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铜业技术归纳之电镀黄铜生产线如何

2019/04/11 来源:哈密信息港

导读

3月8日发布有色知识与技术,2017年有色会议即将开启,特别整理了铜业技术归纳之电镀黄铜生产线如何,了解更多有色资讯关注官中冶有色技术。

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电镀黄铜生产线如何呢?关于电镀黄铜生产线如何呢这个问题,我们会慢慢为大家介绍的。在我国,电镀黄铜生产主要包括了钢帘线电镀黄铜有氰化法和先镀铜后镀锌再进行热扩散两种方法。而其中的氰化法是一种非常传统的镀黄铜工艺。氰化法的优点在于操作方便、质量稳定,缺点在于氰化物是剧毒化学物品,运输、生产管理难度大,有危险;含氰污水的处理比较复杂,环保成本高。现在基本上已经被淘汰了。热扩散法于20世纪70年代投入规模化生产。我国于20世纪80年代开始引进此项技术。好了,我们现在马上来讲解下电镀黄铜生产线如何呢这个问题吧。

电镀黄铜

我国于2006年设计制造出具有国际先进水平的国产钢帘线电镀黄铜生产线,结束了依赖进口的历史。那么我们来讲解下这种电镀黄铜生产线如何呢?

1、国产钢帘线电镀黄铜生产线的流程:热扩散镀黄铜工艺:放线表面调节明火加热+水浴热处理水冷却酸洗水洗镀铜水洗镀锌水洗热水洗感应热扩散水冷却磷酸酸浸水洗皂浸收线。如下图1

图1:热扩散镀黄铜工艺流程

2、国产钢帘线电镀黄铜生产线的技术参数:

(1)可同时运行42~56根直径0.76~3.2mm钢丝;

(2)钢丝运行方式为直线浸入式,钢丝运行间距15~20mm;槽体总宽度1100mm;

(3)钢丝运行标高+915mm,微张力运行;

(4)Dv=80mmm/min,年生产能力1万~1.5万t;

(5)生产线长度260~280m。

国产钢帘线电镀黄铜生产线说了一部分,我们接着来说下这种电镀黄铜生产线如何呢?

1、收放线:收放线时,钢丝处于一定的恒定微张力下,使每根钢丝完全同步,避免钢丝绞丝。张力根据钢丝的直径来确定,张力太大,易磨损导线孔,还会造成钢丝在热处理炉中有伸长,使电镀后的钢丝破断拉力值降低,影响后续的水箱拉拔;张力太小,钢丝易跳出放线工字轮而断丝,或者造成钢丝在热处理炉中绞丝,使钢丝加热不均匀,影响钢丝的力学性能。

2、调节槽:调节槽也叫脱脂槽,是为热处理做准备的,可以看作热处理的一部分。在生产中,脱脂槽必须连续工作,先洗去钢丝表面因拉拔而残余的硼砂或皂粉,后涂上均匀的脱脂液,其目的是使钢丝表面获得均匀一致的色泽,使钢丝在炉内能均匀地接受辐射加热,以便使每根钢丝线温相同。脱脂液能控制钢丝在炉内的升温速度并控制钢丝在炉中的氧化过程,易于后续酸洗。

3、明火加热和水浴热处理:钢丝在中丝拉拔中,由于晶格歪扭、晶粒破碎等原因,出现冷加工硬化现象,需要对其进行热处理,以便后续的水箱拉拔。明火炉加热分4段连续进行H5游戏开发
,段炉温1000~1040℃;第2段1010~1050℃;第3段1000~1040℃;第4段950~960℃,要控制好各加热段的CO含量。钢丝热处理温度变化如下图2所示

