電鍍設備

1簡介

2電鍍設備的基本原理

3電鍍的基本原理

4工藝要求

5電鍍技術

6輔助設備

7管理

1. 7.1 整流電源
2. 7.2 電鍍槽

8溶液工藝

9鍍液配製

10膜法處理

11傳統比較

12設備優點

1簡介電鍍車間所進行的生產工藝可分為三個環節，即鍍前表面處理、電鍍處理和鍍後處理。電鍍工藝設備^[1]一般是指上述直接對零件進行加工處理的生產設備。

電鍍設備

鍍前表面處理的主要工序有磨光、拋光、刷光、滾光、噴砂、去油、去銹、腐蝕、中和以及清洗等。針對零件材料、形狀、表面狀況和加工要求，選擇其中適當的幾個步驟，對零件表面進行必要的修整加工，使零件具有平整光潔的表面，這是能否獲得優質鍍層的重要環節。鍍前處理工藝中，所用的主要設備有磨、拋光機，刷光機，噴砂機，滾光機和各類固定槽。電鍍處理是整個生產過程中的主要工藝。根據零件的要求，有針對性選擇某一種或幾種單金屬或合金電鍍工藝對零件進行電鍍或浸鍍等加工，以達到防蝕、耐磨和美觀的目的。電鍍處理過程中所用的設備主要有各類固定槽、滾鍍槽、掛具、吊籃等。鍍後處理是對零件進行拋光、出光、鈍化、著色、乾燥、封閉、去氫等工作，根據需要選用其中一種或數種工序使零件符合質量要求。鍍後處理常用設備主要有磨、拋光機，各類固定槽等。^[2]2電鍍設備的基本原理電鍍是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，以被鍍基體金屬為陰極，通過電解作用，使鍍液中欲鍍金屬的陽離子在基體金屬表面沉積出來，形成鍍層的一種表面加工方法。鍍層性能不同於基體金屬，具有新的特徵。根據鍍層的功能分為防護性鍍層，裝飾性鍍層及其它功能性鍍層。3電鍍的基本原理據專業從事電鍍設備及超聲波清洗設備的研發、設計、製造、銷售和服務為一體實體企業福斯泰介紹，電鍍是一種電化學過程，也是一種氧化還原過程.電鍍的基本過程是將零件浸在金屬鹽的溶液中作為陰極，金屬板作為陽極，接直流電源後，在零件上沉積出所需的鍍層。例如：鍍鎳時，陰極為待鍍零件，陽極為純鎳板，在陰陽極分別發生如下反應：陰極(鍍件)：Ni2++2e→Ni (主反應)2H++2e→H2↑ (副反應)陽極(鎳板)：Ni －2e→Ni2+ (主反應)4OH-－4e→2H2O+O2+4e (副反應)不是所有的金屬離子都能從水溶液中沉積出來，如果陰極上氫離子還原為氫的副反應佔主要地位，則金屬離子難以在陰極上析出.根據實驗，金屬離子自水溶液中電沉積的可能性，可從元素周期表中得到一定的規律，如表1.1所示。陽極分為可溶性陽極和不溶性陽極，大多數陽極為與鍍層相對應的可溶性陽極，如：鍍鋅為鋅陽極，鍍銀為銀陽極，鍍錫-鉛合金使用錫-鉛合金陽極.