.819.225.63264961281601922563215.110.215.420.525.751771031281542052574.38.612.817.121.44364861071281712143.46.810.313.717.1345168851031371712.65.17.710.312.825.6385164771031282.14.16.28.210.320.531415162821031.73.45.16.88.617.125.734435168861

6、.32.63.85.16.412.818.225.6313851643.2工艺规范选择 根据电流密度，选择光亮镀镍（滚镀）工艺规范见表2表2 滚镀光亮镍工艺规范工艺规范含量/gL-1硫酸镍氯化镍硼酸250-30030-6035-40光亮剂、添加剂/mLL-1糖精 0.6-0.11,4-丁炔二醇 0.3-0.5十二烷基硫酸钠 0.05-1.0温度/oCpH值镍阳极电流密度/Adm-2阴极移动或空气搅拌50-653.8-4.4含碳镍阳极2-5阴极移动3.2工艺流程设计具体工艺流程如下:0原材料检查1滚光2化学除油3热水洗4冷水洗5酸洗去锈6冷水洗7中和8冷水洗9电解除油10热水洗11冷水洗+喷淋1

7、2酸活化13冷水洗14冷水洗+喷淋15光亮镀镍（滚镀）16回收17冷水洗18冷水洗+喷淋19硝酸出光20冷水洗21钝化22冷水洗+喷淋23烘干24检验包装3.3制定工艺卡片序号工序名称配方及其他（温度、时间及其他条件）0原材料检查内容：检查零件是否符合外观规格，是否需要机械整平。要求：在正式开始工作前必须完成，此道工序不计入总流程。1滚光（如需机械整平）将原材料和磨料一起放入滚筒进行机械整平2化学除油NaOH 30g/L 海鸥洗涤剂3mL/LNa2CO3 40g/L Na3PO412H2O 40g/L温度 90oC 时间 30s3热水洗温度 80oC 时间 5s4冷水洗时间 5s5酸洗去锈工业

8、盐酸(37%HCl) 420mL/L工业磷酸 420mL/L乳化剂OP-10 1g/L十二烷基硫酸钠 1g/L添加剂（含羟基有机化合物）20g/L时间 30s6冷水洗时间 5s7中和工业纯碱（碳酸钠） 30g/L 时间 10s8冷水洗时间 5s9电解除油NaOH 60g/L温度 80电流密度 10A/d 时间 60s10热水洗温度 80oC 时间 5s11冷水洗+喷淋工件出槽时喷淋自动开启 时间 5s12酸活化工业盐酸(37%HCl) 200mL/L 时间 6s13冷水洗时间 5s14冷水洗+喷淋工件出槽时喷淋自动开启 时间 5s15光亮镀镍配方及操作条件见表216回收冷水回收镀液 时间 10

9、s17冷水洗时间 5s18冷水洗+喷淋工件出槽时喷淋自动开启 时间 5s19硝酸出光硝酸 50g/L工业盐酸(37%HCl) 100mL/L温度 室温 时间 5s20冷水洗时间 5s21钝化硅酸钠(40%) 40g/L硫酸(98%) 3g/L过氧化氢(38%) 40g/L硝酸(10%) 5g/LpH值 23时间 20s缓蚀添加剂 1-羟基亚乙基二磷酸(50%) 5g/L次氮基三甲磷酸(50%) 5g/L乙二胺四亚甲基磷酸盐(50%) 5g/L 植酸 5g/L22冷水洗+喷淋工件出槽时喷淋自动开启 时间 5s23烘干时间 60s24检验包装内容：抽样检验成品，贴标签，包装。要求：于仓库内完成，不

10、计入总电镀流程3.4计算3.4.1确定单次生产时间 根据表2，光亮镀镍阴极电流密度为2-5Adm-2,阴极电流密度选为3.0A dm-2, 镍层厚度为20微米，查表1可知单次光亮镀镍所需时间为34min。 根据所制定的工艺卡片可知电镀前处理和镀后处理所需时间为30+5+5+30+10+60+5+5+6+5+5+10+5+5+5+5+20+5+60=281s=4.7min。 单次镀镍总时间为34+4.7=38.7min.3.4.2镍的电化当量 K=58.69226.8=1.095g/(Ah)3.4.3确定生产时间综合考虑到工人体力、福利等各方面因素，选择采取两班制，即每日工作时间为早起8点至晚间

11、24点，有效工作时间共16h（960min）。考虑到有废品出现，选择取废品率为1%。则实际日处理量应达到202公斤。单独光亮镍电镀时间为34min，整个流程为38.7min。可以看出整个流程中电镀时间最长。由于是采取全自动连续加工，则除每天第一次工作流程按全时45min（考虑有不可知因素存在取空余时间6.3min然后取整）算。根据以上三点，全天可以电镀次数为96040=21次（向下取整），单槽处理量要求为10公斤，2110=210公斤，实际日处理量要求为202公斤，因此设置一个电镀槽，一条自动生产线即可完成额定目标。综合考虑后该生产时间安排满足各方面要求，则确定生产方式及时间安排如下：工人班组