图2:钢丝热处理温度变化示意图

调节槽也叫脱脂槽,是为热处理做准备的,可以看作热处理的一部分。在生产中,脱脂槽必须连续工作,先洗去钢丝表面因拉拔而残余的硼砂或皂粉,后涂上均匀的脱脂液,其目的是使钢丝表面获得均匀一致的色泽,使钢丝在炉内能均匀地接受辐射加热,以便使每根钢丝线温相同。脱脂液能控制钢丝在炉内的升温速度并控制钢丝在炉中的氧化过程,易于后续酸洗。2.3明火加热和水浴热处理钢丝在中丝拉拔中,由于晶格歪扭、晶粒破碎等原因,出现冷加工硬化现象,需要对其进行热处理,以便后续的水箱拉拔。明火炉加热分4段连续进行,段炉温1000~1040℃;第2段1010~1050℃;第3段1000~1040℃;第4段950~960℃,要控制好各加热段的CO含量。钢丝热处理温度变化如图2所示。钢丝在620℃时形成氧化皮,吸热加快,升温加快。在750℃左右,钢丝组织发生相变,需吸热,所以出现一个温度平台。在950℃左右保温,让残余渗碳体通过原子扩散逐步融入奥氏体中,并使奥氏体均匀化,如果保温不充分,融入奥氏体中的碳就少,会降低钢丝的强度。如果钢丝在高温区时间过长,奥氏体晶粒生长过大,随着晶粒的长大,在晶粒的交界处(晶界)P,S等有害元素大量聚积,也会影响钢丝的强度。晶粒相对较小时,有害元素易被分离,对晶格的影响就小。

奥氏体化后的钢丝进入水浴溶液替代铅液完成等温索氏体转变,其原理是通过向水中添加水溶性的高分子化合物,改变水浴溶液中固、液、气三者之间的表面张力,人为地保持和稳定膜沸腾状态,加大膜沸腾的时间,从而降低液体中钢丝由650℃到500℃的冷却速度通痹关节舒一号
,保证索氏体组织转变所需的时间(相当于钢丝在铅时间),钢丝索氏体转变完成,达到与铅浴热处理同样的效果。根据试验数据做出的钢丝在水浴(含添加剂)溶液中的冷却曲线与铅液、水冷却曲线对比图如图3所示。由图3可以看出,由于汽化热的作用,蒸汽膜在650~500℃能够使钢丝缓慢均匀地冷却(与铅浴处理非常相似的冷却段),大概有8~18s的稳定转变过程,在此时间段内,完全可实现索氏体的等温转变。

图3:钢丝在不同冷却介质中冷却曲线示意图

图4:钢丝在水浴热处理时被蒸汽膜包围

奥氏体化后的钢丝进入水浴溶液替代铅液完成等温索氏体转变,其原理是通过向水中添加水溶性的高分子化合物,改变水浴溶液中固、液、气三者之间的表面张力,人为地保持和稳定膜沸腾状态,加大膜沸腾的时间,从而降低液体中钢丝由650℃到500℃的冷却速度,保证索氏体组织转变所需的时间(相当于钢丝在铅时间),钢丝索氏体转变完成,达到与铅浴热处理同样的效果。根据试验数据做出的钢丝在水浴(含添加剂)溶液中的冷却曲线与铅液、水冷却曲线对比图如图3所示。由图3可以看出,由于汽化热的作用,蒸汽膜在650~500℃能够使钢丝缓慢均匀地冷却(与铅浴处理非常相似的冷却段),大概有8~18s的稳定转变过程,在此时间段内,完全可实现索氏体的等温转变。水浴热处理过程中,钢丝和水不直接接触,钢丝通过蒸汽膜与水进行热交换,实现钢丝的慢速冷却。钢丝在任何时候都不能与水接触(图4),在转变未完成之前,钢丝必须被膜态沸腾产生的蒸汽膜所包围。转变没有结束,钢丝与水接触会形成马氏体。水浴淬火工艺采用双段水浴淬火,分为水浴Ⅰ空冷水浴Ⅱ,,各段的长度对钢丝的淬火状态有直接的影响,在水浴淬火的过程中,主要控制的工艺参数是水浴Ⅰ长度、空冷长度和水浴Ⅱ长度。钢丝在水浴Ⅰ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使钢丝又变红),水浴Ⅱ中得到更多的索氏体,在出水浴Ⅱ后钢丝组织转变的过程基本结束,终得到索氏体组织的钢丝。