但是少數電鍍由於陽極溶解困難，使用不溶性陽極，如酸性鍍金使用的是多為鉑或鈦陽極.鍍液主鹽離子靠添加配製好的標準含金溶液來補充.鍍鉻陽極使用純鉛，鉛-錫合金，鉛-銻合金等不溶性陽極。4工藝要求1. 鍍層與基體金屬、鍍層與鍍層之間，應有良好的結合力。2. 鍍層應結晶細緻、平整、厚度均勻。3. 鍍層應具有規定的厚度和儘可能少的孔隙。4. 鍍層應具有規定的各項指標，如光亮度、硬度、導電性等。　5. 電鍍時間及電鍍過程的溫度，決定鍍層厚度的大小。5.環境溫度為-10℃～60℃;6.輸入電壓為220V±22V或380V±38V;7.水處理設備最大工作雜訊應不大於80dB(A)。8.相對濕度(RH)應不大於95%;9.原水COD含量為100mg/L～150000mg/L。^[3]5電鍍技術電鍍技術又稱為電沉積,是在材料表面獲得金屬鍍層的主要方法之一。是在直流電場的作用下，在電解質溶液（鍍液）中由陽極和陰極構成迴路，使溶液中的金屬離子沉積到陰極鍍件表面上的過程; 電流效率 ：用於沉積金屬的電量佔總電量的比稱為電鍍的電流效率。分散能力：鍍液的分散能力是指一定的電解條件下使沉積金屬在陰極零件表面上分布均勻的能力。合金電鍍：兩種或兩種以上金屬離子在陰極上共沉積形成均勻細緻鍍層的過程叫做合金電鍍（一般而言其最小組分應大於1%）整平能力：整平能力（即微觀分散能力）是指在金屬表面上形成鍍層時，鍍液所具有的能使鍍層的微觀輪廓比基體表面更平滑的能力。它表達了基體金屬的粗糙度比較小，波穴的深度小於0.5mm，波峰與波谷的距離很小的表面上鍍層分布的均勻性。針孔或麻點：氫氣呈氣泡形式粘附在陰極表面上，阻止金屬在這些部位沉積，它只能沉積在氣泡的周圍，如果氫氣泡在整個電鍍過程中一直停留在陰極表面，則鍍好的鍍層就會有空洞或貫通的縫隙；若氫氣泡在電鍍過程中粘附得不牢固，而是間歇交替地逸出和粘附，那麼這些部位將形成淺坑或點穴，在電鍍工業中通常稱它為針孔或麻點。鼓泡：電鍍以後，當周圍介質的溫度升高時，聚集在基體金屬內的吸附氫會膨脹而使鍍層產生小鼓泡，嚴重地影響著鍍層的質量。這種現象在電鍍鋅、鎘、鉛等金屬時尤為明顯。覆蓋能力：覆蓋能力（或深鍍能力）也是鍍液的一個重要性能指標，是指在一定的電解條件下使沉積金屬在陰極零件表面全部覆蓋的能力，即在特定條件下於凹槽或深孔中沉積金屬鍍層的能力，它是指鍍層在零件上分布的完整程度。氫脆：氫離子在陰極還原後，一部分形成氫氣逸出，一部分以原子氫的狀態滲入基體金屬（尤其是高強度金屬材料）及鍍層中，使基體金屬及鍍層的韌性下降而變脆，這種現象叫做「氫脆」。^[2]6輔助設備要想按工藝要求完成電鍍加工，光有電源和鍍槽是不夠的，還必須要有一些保證電鍍正常生產的輔助設備。包括加溫或降溫設備、陰極移動或攪拌設備、鍍液循環或過濾設備以及鍍槽的必備附件如電極棒、電極導線、陽極和陽極籃、電鍍掛具等。