当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

电镀工艺(AQ水淬火)


电镀工艺(AQ水淬火)

放线
脱脂 奥氏体炉 AQ水淬火 水冷却 串连水冲洗 镀锌槽 串连水冲洗

皂浸
串连水冲洗 收线

热水洗

酸洗

热扩散

串连水冲洗

水冷却槽

镀铜
<

br />磷酸浸

1.简介
?中拉钢丝需根据帘线成品的要求,经过热处理来获得一定的强度。热处理的 目的: ――重新具有拉拔性能 ――得到最佳的金相组织 ――得到经湿拉后想要的抗拉强度 ?热处理分为两个步骤:奥氏体化和淬火。拉拔前,钢的组织由不同方向分布 的渗碳体的晶粒组成,之间的间隙(晶界)由杂乱分布的Fe3C填充。 在拉拔过程中,钢丝的良好结构会被破坏,晶粒被拉长,断裂。钢丝硬度增 加,延展性变差,无法进一步拉拔。经过炉子升温使晶粒重新形成渗碳体。 在炉子中,被破坏的Fe3C重新融合;在淬火槽中,Fe3C重新排列。 ?钢帘线最重要的性能之一是钢帘线与橡胶的粘合力。我们通过黄铜镀层加强 与橡胶的粘合力。同时,黄铜在湿拉过程中能起润滑作用。不同的客户使用 不同的胶料,由此我们设计不同的镀层:铜含量和镀层重量。

2.放线

为了避免中拉钢丝在放线时绞丝,通过飞轮的张力带给予钢丝一定 的张力。钢丝的张力根据钢丝的直径来确定,不同的直径控制相应的张 力。因此,每次更换直径后要调整放线张力。

2.放线
1、张力太大: *导线孔易磨损 *会造成钢丝在炉中有延伸 ――电镀钢丝直径变细,湿拉钢丝破断拉力不够 ――湿拉拉拔会形成中心毛刺 *分线梳磨损 *炉中断丝 *接断丝困难 2、张力太小: *钢丝跳出放线工字轮而断丝。 *炉中绞丝 ――加热不均匀 ――面缩率偏高,湿拉不正常断丝 ――铁素体溶解不完全 ――抗拉强度低,散差大 *损坏氧化皮 ――脱碳 ――炉内氧化皮堆积

3.脱脂槽

钢丝在燃气炉中的加热为辐射形式。暗的钢丝升温快,面缩率低,强度 高;亮的钢丝升温慢,面缩率高,强度低。 脱脂槽也叫调节槽,是为热处理作准备,可以看作热处理的一个部分。 在生产中,脱脂槽必须始终工作,它首先洗去钢丝表面因拉拔而残余的 硼砂皂粉,而后涂上均匀一致的脱脂液。铅淬火用脱脂槽能防止挂铅。

3.脱脂槽
*目的: ——获得均匀一致的表面色泽,使钢丝在炉内能均匀地接受辐射来的热 量。获得一致的机械性能。 ——涂上的皂液能控制钢丝在炉内的升温速度,控制钢丝在炉中的氧化 过程,易于酸洗。 *温度 温度最低85℃,较低的温度将影响脱脂液的流动,使钢丝不能有均匀 的涂层。钢丝的面缩率会大,强度偏低。 *浓度 钢丝表面的皂粉多少将影响钢丝在炉中的升温速度。皂粉太多,会导 致钢丝升温太快,有脱碳的可能。脱脂槽中的皂粉浓度由添加水的流量 控制。

3.脱脂槽
*添加水 ——补偿蒸发 ——钢丝带出的水 ——不断溢流溶液,控制硼砂和皂粉的浓度 *抽气装置 抽气装置必须始终工作,抽气口要保持清洁。抽气风机的过滤器要 保持清洁。如被污垢堵塞将影响抽气效果。过滤器的压差如大于100mm 水柱,则需更换滤网。

4.奥氏体炉

4.1钢是一种混合物,主要由铁和碳两种元素组成。碳以渗碳体存在 (Fe3C)。钢丝的抗拉强度主要由 ? Fe3C的数量和分布决定 ? Fe3C的厚度和相互之间的距离决定。