4、水冷却:热处理后,钢丝在进入下道工序之前要进行冷却。

5、酸洗:酸洗是利用钢丝和盐酸反应生成的氢气来剥离氧化皮,其目的是除去钢丝加热过程中产生的氧化物。一般来说,在盐酸溶液中会发生如下反应。

Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,

Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl+4H2O,

FeO+2HCl=FeCl2+H2O,

2FeCl3+Fe=3FeCl2,

Fe+2HCl=FeCl2+H2。

酸洗过程中,有2/3的盐酸和钢丝反应,1/3和氧化皮反应。

6、水冲洗:酸洗后水冲洗是为了洗去钢丝表面的残余盐酸。

7、镀铜钢帘线重要的性能指标之一是钢帘线与橡胶的黏合力。钢丝通过黄铜镀层加强与橡胶的黏合力,其机制是硫化处理橡胶时硫与黄铜中的铜作用,产生化学黏合力。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黏合强度。黄铜中的锌可以调节铜的硫化物形成速度。黄铜在湿拉过程中还能起润滑作用。

图5:电镀原理示意图

电镀原理如图5所示。电镀时电流从电源正极导线、汇流排进入镀槽内的阳极,再从阳极进入镀液,然后从镀液到达作为阴极的钢丝,从阴极辊、导线、汇流排返回到电源的负极

在硫酸盐镀铜中,因Fe比Cu活泼而置换出Cu,有置换铜层产生,存在如下缺点:(1)铜与钢丝的结合力很差;(2)镀层面质量难以控制;(3)镀层不均匀,组织粗糙,不适合拉拔;(4)Fe2+进入溶液,电镀效率会迅速下降。

8、镀锌槽:采用硫酸盐镀锌,钢丝在阳极板中的位置如图6所示。钢丝在镀锌槽中的位置正确,才能保证钢丝同一圆周面镀层均匀。

图6:钢丝在阳极板中的位置

采用硫酸盐镀锌,钢丝在阳极板中的位置如图6所示。钢丝在镀锌槽中的位置正确,才能保证钢丝同一圆周面镀层均匀。镀锌槽的阳极由Pb-Sn制成,改进型用Ti-Lr制成,但价格贵。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应控制在1.1~1.9。

9、热水洗:镀锌以后的钢丝在进入热扩散前,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。热水的温度非常重要,在热水洗后有一组抽气装置。生产中必须保证钢丝进热扩散之前完全干燥,否则热扩散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减小,影响镀层扩散。

10、感应热扩散:黄铜是铜和锌的合金,而电镀是分两步实现的,钢丝表面铜和锌是界限分明的两层,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。

采用感应加热的方式,按照工艺所要求的生产线速度,将钢丝加热到热扩散温度,替代流化床或卡电炉热扩散加热方式。感应加热的基本原理:把钢丝置于通有交流电的线圈内,由于交变磁场的作用钢丝内部会产生感应电势,在感应电势的作用下产生涡流,依靠这些涡流的能量达到加热钢丝的目的,如图7所示。感应热扩散炉为扁平隧道式水陆两用挖掘机出租
,横截面如图8所示。

图7:感应加热示意原理图

感应加热炉截面

11、磷酸浸:在热扩散加热过程中,镀层表面的Zn会氧化成ZnO,氧化锌很坚硬,湿拉拉拔时不易变形,容易造成断丝。磷酸的作用就是洗去钢丝表面的ZnO,反应式:2H3PO4+3ZnOZn3(PO4)2+3H2O。

12、皂浸皂浸过程中钢丝表面被涂上一层润滑剂,它可以使钢丝变得光滑,提高钢丝的排线质量。预涂上一层皂液,经充分干燥后也能阻止钢丝表面氧化,同时给湿拉工序提供预先的润滑层。

13、串连水冲洗:电镀生产线上有不同的溶液,这些溶液化学性质不同,会造成相互间的污染。从调节槽开始:调节槽(碱性)HCl(酸性)焦磷酸铜溶液(碱性)ZnSO4(酸性)磷酸(酸性)皂液(碱性),因此,在每个槽液出来后,都需串连水冲洗来彻底清洁钢丝,以避免槽液相互污染、反应。

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