^[2]1.加溫或降溫裝置由於電鍍液需要在一定溫度下工作，因此要為鍍槽配備加溫設備。比如鍍光亮鎳需要鍍液溫度保持在50℃，鍍鉻需要的溫度是50～60℃，而酸性光亮鍍銅或光亮鍍銀又要求溫度在30℃以內。這樣，對這些工藝要求需要用熱交換設備加以滿足。對於加溫一般採用直持加熱方式。2.陰極移動或攪拌裝置有些鍍種或者說大部分鍍種都需要陰極處於擺動狀態，這樣可以加大工作電流，使鍍液發揮出應有的作用(通常是光亮度和分散能力)，並且可以防止尖端、邊角鍍毛、燒焦。有些鍍種可以用機械或空氣攪拌代替陰極移動。機械攪拌是用耐腐蝕的材料做的攪拌機進行，通常是電機帶動，但轉速不可以太高。空氣攪拌則採用經過濾去除了油污的壓縮空氣。3.過濾和循環過濾設備為了保證電鍍質量，鍍液需要定期過濾。有些鍍種還要求能在工作中不停地循環過濾。過濾機在化學工業中是常用的設備，因此是有行業標準的設備。不過也是以企業自己的標準為主。可根據鍍種情況和鍍槽大小以及工藝需要來選用過濾機。4.電鍍槽必備附件電鍍槽必須配備的附件包括陽極和陽極網籃或陽極掛鉤、電極棒、電源連接線等。有些工廠為了節省投資，不用陽極網籃，用掛鉤直接將陽極掛到鍍槽中也可以，但至少要套上陽極套。陽極籃大多數採用鈦材料製造，少數鍍種也可以用不鏽鋼或鋼材製造。電極棒是用來懸掛陽極和陰極並與電源相連接的導電棒。通常用紫銅棒或黃銅棒製成，比鍍槽略長，直徑依電流大小確定，但最少要在5cm以上。電源連接線的關鍵是要保證能通過所需要的電流。最好是採用紫銅板，也有用多股電纜線的，這時一定要符合對其截面積的要求。5.掛具掛具是電鍍加工最重要的輔助工具。它是保證被電鍍製品與陰極有良好連接的工具，同時也對電鍍鍍層的分布和工作效率有著直接影響的裝備。已經有專業掛具生產和供應商提供行業中通用的掛具並根據用戶需要設計和定做掛具。6.鍍前清洗設備超聲波清洗在電鍍前工藝應用產品電鍍前處理工藝非常重要，一般的傳統工藝使用酸液對工件進行處理，對環境污染較重，工作環境較差，同時，最大的弊端是結構複雜零件酸洗除銹後的殘酸很難沖洗乾淨。工件電鍍後，時間不長，沿著夾縫出現鏽蝕現象，破壞電鍍層表面，嚴重影響產品外觀和內在質量。超聲波清洗技術應用到電鍍前處理後，不僅能使物體表面和縫隙中的污垢迅速剝落，而且電鍍件電鍍層牢固不會返銹。利用超聲波在液體中產生的空化效應，可以清洗掉工件表面沾附的油污，配合適當的清洗劑，可以迅速地對工件表面實現高清潔度的處理。電鍍工藝，對工件表面清潔度要求較高，而超聲波清洗技術是能達到此要求的理想技術。利用超聲波清洗技術，可以替代溶劑清洗油污；可以替代電解除油；可以替代強酸浸蝕去除碳鋼及低合金鋼表面的鐵鏽及氧化皮。^[2]7管理電鍍所需要的設備主要是直流電源、