4.奥氏体炉
4.2 钢丝结构的转变 钢的组织由不同方向分布的渗碳体的晶粒组成,之间的间隙(晶 界)由杂乱分布的Fe3C填充。 在拉拔过程中,钢丝的良好结构会被破坏,晶粒被拉长,断裂。 经过燃气炉加热,使晶粒重新形成渗碳体。在炉子中,被破坏的 Fe3C重新融合;在淬火槽中, Fe3C重新排列。 温度超过723(取决于钢丝成分及加热速度)钢丝会奥氏体化。碳 原子渗透到间隙里去,需要一定的时间,也即我们要时钢丝加热到 更高的温度。完美的奥氏体化要尽可能的均匀,需要有很好的温度 及足够的时间让碳原子扩散。但如果钢丝停留在炉子时间太长,晶 粒会长得很大。 燃气炉共有四个区,钢丝在炉子第三区要达到940-950,第四区 提供一个扩散(溶解)的时间,也即第四区只是保温作用,不应该 是加热的过程,通过第四区的燃烧压力大小来判断。

4.3 钢丝奥氏体化的过程 钢奥氏体化的过程分为4个基本的过程:奥氏体形核、奥氏体长大、 剩余渗碳体溶解和奥氏体成分均匀化。示意图如下:

Fe Fe3C a)A形核

未溶解Fe3C b)A长大

未溶解Fe3C c)残留Fe3C溶解

d)A均匀化

4.4 影响奥氏体化的因素 1、加热温度和保温时间 2、原始颗粒越细。形核越多,晶核长大速度越快,加速奥氏体 的形成过程。 3、钢中的碳含量越高,奥氏体化越快。

4.奥氏体炉
4.5 DV值 我们的炉子是气体加热辐射炉,热量的传输取决于钢丝的吸热系 数。为了保证奥氏体化均匀一致,得到一致速度的加热,不同的直 径用不同的收线速度来达到。我们保证同样单位的表面积的钢丝通 过炉子。表面积和直径成正比,因此,我们根据燃气炉的功率得到 炉子常数(furnace constant)=D*V。 虽然加热和钢丝表面积有关,但还和钢丝的体积有关,因而虽然 在相同的DV值下,不同直径和不同含碳量的钢丝的加热功率(炉温 设定)还是有不同。

4.奥氏体炉
4.6 炉温设定 炉温的分布可以有不同的设定,如桥式分布,但必须保证奥氏体化的转变, 并且要注意: *对炉氛控制 *保证最后一区的燃烧压力 *保证燃烧压力的稳定。 桥式温度分布能更好地保证炉子状态,炉子的设计也基于此:Z3到Z4, Z2到Z1。如果Z1压力太高,会破坏这种流动。桥式温度分布可以维持Z2、Z3 很高的压力,使气流正常流动,阻止炉两端的空气进入炉子。

4.奥氏体炉
4.4 炉温设定 如何是一个理想的炉温分布呢,钢丝在炉中可以分为几个阶段: Z1:在Z1形成保护性的氧化皮(Fe3O4),颜色更暗,吸热更快。理论上, 当离开Z1时已达到转变温度,>723。 Z2:在理想情况下,该区应该提供所有的热量来使得α-铁向β-铁转变,珠 光体向奥氏体转变。在整个转变过程中,钢丝温度在20-30之间,是等温转变, 热量提供给组织结构的转变。 Z3:钢丝被加热到最终温度940左右。实际上转变从Z2后半部分开始,可能会 持续到Z3,因此,在很好的情况下,钢丝温度在900左右。 Z4:理想情况下,Z4是保温区,同时也能提供一定的时间让如光亮钢丝等吸 热慢的钢丝达到所需的温度。 炉子各区温度等于设定温度,尤其最后区的温度和燃烧压力。最后区的实 际温度必须等于设定的980℃(±3℃),燃烧嘴只需打开一半,同时燃烧压 力必须较低,小于150cm水柱。因为钢丝在前面区已充分受热,在最后区仅 需补充钢丝损失的热量(保温)。

4.奥氏体炉
4.7 炉气氛 燃烧产物跟所用的燃气有关,如液化石油气LPG,天然气NG。燃气中甲烷含 量高,热值高,氢含量高,热值低。 在我们的炉子中必须防止游离氧,否则氧化物形成会不受控。为了防止游离 氧,炉子内部为小的正压,同时具有稍微的还原性气氛。 炉子的第一区可以稍微的氧化性气氛,使得钢丝表面迅速形成Fe3O4,我们需 要 Fe3O4在进一步加热时防止脱碳。从第一区到第四区,CO的含量应逐渐提 高,防止钢丝中的C和CO2反应,形成脱碳(脱碳钢丝比正常钢丝软,内层硬, 外层软,湿拉会堵塞模孔,镀层剥落)。CO含量太高,燃烧压力会很高,炉 子压力不是很理想,奥氏体化不完全。

