连铸结晶器双脉冲电镀镍-石墨烯复合镀层制备方法技术

本发明专利技术公开连铸结晶器双脉冲电镀镍

【技术实现步骤摘要】
连铸结晶器双脉冲电镀镍
‑
石墨烯复合镀层制备方法


[0001]本专利技术属于电镀领域，尤其涉及连铸结晶器双脉冲电镀镍
‑
石墨 烯复合镀层制备方法。

技术介绍

[0002]连铸结晶器是整个连铸生产的核心设备，其质量的好坏直接影 响铸坯的质量和连铸机的作业效率。连铸结晶器表面工作时直接与 1500℃以上高温液态钢水接触，经受钢水的侵蚀及复杂的热应力作 用，要求具备高机械强度、良好导热性、抗交变热应力、高硬度、高 耐磨性和耐蚀性等性能，因此结晶器表面一般必须经镀层处理。在现 有结晶器表面处理技术中，工艺成熟、设备投资少、生产费用低、原 料利用率高的仍为电镀技术。其中，电镀单金属镀层，如常规的纯 Ni镀层，虽与基体结合力好，但镀层硬度低，不耐磨，影响结晶器 的使用寿命；Ni
‑
Co等二元或三元复合镀层使用寿命长，但Co含量 高，成本昂贵，合金脆性较大，抗交变热应力性能差，耐腐蚀性不好， 应用受限，生产工序繁多。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供连铸结晶器双脉冲电镀镍
‑
石墨烯复合镀层制备方法, 解决的上述问题。
[0004]为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案如下：连铸结晶器双脉 冲电镀镍
‑
石墨烯复合镀层制备方法，步骤如下：
[0005]步骤S1:结晶器铜板电镀前处理：连铸结晶器铜板基体依次进行 脱脂除油、机械喷砂、电解脱脂除油，固定电镀辅助工装，采用盐酸 喷淋活化处理；
[0006]步骤S2:采用Hummers法制备氧化石墨烯溶液：以天然片状石墨为 原料，将其与浓硫酸、NaNO3和KMnO4混合反应，采用Hummers法制备 氧化石墨烯溶液；
[0007]步骤S3:电镀镍界面电镀层：以结晶器铜板为阴极，镍饼为阳极， 在不含有氧化石墨烯的含镍复合电镀液的电镀槽中，用氨基磺酸调节 电镀液PH值为4.0～5.5，温度控制在45
±
5℃，采用机械泵进行搅拌； 先采用直流电镀一定厚度(0.1
‑
1mm)的预镀镍层，保证结合强度；
[0008]步骤S4:双脉冲电镀镍
‑
石墨烯复合镀层：在步骤S4镀槽中再次配 置50
‑
500mg/L的氧化石墨烯溶液，用氨基磺酸调节电镀液PH值为 4.0～5.5，温度控制在45
±
5℃，充分搅拌均匀后，采用双脉冲电镀 镍
‑
石墨烯复合镀层，当镍
‑
石墨烯复合镀层厚度达到一定20
‑
25μm 厚度后自动停止一个周期的电镀；
[0009]步骤S5:镍
‑
石墨烯复合镀层的还原处理：将步骤S4所得的停止电 镀后的结晶器铜板吊出电镀槽，放入80
‑
90℃温度和1
‑
3％水合肼溶液 中，保温反应10
‑
20min后吊出；
[0010]步骤S6::当镍
‑
石墨烯复合镀层的还原后的厚度未达到设计厚度 时，执行步骤S4和S5；当镍
‑
石墨烯复合镀层的还原后的厚度达到设计 厚度时，执行下个步骤；
[0011]进一步，设计厚度为0.2
‑
2mm之间。
[0012]步骤S7:电镀完成后，将结晶器铜板在250
‑
300℃温度下保温3h, 进行除氢和去应力处理，保证使用性能。
[0013]优选的，镍
‑
石墨烯复合镀层含有镀层质量99～99.5％的镍和 0.5～1％的石墨烯，镍
‑
石墨烯复合镀层厚度为0.2
‑
3mm。
[0014]优选的，电镀结晶铜板界面镀镍界面电镀层时，待镍界面电镀层 达到一定预设厚度时再添加氧化石墨烯。
[0015]进一步，预设厚度50μm。
[0016]进一步，其添加氧化石墨烯的方法：在电镀槽中加入氧化石墨烯 溶液，镀液浓度按照100mg/L进行配置，同时补充糖精钠、烯丙基磺 酸钠、十二烷基硫酸钠、柔软剂等原料，确保实际浓度达到设定浓度， 采用机械泵搅拌20分钟后开始电镀。
[0017]进一步，镍复合电镀液组成为：氧化石墨烯50
‑
200mg/L，氨基磺 酸镍250～500g/L、氯化镍10～30g/L、溴化镍3～10g/L、硼酸20～ 40g/L、糖精钠2～5g/L、烯丙基磺酸钠0.5～3g/L、十二烷基硫酸钠 0.2～1g/L和柔软剂5
‑
10ml/L。
[0018]进一步，镍复合电镀液中的十二烷基硫酸钠的添加方法：是先在 电镀前检测镍复合电镀液的表面张力后，根据镍复合电镀液表面张力 检测的结果在电镀前一次性补加十二烷基硫酸钠，使电镀液的表面张 力控制在25～32mN/m。
[0019]优选的，步骤S3中的镍复合电镀液中在步骤S4中双脉冲电镀镍
‑ꢀ
石墨烯复合镀层过程中，糖精钠、烯丙基磺酸钠、柔软剂分别按照 3
‑
20g/KAH、15
‑
80g/KAH以及1.5
‑
10g/KAH的添加量连续添加至规定 量，当检测含量低于规定量的8
‑
10％再补充添加。
[0020]进一步，双脉冲电镀镍
‑
石墨烯复合镀层的具体电镀工艺为：以 结晶器铜板为阴极，镍饼为阳极，在氧化石墨烯+含镍电镀液的镀槽 中，用氨基磺酸调节电镀液PH值为4.0～5.5，温度控制在45
±
5℃， 搅拌方式为机械泵搅拌，
[0021]进一步，脉冲电源为正反波形电流交替的双脉冲电源，脉冲频率 为1000Hz，正向脉冲电流密度控制在5.0～10.0A/dm2，正向脉冲时 间为100ms，反向脉冲电流密度0.2