優勢生產線(4張) 鍍槽、陽極和電源導線，還有按一定配方配製的鍍液。要使電鍍過程具有科技的或工業的價值，需要對電鍍過程進行控制，也就是要按照一定的工藝流程和工藝要求來進行電鍍，並且還要用到某些輔助設備和管理設備，比如，過濾機、加熱或降溫設備、試驗設備、檢測設備等。^[4]整流電源與其他工業技術相比，電鍍技術的設備不僅很簡單，而且有很大的變通性，以電源為例，只要是能夠提供直流電的裝置，就可以拿來做電鍍電源，從電池到交直流發電機，從硒堆到硅整流器、從可控硅到脈衝電源等，都是電鍍可用的電源。其功率大小既可以由被鍍產品的表面積來定，也可以用現有的電源來定每槽可鍍的產品多少。當然，正式的電鍍加工都會採用比較可靠的硅整流裝置，並且主要的指標是電流值的大小和可調範圍，電壓則由0～15V隨電流變化而變動。根據功率大小而可選用單相或三相輸入，要能防潮和散熱。工業用電鍍電源一般從l00A到幾千安不等，通常也是根據生產能力需要而預先設計確定的，最好是單槽單用，不要一部電源向多個鍍槽供電。如果只在實驗室做試驗，則採用5～1OA的小型實驗整流電源就行了。1993年我國機械工業部組織專家編製了電鍍用整流設備的標準(JB/T1504-1993)，對我國設計和生產的電鍍整流器的型號、規格、技術參數等都作出了相關規定。隨著電力科學技術的進步，在整流電源的設計和製作上已經有很大改進，很多電鍍電源已經向多功能、大功率、小體積等方向發展。周期換向、可調脈衝、平滑調節等都已經是常見的功能。常用的風冷式可控硅整流器的技術規格見表1。電鍍槽電鍍用的鍍槽包括電鍍生產中各工序的專用槽體。不光只是電鍍槽，還包括前處理用的除油槽、酸洗槽和清洗槽、活化槽，後處理的鈍化槽、熱水槽等。由於電鍍用槽仍然屬於非標準設備，其規格和大小有很大變通空間的設備。小到燒杯，大到水池都可以用來做鍍槽，因為只要能將鍍液裝進去而不流失的裝置，就可以做鍍槽用，就是實際電鍍工業生產中所用的鍍槽也是五花八門，並沒有統一的標準，這種狀況對加強電鍍管理是不利的。電鍍企業，大體上只按容量來確定其大小，比如，500L、800L、I000L、2000L直至l0000L、20000L的鍍槽都有。而其長寬和高度也由各廠家自己根據所生產的產品的尺寸和車間大小自己來確定，因此，即使是同一種容量的鍍槽，其外形尺寸也不一定是相同的。至於做鍍槽的材料也是各色各樣的，有用玻璃鋼的，有用硬PVC的，有用鋼板內襯軟PVC的，還有用磚混結構砌成然後襯軟PVC，或在地上挖坑砌成的鍍槽，甚至有用花崗岩鑿成的鍍槽，這中間當然有不少是不規範的做法，但卻是我國電鍍加工業中真實存在的狀況。隨著外國投資者的進入我國電鍍市場，國外先進的電鍍設備和槽體也開始在我國電鍍企業出現，同時，已經有了不少專業的電鍍設備廠商，電鍍槽的製作水平也越來越高。相信隨著市場經濟改革的進一步深化，電鍍設備製造廠商和行業協會、標準化組織合作將鍍槽容量系列化和標準化，對於電鍍管理將是一個重要的貢獻。同時，生產線的其他部件也採用標準件的形式進行製造，鍍槽零件的停留時間和工藝參數也採用了柔性化控制系統。至於鍍槽的使用方式，根據電鍍生產的操作方式不同而有所不同。有按手工操作的工藝流程生產線直線排列，在排列中按流程會同時有多個鍍種和各種清洗槽和預處理槽。另一種是按鍍種分別排列，每個鍍種是一條線。還有因地制宜地根據現場空間和鍍槽大小排列，如果是機械自動生產線，則基本上是按工藝流程排列，並且需要有較大的空間以及準備和輔助工作場地。表2 電鍍生產用槽的工藝指標