4.奥氏体炉

4.8面缩率和晶粒度 面缩率是能衡量奥氏体化的较快的参数,通过拉伸试验得到。面缩率指 标不是标准,因为面缩率的值还取决于盘条质量和拉拔工艺。面缩 率的测量必须在24小时以内,否则会产生时效(ageing),数值会 偏高。 ? 如果面缩率值偏高,说明钢丝温度太低,保温时间太短,晶粒太小。 碳没有完全溶解,有残留碳化物。 可能的原因:钢丝碰炉底、交叉、缠绕、钢丝光亮等。现象:炉出口钢 丝暗,小的晶粒度抗拉强度太低,湿拉会中心毛刺。 ? 如果面缩率值偏低,说明钢丝温度太高,晶粒增长速度慢,单个奥 氏体晶粒太大。钢丝的延展性差、有脱碳的风险,钢丝过氧化。
我们也可以通过检查晶粒尺寸来看温度设定是否好。如晶粒太大,则 保温温度太高,适当降低炉温。如晶粒正常,不要轻易更改第四区 的温度,应通过改变前几区的温度来调整第四区的燃烧压力。 正常的晶粒20-25μ,钢丝直径小于1.20,晶粒在15-22μ。虽然我们也 测面缩率,但最好还是测晶粒度来看奥氏体化的程度。因为改变面 缩率时也会改变抗拉强度。

5.AQ水淬火
5.1 等温转变 我们使用的淬火方式是等温转变。钢丝在进入水淬火液后,由于钢丝 的高温,会立即形成大量的气泡环绕着钢丝,钢丝正是在这样密封 环绕的气泡内被冷却的。我们在水中添加AQ液(一种高分子化合 物),使溶液的表面张力加大,这样气泡就不容易破裂,如果气泡 破裂,则高温钢丝和水直接接触转变为硬脆的马氏体,这种组织会 引起后道拉拔捻制断丝(示意图如下)。 冷却速度太慢:产生先共析铁素体,组织较软,冷作硬化减弱,产 品强度低。 转变温度太高:珠光体组织粗大,渗碳体片间距大,机械性能低。 转变温度太低:产生贝氏体甚至马氏体,拉拔性能差。

5.2 AQ水淬火的组织变化 AQ槽分成三部分,它们是:WT1、AIR、和WT2。钢丝在WT1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时使钢丝又变红),在WT2中得到更多 的索氏体,在出WT2后钢丝组织转变的过程基本结束,最终得到以 索氏体为主的钢丝。冷却曲线如下图。


时间

WT1:A

AIR:A+S

WT2:S

5.3 AQ水淬火的调整 调整AQ的目的是要得到要求的强度。当强度超出上标准时,增加空 气段长度,当强度超出上极限时,增加WT1的长度。 a)调整空气段降低强度的原理是:加长空气段的长度,则钢丝在 空气中的相变时间变长,钢丝上得到了更多的相变热,钢丝温度上 升得更多,由于WT2的长度没有发生变化,该段带走钢丝热量不变, 这样就减小了过冷度,所以强度下降。 b)调整WT1降低强度的原理是:加长WT1的长度,则钢丝在空气 中的相变点提前,时间变长,钢丝上得到了更多的相变热,使钢丝 温度上升得更多,由于WT2的长度没有发生变化,该段带走钢丝热 量不变,这样就减小了过冷度,所以强度下降。

5.4 调整的标准 一般调整时,先看强度在什么范围,若超出上标准限,则增加 WT1长度,若超出上工作限但没有超出上标准限时,增加空气 长度。增加WT1长度1cm,钢丝强度下降5MPa;增加AIR 长度 1cm,钢丝强度下降2MPa;增加WT2长度1cm,钢丝强度上升 5MPa。一般是只调整WT1和AIR的长度。

6.酸洗

?钢丝在奥氏体化和热处理时会形成氧化物,还有皂粉和硼砂的固化物,会影 响镀层与钢丝的结合力,影响湿拉拉拔。酸洗就是把氧化物和气体固化物去 除的过程。正如脱脂是热处理的预先处理,酸洗是镀层的预处理。好的酸洗 过程,要溶解所有的氧化物,不溶解钢基,并且酸洗残留物不停留在钢丝表 面。酸洗很重要,不好的酸洗会造成不好的镀层,会造成大量的废品。

6.酸洗
? 在酸洗过程中,我们必须除去钢丝加热过程中产生的所有氧化物。 一般来说,在盐酸溶液中会发生如下反应: FeO+2HCl=FeCl2+H2O Fe3O4+8Hcl=Fecl3+Fecl2+4 H2O Fe2O3+6Hcl=2Fecl3 +3 H2O