‑
1.4A/dm2，反向脉冲时间为10ms， 正向占空比30
‑
40％，反向占空比为20
‑
30％,根据通过电流量控制镀层 厚度，复合镀层厚度每增加20
‑
25μm时，自动断电，停止一个阶段的 电镀。
[0022]优选的，步骤S6中的镍
‑
石墨烯复合镀层的还原处理工艺如下： 将镍
‑
石墨烯复合镀层达到一定厚度的结晶器铜板吊出，放入预先配 置好的水合肼溶液中，在80
‑
90℃温度中反应10
‑
20分钟后吊出，然后 重新吊入电镀槽中，进行电镀。
[0023]优选的，配置的水合肼溶液浓度为1
‑
3％,盛放容器为钢制容器。
[0024]优选的，步骤S4中：镍
‑
石墨烯复合镀层厚度没有达到预设值时， 将经过水合肼处理的结晶器铜板重新调入电镀槽中，继续执行步骤S4: 双脉冲电镀镍
‑
石墨烯复合镀层，直到镍
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.连铸结晶器双脉冲电镀镍
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石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤S1:结晶器铜板电镀前处理：连铸结晶器铜板基体依次进行脱脂除油、机械喷砂、电解脱脂除油，固定电镀辅助工装，采用盐酸喷淋活化处理；步骤S2:采用Hummers法制备氧化石墨烯溶液：以天然片状石墨为原料，将其与浓硫酸、NaNO3和KMnO4混合反应，采用Hummers法制备氧化石墨烯溶液；步骤S3:电镀镍界面电镀层：以结晶器铜板为阴极，镍饼为阳极，在不含有氧化石墨烯的含镍复合电镀液的电镀槽中，用氨基磺酸调节电镀液PH值为4.0～5.5，温度控制在45
±
5℃，采用机械泵进行搅拌；先采用双脉冲电镀一定厚度(0.1
‑
1mm)的预镀镍层，保证结合强度；步骤S4:双脉冲电镀镍
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石墨烯复合镀层：在步骤S3电镀槽中再次配置50
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500mg/L的氧化石墨烯溶液，用氨基磺酸调节电镀液PH值为4.0～5.5，温度控制在45
±
5℃，充分搅拌均匀后，采用双脉冲电镀镍
‑
石墨烯复合镀层，当镍
‑
石墨烯复合镀层厚度达到一定20
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25μm厚度后自动停止一个周期的电镀；步骤S5:镍
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石墨烯复合镀层的还原处理：将步骤S4所得的停止电镀后的结晶器铜板吊出电镀槽，放入80
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90℃温度和1
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3％水合肼溶液中，保温反应10
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20min后吊出；步骤S6:当镍
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石墨烯复合镀层的还原后的厚度未达到设计厚度时，执行步骤S4和S5；当镍
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石墨烯复合镀层的还原后的厚度达到设计厚度时，执行下个步骤；步骤S7:电镀完成后，将结晶器铜板在250
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300℃温度下保温3h,进行除氢和去应力处理。2.根据权利要求1所述连铸结晶器双脉冲电镀镍
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石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，电镀结晶铜板界面镀镍界面电镀层时，待镍界面电镀层达到一定预设厚度时再添加氧化石墨烯溶液。3.根据权利要求1所述连铸结晶器双脉冲电镀镍
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石墨烯复合镀层制备方法，其特征在于，步骤S3中的镍复合电镀液中在步骤S4中双脉冲电镀镍
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石墨烯复合镀层过程中，糖精钠、烯丙基磺酸钠、柔软剂分别按照3
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20g/KAH、15
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【专利技术属性】
技术研发人员：冯团辉，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：