12、3组工作班次2班生产线1条工人每日工作时间8h工人平时上班时间安排上两天休息一天3.5生产设备选择3.5.1热水清洗槽热水清洗槽通常由钢体槽及蒸汽加热管组成，槽体上设有排水口和溢水口，由于热水槽容易沉积水垢，一般应该把排水、溢水管管径适当地选大一些。加热管一般均匀布置在槽体内侧壁，以便在换水清洗槽体时清除沉淀在槽底的污物和掉在槽底的零件。3.5.2冷水清洗槽冷水清洗槽通常是由碳钢焊接而成，对清洗酸性溶液处理后的零件，一般采用硬聚氯乙烯塑料制成或用其他耐腐蚀材料制造，采用逆流清洗方式，并安装空气搅拌棒。3.5.3化学除油槽和电解除油槽化学除油槽通常由刚槽体及蒸汽加热管组成，除油溶液为碱性，工作温

13、度为70-90oC,并在底部设计压缩空气搅拌管搅拌溶液，以提高溶液浓度和温度的均匀性，促进除油过程。电解除油槽，设置加热装置及吸风罩。针对可能产生的悬浮泡沫，设溢流室，用循环泵除去油污。同时设置导电极棒装置。3.5.4酸洗槽酸洗槽分为常温酸浸蚀槽和热酸浸蚀槽，根据所制定的工艺卡片，选择常温酸浸蚀槽，常温酸浸蚀槽仅有一个槽体，大型槽体用钢槽衬软聚氯乙烯塑料或钢框架内套衬硬聚氯乙烯塑料构成。3.5.5弱碱中和槽 无需吸收、加热、搅拌、溢水等装置，溶液也不需要经常更换。外部用碳钢焊接制成，内部无衬里。3.5.6电镀槽电镀槽是电镀设备中最基础的配套，材料有PP材质、PVC材质、PVDF材质、玻璃钢槽材

14、质、不锈钢槽材质、砌花岗岩材质、聚四氟乙烯材质（可以在任何酸里使用）等各种材质的槽体。电镀槽用来装置溶液，用于电镀金属等。阴极移动电镀槽由钢槽衬软聚氯乙烯塑料的槽体、导电装置、蒸汽加热管及阴极移动装置等组成。槽体也可用钢架衬硬聚氯乙烯塑料制造，槽体结构的选择取决于电镀槽液的性质和温度等因素。它由电动机、减速器、偏心盘、连杆及极杆支承滚轮组成。槽子主要构件包括槽体、溶液加热及冷却装置、导电装置和搅拌装置等。槽体有时直接盛装溶液如热水槽等,有时作衬里的基体或骨架如钢槽的基本要求是不渗漏和具有一定的刚度与强度，以免由于槽体变形过大造成衬里层的破坏；钢槽底面应离地面100120，以防腐蚀严重。该流程要

15、求滚镀光亮镍，并且要求使用阴极移动电镀槽。3.5.7钝化槽设置压缩空气鼓入装置，外部用碳钢焊接制成，内部衬5mm软聚氯乙烯塑料。3.5.8烘干槽设置加热烘干装置，内部不装液体，外部用碳钢焊接制成，内部无衬里。3.5.9各项辅助设备具体设置加热装置采取蛇型加热管深入镀槽中，管内通入热蒸汽的方式加热。搅拌是采用鼓入压缩空气的方式推动溶液加快流动。排水口在槽体底部，溢流口在槽体上部，管口与液面齐平而低于槽口。废水由管口溢入管内，导入下水道，这样以保持地面干燥。溢流管设在槽内或槽外。电镀槽的绝缘：钢制镀槽与地面接触绝缘，用绝缘瓷座、耐酸陶瓷砖或浸过沥青的砖块作槽体垫脚。蒸汽管及回水管接到镀槽的加热管处

16、，用绝缘接头或耐热橡胶管绝缘。用塑料或玻璃的吸风罩，防止漏电。4工艺质量控制4.1镀层厚度的测试考虑到检验时间应尽量短，同时要保证较高的准确度，则综合考虑后选择X射线光谱测定法（X射线荧光法）来快速测量成品镀层厚度是否满足8um的要求。每日抽样测2次。其原理为：当X射线照射到一种金属表面时，金属就会产生二次射线。二次射线的频率是金属原子序数的函数，其强度与镀层厚度有一定关系。因此，本方法可用于测定任何金属或非金属基体上约15um以内金属镀层的厚度。它可以测量极小的面积和极薄的镀层厚度（百分之几微米）。对平面的、不规则形状的零件均可测量，也可同时测量多层镀层的厚度。4.2镀层结合强度测试 由于评

