一种连铸结晶器铜板表面制备镍硼合金镀层的方法技术

本发明专利技术属于表面处理电镀技术领域，具体涉及一种连铸结晶器铜板表面制备镍硼合金镀层的方法。一种连铸结晶器铜板表面制备镍硼合金镀层的方法，包括对预处理后的铜板基材进行电镀镍硼合金，采用的电镀液组成为：氨基磺酸镍30~80g/L，硼酸30~50g/L，硼氢化钠0.8~16g/L，乙二胺30~60g/L，十二烷基磺酸钠0.01~0.1g/L；电镀条件为：所述电镀液的pH值为3.5~4.5，温度为45~65℃，所述铜板基材为阴极，镍珠为阳极，电流密度控制在1~3A/dm2。应用本发明专利技术方法后，可获得致密均匀，结合力优异，热裂纹倾向低，硬度高，耐蚀性能优越，耐磨性能极强的镀层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电镀
，具体涉及一种连铸结晶器铜板表面制备镍硼合金镀层的方法。
技术介绍
连铸机是炼钢的关键设备，结晶器是连铸机的核心部件，其质量好坏直接影响到铸坯的质量和连铸机的作业率。沸腾的钢水及熔融的保护渣液直接接触结晶器铜板表面冷却成铸坯，并伴随着内壁和铸坯之间的滑动摩擦，恶劣的工作环境要求结晶器铜板表面有更好的导热性，更高的机械强度，具有好的耐磨性和耐蚀性能。在炼钢生产过程中，钢水不断地通过结晶器，凝聚成硬质坯壳后从结晶器下方连续拉出，实现连续生产。随着钢铁工业的飞速发展，对结晶器材料表面的性能提出了越来越高的要求，结晶器的发展将继续向着具有高机械强度、良好的导热性、耐磨性和耐腐蚀性能的方向发展。连铸结晶器铜板表面电镀技术从最初的镀铬开始，至今已经形成镀纯镍、镀镍铁、镀镍钴、镀钴镍、镀镍磷、热喷涂等主要镀层，产品的性能也随之逐步提高。然而，随着钢铁工业的飞速发展，经济危机的冲击，国家对钢铁产能的进一步压缩，钢铁企业对吨钢成本的控制也逐步提高，连铸生产对结晶器铜板工作面镀层的性能也提出了越来越高的要求。目前常规的镀层已不再能再满足钢铁企业日益发展的需求，而且常规镀层在高拉速连铸结晶器的使用过程中，铜板表面镀层磨损严重，热疲劳加大，造成结晶器铜板非计划下线，结晶器铜板修复次数增加，铜板整体寿命缩短。镍硼合金镀层的导电性、可焊性及耐磨性都非常好，可广泛应用于航天、电子、机械、塑料等行业，因而受到人们的广泛关注在国内外它的应用正在迅速增加，但其获得方法过多地局限于化学镀，由于化学镀的镀液不稳定，老化快，成本高，从而限制了该镀层的推广应用。而电镀法制备镍硼合金在我国的研究较化学镀方法而言起步较晚，相关技术如，郭建华和张蕴珊发表的《电镀法制取镍硼合金镀层的研究》一文，研究了用电镀法制取镍硼合金的可能性，其电镀液是借鉴某种化学镀液的成分，并加入适当的稳定剂配制而成，文中较详细地研究了镀液组成和电流密度等因素对镀层含硼量沉积速度和电流效率的影响，从中得出了较适宜的镀液组成和电镀条件（郭建华，张蕴珊，电镀法制取镍硼合金镀层的研究，1994，第93期，628~631）。然而实践表明该文对电镀法制备镍硼合金的研究并不完全适用于结晶器铜板镀层的制备。且目前还没有看到更详细的关于采用电镀方法在结晶器铜板上进行镍硼合金镀层制备的相关研究和报道。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种连铸结晶器铜板表面制备镍硼合金镀层的方法，以提高连铸结晶器铜板的过钢量，降低磨损，延长使用寿命，增强镀层的结合性能。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种连铸结晶器铜板表面制备镍硼合金镀层的方法，包括在预处理后的铜板基材表面电镀镍硼合金，其中，采用的电镀液组成为：氨基磺酸镍30~80g/L，硼酸30~50g/L，硼氢化钠0.8~16g/L，乙二胺30~60g/L，十二烷基磺酸钠0.01~0.1g/L；电镀条件为：所述电镀液的pH值为3.5~4.5，温度为45~65℃，所述铜板基材为阴极，镍珠为阳极，电流密度控制在1~3A/dm2。进一步的，所述电镀液的pH值采用氨基磺酸进行调节。进一步的，所述电镀液的组成为：氨基磺酸镍50~70g/L，硼酸35~45g/L，硼氢化钠1.5~8.5g/L，乙二胺40~45g/L，十二烷基磺酸钠0.05~0.07g/L。进一步的，所述电镀条件为：所述电镀液的pH值为4.0，温度为55℃，所述铜板基材为阴极，镍珠为阳极，电流密度控制在2A/dm2。进一步的，所述电镀液还包括：苄基-烯基吡啶内盐0.008~0.012g/L，丙炔醇0.015~0.035g/L，烯丙基磺酸钠1.0~2.0mg/L。进一步的，所述镍硼合金中硼的质量分数为2.3~5.6%。本专利技术与现有技术相比，其有益效果如下：本专利技术针对目前结晶器铜板过钢量低，磨损严重，使用寿命短等问题，提出了一种表面电镀镍硼合金的连铸结晶器铜板，使得结晶器铜板的热裂纹倾向和内应力减小，硬度和耐磨性能提高，使用周期延长。