續表

關於鍍槽的大小，在同一鍍種或生產線，應該採用同一個規格的鍍槽，這樣設計和施工都可以節省資源，則物料和水電的計量管理也方便，同時電鍍現場也整齊美觀。對於鍍槽的裝載量，可參考表3所列的參數。表3 電鍍槽的平均裝載量

8溶液工藝一.電刷鍍設備與溶液：專用電源為電刷鍍主要設備，採用無級調節電壓的直流電源，常用電壓範圍為0～50V。鍍筆是電刷鍍的主要工具，是由手柄和陽極組成。陽極是鍍筆的工作部分，石墨和鉑合金是理想的不溶性陽極材料，但石墨應用最多，只在陽極尺寸極小無法用石墨時才用鉑銥合金。在石墨陽極上包紮脫脂棉包套，其作用是儲存電鍍液，防止兩極接觸產生電弧燒傷零件表面和防止陽極石墨粒子脫落污染電鍍液。石墨陽極的形狀依被鍍零件表面形狀而定。電鍍溶液，根據用途不同有表面頂處理溶液、沉積金屬溶液、退鍍溶液等。(1)表面頂處理溶液：為了提高鍍層與基體的結合強度，被鍍表面必須預先進行嚴格的預處理，包括電凈處理和活化處理，所以有電凈液和活化液。電凈液：用電解的方法清除零件金屬表面上的油污和雜質稱為電凈處理。電凈液為無色透明的鹼性溶液，-10℃不結冰，可長期存放，腐蝕性小。零件電凈處理後用清水沖洗。活化液：用電解的方法除去零件金屬表面的氧化膜稱為活化處理，目的是使零件表面露出金屬光澤，為鍍層與基體金屬結合創造條件。(2)沉積金屬溶液：電刷鍍溶液一般分為酸性和鹼性兩大類。酸性溶液比鹼性溶液沉積速度快1.5～3倍，但絕大部分酸性溶液不適用於材質疏鬆的金屬材料，如鑄鐵，也不適用於不耐酸腐蝕的金屬材料，如錫、鋅等。鹼性和中性電鍍溶液有很好的使用性能，可獲得晶粒細小的鍍層，在邊角、狹縫和盲孔等處有很好的均鍍能力，無腐蝕性，適於在各種材質的零件上鍍覆。(3)退鍍溶液：用於除去不需鍍覆表面上的鍍層，主要退除鉻、銅、鐵、鈷、鎳、鋅等鍍層。^[5]9鍍液配製(1)先用一部分水溶解硫代硫酸鈉（或硫代硫酸銨）。^[6](2)將硝酸銀和焦亞硫酸鉀分別溶於蒸餾水中 陽極氧化設備，在不斷攪拌下進行混合。此時生成沉澱，立即加入硫代硫酸鈉（或硫代硫酸銨）溶液並不斷攪拌，使白色沉澱完全溶，再加水至所需要的量。(3)將配製成的鍍液放於日光下照射數小時，加O．5g/L的活性炭，過濾，即得清亮液。添加劑的組成SL-80添加劑是由含氮的有機化合物與含環氧基團化合物的縮產物，使用該添加劑不增加鍍層硬度。SL-80添加劑的消耗量為lOOmL/ (kA．h)。，，(4)工藝特點 該鍍銀工藝，電流密度大，鍍層光亮細緻，溫度範圍剪，定，深鍍能力與分散能力也可以和氰化鍍銀工藝相仿。(5)注意事項 配製過程中要特別注意，環要將硝酸銀直接加入到硫代硫酸鈉（或代硫酸銨）溶液中，否則溶液容易變黑。因為硝酸銀會與硫代硫酸鹽作用，首先生成色的硫代硫酸銀沉澱，然後會逐漸水解變成黑色硫化銀。新配的鍍液可能會顯微黃色，或有極少量的渾濁或沉澱，過濾後即可可以變清。試鍍前可以先電解一定時間，這時陽極可能會出現黑膜，可以銅絲刷刷去，並適當增加陽極面積，以降低陽極電流密度。在亭卜充鍍液中的銀離子時，一定要按配製方法的程序進行，不可以直接往鍍液中加硝酸銀。同時，保持鍍液中焦亞硫酸鉀的量在正常範圍內。因為它的存在，有利於硫硫酸鹽的穩定。否則硫代硫酸根會出現析出硫的反應，而硫的析出對鍍銀是非常不利的。10膜法處理採用膜分離技術進行電鍍漂洗水處理的優點主要有以下幾個方面：1、廢水回用，降低漂洗水用量，可進一步處理達到廢水零排放要求，減少生化、物化處理的規模，有利於企業擴產需求；2、可回收有用金屬離子，使企業在達到環保目的的同時產生效益；3、膜出水水質好，透明，高於電鍍行業的工藝用水要求；4、投資回收期短，風險小；5、可根據處理要求進行設計，並能不斷進行拓展加大處理量及通過不斷優化改善處理能力；6、系統操作方便，佔地面積小。^[7]11傳統比較·傳統電鍍廢水處理方法：化學法，離子交換法，電解法等。·傳統方法處理電鍍廢水所面臨的問題(1)成本過高——水無法循環利用，水費與污水處理費佔總生產成本15%～20%(2)資源浪費——貴重金屬排放到水體中，無法回收利用(3)環境污染——電鍍廢水中的重金屬為「永遠性污染物」，在生物鏈中轉移和積累，最終危害人類健康。^[7]12設備優點1、具有良好的經濟效益，1—3年內可回收初設成本。2、線路板、電鍍廠廢水75%—90%回收。3、回收水質穩定在200us/cm以下。4、廢水回收成本可降。5、在工業區在限水或缺水時，可用此回收設備保證生產6、廠方擴大生產，不需增加廢水處理設備和排放量。7、全自動連續式系統適合大流量的廢水回收。8、回收水可供應純水系統或直接回用到生產線。^[7]
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