17、定镀层与基体金属结合强度的方法很多，但定量测定较困难。目前常用的是一些定性的试验方法，则应该选择抽检的方式进行。综合考虑后选择摩擦抛光试验。每日抽样测1次。其原理为：在面积的镀层表面上，用一根直径为6mm、末端为光滑半球形的圆钢条作工具摩擦15s，摩擦时所施加的压力只限于擦光而不能削割镀层，随着摩擦的继续进行而出现长大的鼓泡，则说明镀层结合强度差。4.3镀层耐蚀性的测试采取人工加速腐蚀试验中的盐雾试验进行抽样检测。根据表3可知选择中型盐雾试验。每日抽样测1次。表3 各种盐雾试验规范 类型条件中性盐雾实验GB6458-86 ISO37658-1976醋酸盐雾实验GB6459-86ISO-3769

18、-1976铜盐加速盐雾实验GB6460-86ISO3770-1976盐溶液NaCl 45-55g/L NaCl 45-55g/L 加醋酸调pHNaCl 45-55g/LCuCl22H2O 0.24-0.28g/L加醋酸调pH溶液pH值6.5-7.23.1-3.33.1-3.3箱内温度（oC）33-3733-3748-52喷雾方式连续喷雾连续喷雾连续喷雾盐雾沉降率1.0-2.0mL/(h80cm2)1.0-2.0mL/(h80cm2)1.0-2.0mL/(h80cm2)收集的雾液NaCl40-60g/LpH6.5-7.2NaCl40-60g/LpH3.1-3.3NaCl40-60g/LpH3.1

19、-3.3实验周期（h）2、6、2448、96、240480、7204、8、2448、96、144、240360、480、7202、4、8、16、2448、72、96、144240、480、720适用范围适用于金属镀层和非金属材料的无机或有机涂层的腐蚀性能的检验和鉴定，但不能作为镀层寿命实验，也不能用于不同金属耐大气腐蚀的比较适用范围与中性盐雾适用范围相同，只是腐蚀速度快，可以缩短检验周期，也适用于铝或铝合金阳极氧化层耐蚀性检验本方法是目前国际上对钢件和锌压铸件上的装饰性镀层加速腐蚀实验的通用方法，也适用于铝或铝合金阳极氧化层耐蚀性检验4.4镀层孔隙率的测试考虑到尽可能的操作简便，故而选择腐蚀法

20、中的湿润滤纸贴置法。每日抽样检测4次。4.5镀液控制整个工艺过程中各种溶液成分始终在不停地变化，需用霍尔槽试验每时检测一次，如果发现有成分即将或已经不足的情况时要尽快按规范操作及工艺要求添加试剂。其原理为：在电镀过程中，为了维持添加剂的正确配比，应经常掌握实际消耗量。但由于添加剂大多数是复杂的有机物，通常的化验手段很难检定。霍尔槽试验操作较简单，是一种试验效果好、所需溶液体积小的小型电镀试验槽。它可以较好地确定获得外观合格镀层的电流密度范围及其他工艺条件（如温度、pH等），用于研究溶液主要组分和添加剂的影响，帮助分析溶液产生故障的原因。此外，利用霍尔槽还可以测定镀液的分散能力、整平性及镀层的内

21、应力。因此，霍尔槽试验在电镀工艺试验研究和现场生产质量控制方面都得到了广泛地应用。4.6操作注意事项一是正确取样；二是化验的基本操作要规范；三是严格按照工艺卡片指定的工艺进行。5原材料供应厂家、价格、利润5.1原材料供应厂家及价格碳钢钉供应厂家及材料价格：安徽省正大金属制品有限公司 1.5元/kg电镀、前处理、后处理所用化学药品供应厂家及药品价格：南京南试化学试剂有限公司 各药品以及价格列与表4表4 所需化学药品价格表药品名称价格 元/kg硫酸镍30氯化镍40硼酸9糖精451,4-丁炔二醇 86十二烷基硫酸钠28氢氧化钠1.85碳酸钠1.3磷酸钠10工业盐酸(37%HCl)0.6工业磷酸5乳化

22、剂OP-1016.7工业纯碱1.35硝酸1.5硅酸钠(40%)0.5 硫酸0.8过氧化氢0.711-羟基亚乙基二磷酸1次氮基三甲磷酸 100乙二胺四亚甲基磷酸盐 90元/g植酸255.2成本及利润计算镀前及镀后处理成本计算0.016*1+0.00185*30+0.0013*40+0.01*5+0.0006/0.37*0.63+0.005*0.42+0.0167*1+0.0008*3+0.00071*40+0.0005*40+0.001*5+0.1*5+90*5+25*5=425元镀液成本计算0.03*300+0.04*60+0.009*35+0.045*0.5+0.086*0.4+0.028*