本专利技术以氨基磺酸镍为镍盐，为电镀液提供镍离子，长期实践表明，采用氨基磺酸镍相比硫酸镍、氯化镍等其他镍盐所得镀层的机械性能明显较好。硼酸在本专利技术中的作用是多方面的，能够补充因阴极氢气的析出而消耗的氢离子，维持电镀液的pH值相对稳定，从而提高阴极的电流效率，改善镀层的表面质量；同时还能能改善镀层的延展性、及镀层和铜板基材的结合力；而且，硼酸的离解有利于抑止镍盐的水解，使电沉积反应顺利进行。经过长期实践确定本申请优选的硼酸含量为30~50g/L，在这个浓度范围内可以确保电镀作业的正常运行，并对改善镀层表面质量，提高镀层性能等方面有显著的作用。乙二胺可以提高镀液的稳定性，防止镀液自发分解。但由于其络合作用和竞争吸附作用，对阴极镍沉积反应和析氢反应、阳极BH-4氧化和镍溶出反应均有一定程度的抑制，因此本专利技术乙二胺的用量优选为30~60g/L。十二烷基磺酸钠的用量为0.01~0.1g/L，含量过低，不能实现有效的降低表面张力的作用，不能够消除镀层表面形成的针孔，而含量过高，则容易夹杂于镀层中，增大镀层内应力，导致镀层脆性增大；同时，还会使镀层中含硫量增加，增加硫杂质，内应力升高，严重则导致镀层脆性增加而脱落。在电镀过程中，pH值对电镀质量的影响很大。大量生产实践也表明，电镀液的pH值在电镀过程中是动态变化的，必须控制在合理的范围内。过高或过低的pH值都会导致镀层的表面出现不同类型的缺陷，影响镀层质量，本专利技术通过反复实验确定，采用氨基磺酸进行调整，将pH值控制在3.5~4.5范围内时效果最好。同时，温度和电流密度也会影响pH值的稳定。一方面，pH值调节剂氨基磺酸在不同温度条件下，会以不同的速率发生水解，而水解产物会反过来降低氨基磺酸的溶解度，影响其正常的pH值调节作用。因此，温度的控制对于pH值的稳定有重要的影响。另一方面，电流密度的大小也会影响镀液pH值的变化，当电流密度过大或过小时，镀液pH就会产生明显波动，增加镀液pH值的调整频率，从而影响电镀工艺的有效控制和镀层质量的提高。因此，电镀条件的选用，不仅影响镀液的施镀效果和效率，还最终影响镀层的质量。本申请经过大量科学实验和实际应用表明，在本专利技术电镀液的基础上，配合使用本专利技术的电镀参数：pH值为3.5~4.5，温度为45~65℃，所述铜板基材为阴极，镍珠为阳极，电流密度控制在1~3A/dm2，实现了协同增效的目的，工艺控制稳定可靠，所得镀层表面质量好，镀层均匀，镀层与铜板的结合力强，为结晶器铜板投入大生产使用奠定了良好的基础。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种连铸结晶器铜板表面制备镍硼合金镀层的方法，包括以下步骤：步骤S1、预处理：对经机加工后的铜板进行有机溶剂清洗，喷砂，电解除油，超声波清洗和酸活化处理，得到待镀铜板基材；步骤S2、电镀：将电镀液注入电镀槽中，调节所述电镀液的pH，加热电镀液，将温度升至设定值，然后将待镀铜板基材作为阴极放入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连铸结晶器铜板表面制备镍硼合金镀层的方法，其特征在于：包括在预处理后的铜板基材表面电镀镍硼合金，其中，采用的电镀液组成为：氨基磺酸镍30~80g/L，硼酸30~50g/L，硼氢化钠0.8~16g/L，乙二胺30~60g/L，十二烷基磺酸钠0.01~0.1g/L；电镀条件为：所述电镀液的pH值为3.5~4.5，温度为45~65℃，所述铜板基材为阴极，镍珠为阳极，电流密度控制在1~3A/dm2。

【技术特征摘要】
1. 一种连铸结晶器铜板表面制备镍硼合金镀层的方法，其特征在于：包括在预处理后的铜板基材表面电镀镍硼合金，其中，采用的电镀液组成为：氨基磺酸镍30~80g/L，硼酸30~50g/L，硼氢化钠0.8~16g/L，乙二胺30~60g/L，十二烷基磺酸钠0.01~0.1g/L；电镀条件为：所述电镀液的pH值为3.5~4.5，温度为45~65℃，所述铜板基材为阴极，镍珠为阳极，电流密度控制在1~3A/dm2。2. 如权利要求1所述连铸结晶器铜板表面制备镍硼合金镀层的方法，其特征在于：所述电镀液的pH值采用氨基磺酸进行调节。3. 如权利要求1所述连铸结晶器铜板表面制备镍硼合金镀层的方法，其特征在于：所述电镀液组成为：电镀液组成为氨基磺酸镍50~70g\...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱书成，徐文柱，黄国团，王显，
申请(专利权)人：西峡龙成特种材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41