Fe(OH)2+2Hcl= FeCl2 +2 H2O Fe(OH)3+3Hcl=Fecl3 +3 H2O
Fe+2Hcl= FeCl2 +H2 2Fecl3 +2H+=2 FeCl2 +2Hcl 2Fecl3 +Fe=3 FeCl2 酸洗是利用钢丝和盐酸反应生成的氢气来剥落氧化皮的。盐酸三份 之二的用量和钢丝反应,三份之一的用量和氧化皮反应。 ? Fe3+ + Fe → Fe2+ Fe3+有氧化性,对钢丝有腐蚀作用,所以浓度不能太高。因此溶液 中Fe2+高一些,能够抑制Fe3+与Fe 的反应。

6.酸洗
?酸洗质量的判断: 生产中,用手掌外侧轻触酸洗水冲洗后钢丝,不沾染黑色表示酸洗质量较 好;有擦不掉的黑色,表示过酸洗;能擦掉的黑色表示酸洗不够。

?洗酸器: 洗酸器是酸槽洗的一个组成部分,能洗去空气中的酸雾。无论生产线启动或 停止,必须保证常开。

7.镀铜槽

电镀:
?电镀: 溶液中的金属离子通过外加电源(整流器),产生电极差,从而沉积 在另一种金属的表面。良好的镀层能跟基体金属牢固结合,共同加工。 ?电镀的条件: ――阳极:铜粒/阳极板 ――电解液:焦铜溶液/硫酸锌溶液 ――阴极:钢丝 ――整流器

7.镀铜槽
电镀:
?电镀效率由:槽液温度、槽液浓度、金属离子浓度、电流密度、阳极表 面质量、阴极效率和流量等决定。

?钢丝表面酸洗不好,阴极效率低的影响: ――镀层有微孔,降低抗腐蚀性能,降低粘合力。 ――降低溶液稳定性。 ――影响镀层,铜含量、镀层重量散差变大。(不同钢丝之间,同一钢 丝不同时间) ――在电镀和扩散中需消耗更多的能量 ――阴极效率低,在阴极会产生氢气,对工作环境不利 ――增加扩散时的功率消耗,增加强度损失
?可溶性阳极:因为电位差造成阳极不断溶解(如镀铜槽中的铜粒),生 产中需要检查添加。 ?不溶性阳极:阳极是不变化的(如镀锌槽中的阳极板),必须要有个反 应槽补充溶液中不断减少的金属离子

7.镀铜槽

钢帘线最重要的性能之一是钢帘线与橡胶的粘合力。钢丝通过黄铜镀 层加强与橡胶的粘合力的机理在于:在硫化处理橡胶时硫与黄铜中的 铜产生化学综合力。因为在硫化初期形成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粘合 强度。黄铜中含有的锌是接触剂,它可以调节铜的硫化物形成速度。 同时,黄铜镀层在湿拉过程中能起润滑作用。

7.镀铜槽

Fe+Cu2+=Cu+Fe2+因为Fe比Cu活泼,所以置换出Cu。在CuSO4中就会 发生这种反应。置换反应镀铜(硫酸铜镀铜)有如下缺点: 1、铜与钢丝的结合力很差 2、镀层重量难于控制 3、镀层不均匀,组织粗糙,不适合拉拔。 4、Fe2+会进入溶液,电镀效率会迅速下降。

7.镀铜槽
所以,我们采用焦磷酸铜镀铜。焦磷酸铜是络合物,发生如下电解反应: K6[CU(P2O7)] →6K++[CU(P2O7)2]6[CU (P2O7)2]6-→ Cu2++2(P2O7)4从电位排列来看,Cu比Fe更惰性,Fe+ Cu2+ → Fe2+ +Cu,电解液中 Cu2+以络合物存在,游离的Cu2+浓度很小,避免了用Cu2+镀铜的不足。

7.镀铜槽
镀槽中铜粒要平整,否则钢丝上的镀铜量会不一致。如有断丝, 则原本该根钢丝上所承受的电流会附加至相邻两根钢丝上,造成 镀层偏差。(如图)

7.镀铜槽
如果阴极和阳极的电流效率相等,则镀到钢丝的Cu2+和产生的Cu2+相等,PH 不变。但实际是不可能的,阳极效率大于阴极效率。溶液中的Cu2+会越来越高, PH值也越来越高,所以要使用一个不溶性的阳极来调整。调节槽中,阴极 Cu2+ +2e→Cu,2H++2e- → H2,阳极2Cu → Cu2+ +4e。 镀铜槽调整槽的作用: 调整Cu2+的浓度,电流加大,则Cu2+下降。 调整PH值:4OH—+4e=H2O+O2↑,如电流偏大,则PH值会下降。 根据CU(P2O7)26-? Cu2+ +2(P2O7)4-,在溶液中添加P2O74-也能抑制Cu2+的 产生,降低溶液中Cu2+的浓度,实际生产中添加焦磷酸钾。