23、1=12元12*20=240元原材料成本计算1.5200=300元利润计算 定价8元/kg 日利润8*200-425-240-300=635元 年利润635*365=24万元6环保要求与清洁化生产6.1“三废”的产生及危害在光亮镀镍工艺中要使用大量的化工药品。这些药品中有些本身具有毒性，有些在使用过程中会产生有毒物质。这些有毒物质会通过大气、废水和废渣的形式对环境造成污染，从而对人类的生存造成危害。（1）废气 光亮镀镍工艺中的废气主要有氯化氢（盐酸气）、碱雾、氮氧化物。他们来自于镀前处理中的碱雾与酸雾以及钝化处理中。这些气体会对人的呼吸系统造成刺激和损害，同时也会腐蚀车间设备。（2）废水 在整

24、个光亮镀镍过程中，各个工序都有废水产生。在前处理中有酸、碱废水产生。在电镀过程中有含氯离子、镍离子、铵离子等的废水产生。在镀后处理中有含酸根、络离子、镍、铜、银等重金属离子产生。这些废水量大，必须进行治理。（3）废渣 在处理这些废水过程中，会产生各种污泥，形成废渣。这些废渣是不能随便丢弃的，要进行处理。6.2“三废”的治理电镀废水主要包括电镀漂洗废水、钝化废水、镀件酸洗废水、刷洗地坪和极板的废水以及由于操作或管理不善引起的“跑、冒、滴、漏”产生的废水，另外还有废水处理过程中自用水的排放以及化验室的排水等。鉴于废水是整个工艺过程中的主要污染物，故而应在车间附近建造专门有针对性的废水处理区。其作用

25、就是及时处理整个电镀厂区排出的废水，达标后返回车间已达到水循环利用的目的。鉴于整个工艺流程中产生的废气主要有酸雾和碱雾两种，同时考虑到成本问题，故而采取抑制方法。其主要操作就是通过选取环保型试剂、加入抑雾剂、调配合理的酸碱浓度等方法来抑制酸雾和碱雾的产生。由于采用滚镀光亮镍工艺，故而整个工艺流程中只有废水处理环节中会产生金属氢氧化物等废渣。考虑到经济、实用的原则，则主要采取用盐酸将其溶解成氯化镍返加入镀液的方法进行。7车间设计7.1车间设置要求（1）车间应在当地主导风向的下风侧，避免有害气体进入其他车间。（2）生产设备要按工艺流程的顺序配置，在保证生产要求、安全及环境卫生的前提下，尽量节省厂房

26、面积与空间，减少各种管道的长度。（3）保证车间尽可能充分利用自然采光与通风条件，使各个工作地点有良好的劳动条件。（4）保证车间内交通运输及管理方便。万一发生事故，人员能迅速安全地疏散。（5）车间应远离精密加工车间，金属材料库等地点，避免对其产生腐蚀。（6）车间地面需经过防水、防漏、防污染等防护层的铺设，避免不慎溅落的电镀试剂污染土地。7.2车间设计原则（1）各工序的设备布置要与自动生产线顺序相一致，是生产线路成链状排列而无交叉迂回现象，并尽可能自流输送，力求管线最短。（2）辅料制备车间应与适用设备靠近，但如有污染和粉尘等部分，应有墙与车间隔开，应有通风等必要的设施。（3）在满足生产工艺需要的同

27、时，设备布置要尽量符合建筑结构标准化要求，18m以下，采用3m的倍数，18m以上采用6m的倍数，多层厂房跨度和柱距均以6m进位，高度应为300mm的倍数。7.3车间内各处距离设置（1）车间内主通道（两电镀生产区之间）取6m，电镀设备距墙1m，距电镀设备0.5m处设宽为0.3m（其中横跨车间的3道主渠宽0.5m）、深0.3m的水渠。水渠顶平面需低于电镀区地面。（2）电镀区槽与槽之间的距离0.1m。（3）车间墙面宽30cm，车间墙面高度8m。7.4生产车间设计7.4.1车间组成电镀车间按工作性质和设备布置分为生产部分和辅助部分。生产部分主要包括：磨光及抛光间、酸洗间、去油间、电镀间等。辅助部分主要包括：电源室、通风室、化学药品室、辅助材料库、挂具制造及维修间、零件库、化验室及收发室等。生活包括办公室、更衣室、厕所等。本车间根据生产规模及对产品质量的要求配有门房、操作间、配电室、办公室、会议室、休息室、洗手间、零件堆放区、电镀生产区、成品仓库、检验室以及试剂仓库。并且于整个电镀车间地面防护层之上设置大“日”字型循环的、与外部环保废水处理区相连的地下水渠，以便废水及设备清洁用水能够迅速排除工厂并循环利用。7.4.2电镀车间生产设备布局要点（1）具有毒性的电