8.镀锌

在镀锌槽中发生如下反应: 阴极: Zn2+ + 2e → Zn 2H++2e- → H2 不溶解性阳极: 4OH—+4e → 2H2O+O2↑ 镀锌槽的阳极板由Pb-Sn制成,改进型用Ti-Lr制成,但价格昂贵。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值来 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值控制在1.1-1.9之间。

9.热水洗

镀锌以后的钢丝在进入MF(中频感应加热)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 MF 前完全干燥,否则 MF 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会减少, 影响镀层扩散。

10.热扩散

黄铜是铜和锌的合金,而电镀是分两部实现的,钢丝表面铜和锌是 两个界限分明的两层。我们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。 热扩散是利用导体穿过通电的螺旋型线圈受热升温的原理,改变电 流可调节加热的深度。为了使钢丝不损失强度,我们仅需加热镀层 部分。

10.热扩散
根据Cu%不同,黄铜分为α相黄铜和β相黄铜。α相黄铜容易拉 拔变形,而β相黄铜较硬,不易变形,在湿拉后几道次易断丝。我们 生产的高铜(HC),铜含量67.0%左右,经扩散后总是α相黄铜。 对于低铜(LC)来说,铜含量63.5%左右,扩散温度上限为了不致 损失太大的强度,因此外层总会有β相黄铜。α/β>4,对拉拔影响不 大。外层铜含量如大于58%,就不会有拉拔困难。 *影响扩散的因素: ――加热钢丝的体积(DV值) ――加热的效率:超音频的几何结构、设备设计: 同直径的NT、HT在相同的DV值下,超音频设定无差异。超音频 的功率与直径不呈线形关系。

10.热扩散
*黄铜镀层在扩散中的表现: 温度越高,扩散越彻底。铜含量越高,越容易扩散,镀层重量越 高,越不容易扩散。 *扩散与梯度、铜含量的关系: 增加超音频功率,梯度将下降,但增加了ZnO的量。ZnO在磷酸 浸中会被除去,则平均铜含量会上升。 *扩散对强度的影响: 超音频出来的钢丝应呈灰色,如发红说明超音频功率太高,钢丝 组织可能发生球化,强度会变高。但经过湿拉拉拔后,强度会下降 得很厉害(加工硬化不足)。钢丝温度超过600℃,很容易产生球化。 强度损失:WL:10N/mm,SL:15N/mm。

11.磷酸浸

在MF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,造成断丝。 H3PO4+ZnO?Zn2++PO43-+H2O。 磷酸的浓度由电导控制,但溶液中如果Zn2+浓度过高,会使电导值上升, 影响磷酸的添加。因此,要给予磷酸一定流量的溢流,来降低溶液 中Zn2+的浓度。

12.皂浸

皂浸过程中钢丝表面被涂上一层润滑剂,它可以使钢丝变得滑爽, 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,同时给湿拉拉拔提供预先的润滑层。 皂液的浓度不能太高,太高会在湿拉拉拔时堵塞模孔,也会堵塞皂浸 后的吸气孔。浓度太低,会使得镀铜钢丝排线不良,收线牵引轮夹 丝。

13.串联水冲洗

在电镀生产线上,有各种不同的溶液,这些溶液化学性质不同,会造成 相互间的污染。从酸洗槽开始:HCl(酸性)→焦铜溶液(碱性) → ZnSO4(酸性) →磷酸(酸性) →皂液(碱性)。因此,在每个 槽液出来后,都有串连水冲洗来彻底清洁钢丝,以避免槽液相互污 染、反应。 *添加水的流量 水冲洗槽工作时一直在添加水。过少的添加水会使水冲洗槽被污染,过 大的流量会造成水的浪费。

14.收线

收线机上的牵引装置把钢丝从放线拉过整个ISC(电镀线)生产线。 重要参数 --钢丝速度 必须要保证每个位置的钢丝速度相等并且精确,否则每根钢丝上的镀层 重量会不一样。要求定期进行预防检查。 --钢丝的绕线 钢丝必须在牵引上绕两圈,如果不这样钢丝可能打滑,速度会下降,从 而导致镀层重量偏差。每次启动或穿好断丝后,必须检查所有钢丝 是否运行在滑轮槽内。 --排线质量 工字轮上的钢丝排线质量必须好,这就是说工字轮两边的钢丝排线平 整,钢丝的张力必须足够大使钢丝不松散。排线质量差将导致湿拉 拉拔时放线困难。


相关文章:
更多相关标签: