CN103182489A - 连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法 - Google Patents

连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法 Download PDF

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侯峰岩
吕春雷
王庆新
谭兴海
李朝雄
房鸣
杨磊
戴婷婷
徐玉兰
陈惠民
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Abstract

本发明公开了一种连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法，即首先对结晶器表面进行镀前预处理，电镀液的组成为：220－410g/l的硫酸镍、8-50g/l的氯化镍、25-45g/l的硼酸、0.05-0.1g/l的表面活性剂和0-4ml/安培小时的硼元素添加剂，并设定相应的电镀工艺条件，根据结晶器规格及上下部镀层的工艺要求，选择合适的硼元素添加剂的添加时机及添加量，当连铸结晶器表面镀层达到0.5－3.0mm后，电镀作业结束。本电镀方法使结晶器表面形成非均一性能的合金镀层，其硬度范围可达150HV至900HV，满足了结晶器对上部镀层和下部镀层的需要，提高结晶器使用寿命、连铸效率及产品质量，具有显著的节能降耗效果。

Description

连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法
技术领域
本发明涉及连铸设备的表面处理方法，尤其是一种连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法。
背景技术
连铸是金属液在由铜板或铜管组成的四边形结晶器内凝固形成铸坯的过程。连铸过程中，结晶器表面直接与钢液接触，其所处的环境十分恶劣；结晶器表面要承受冷热疲劳与应力变形、高温氧化、钢液和保护渣导致的化学腐蚀、以及轧制拉坯对其产生的磨损。因而，连铸结晶器表面应具有良好的抗冷热疲劳性能、良好的导热性能、较高的机械强度以及较好的耐磨性能和耐腐蚀性能。
采用电镀、热喷涂等方法对结晶器表面进行改性处理，经过表面处理再制造，不仅是对结晶器尺寸上的修复，且具有高强度、高韧性、优越耐腐蚀性能、抗磨损性能和抗热疲劳性能的结晶器表面功能涂层，提高结晶器表面性能，使得结晶器的寿命大大延长，提高了结晶器的档次、技术含量和附加值，同时也提高了钢铁生产的效率和连铸坯质量，达到节能降耗的目的。
目前，结晶器表面处理技术中，仍以电镀技术应用最为广泛、成熟可靠。结晶器表面电镀技术从最初的镀Cr开始，目前已经逐步形成了镀Ni、镀Ni-Fe、镀Ni-Co、镀Co-Ni，以及其他合金镀和复合镀等镀层，产品的性能也逐步提高。但目前结晶器表面镀层大都为性能均一的镀层构成，即结晶器表面镀层各处的物理化学性能均一致；然而结晶器表面所处的连铸工况环境却不是单一的，对表面镀层性能的要求也不是单一的。结晶器上部接触的是还没有凝固的、处于熔融状态的钢液，在这样的环境下，要求结晶器上部镀层的硬度较低，要具有良好的抗热疲劳性能和耐腐蚀性；结晶器下部接触的是形成坯壳的铸坯，铸坯与结晶器之间将产生巨大的摩擦力，因此要求结晶器下部镀层硬度较高，要具有良好的耐磨损性能。可以看出性能均一的镀层很难同时满足对结晶器上部和下部镀层不同的要求，要么虽然具有上部镀层不易产生裂纹、剥落的优点，但其下部磨损严重，要么下部镀层虽然具有优异耐磨损性能，但其上部镀层易产生裂纹、剥落，镀层与基体结合力一般。显然均一性能镀层的结晶器无法满足实际连铸生产的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法，利用本电镀方法使结晶器表面形成非均一性能的合金镀层，分别满足了结晶器对上部镀层和下部镀层的需要，提高了结晶器的使用寿命、连铸效率及产品质量，具有显著的节能降耗效果。
为解决上述技术问题，本发明连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法包括如下步骤：
步骤一、对连铸结晶器表面进行镀前预处理，采用机加工、有机溶剂清洗、碱脱脂、电解脱脂、酸浸蚀及活化处理；
步骤二、对连铸结晶器表面实施电镀作业，采用的电镀液的组成为：
        硫酸镍Ni2SO4 .6H2O           220－410g/l
        氯化镍NiCl2 .6H2O            8-50g/l
        硼酸H3BO3                    25-45g/l
        表面活性剂                  0.05-1.0g/l
        硼元素添加剂                0~4ml/安培小时
步骤三、设定连铸结晶器表面电镀作业的工艺条件，待镀工件全部浸入电镀液中，镀槽中阴极与阳极距离为100－400mm，镀液温度设定为48－58℃，镀液pH值设定为2.8－4.8，电镀初始4－12分钟的电流密度设定为0.5－3.0A/dm2，正常电镀时电流密度设定为1.0－5.0A/dm2，电镀过程镀液采用空气搅拌，空气搅拌的强度设定为0.5－1.5m3/m2.min；
步骤四、在连铸结晶器电镀作业开始后和/或连铸结晶器上部镀层到位后，在电镀液中连续添加硼元素添加剂，硼元素添加剂量为0~4ml/安培小时；
步骤五、连铸结晶器表面镀层达到0.5－3.0mm后，电镀作业结束。
进一步，连铸结晶器表面机加工预处理去除表面氧化层和缺陷部位，机加工后表面粗糙度为3.2。
进一步，连铸结晶器表面镀前预处理采用丙酮清洗连铸结晶器表面的油污和金属渣屑，然后采用清水冲洗。
进一步，连铸结晶器表面镀前预处理采用电镀用常规碱性脱脂溶液擦拭连铸结晶器表面，碱性脱脂溶液温度为40—60℃，然后采用清水冲洗。
进一步，连铸结晶器表面镀前预处理将结晶器浸没于除油液中，除油液温度为70℃，电流密度为5.0A/dm2，处理时间为3min，然后吊出结晶器，采用清水冲洗。
进一步，连铸结晶器表面镀前预处理采用电镀用常规酸性浸蚀液对结晶器进行活化处理，浸蚀时间为1min，然后采用清水冲洗，并采用弱酸溶液喷淋结晶器表面。    
由于本发明连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法采用了上述技术方案，即首先对结晶器表面进行镀前预处理，电镀液的组成为：220－410g/l的硫酸镍、8-50g/l的氯化镍、25-45g/l的硼酸、0.05-0.1g/l的表面活性剂和0-4ml/安培小时的硼元素添加剂，并设定相应的电镀工艺条件，根据结晶器规格及上下部镀层的工艺要求，选择合适的硼元素添加剂的添加时机及添加量，当连铸结晶器表面镀层达到0.5－3.0mm后，电镀作业结束。本电镀方法使结晶器表面形成非均一性能的合金镀层，分别满足了结晶器对上部镀层和下部镀层的需要，提高了结晶器的使用寿命、连铸效率及产品质量，具有显著的节能降耗效果。        
具体实施方式
本发明连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法包括如下步骤：
步骤一、对连铸结晶器表面进行镀前预处理，采用机加工、有机溶剂清洗、碱脱脂、电解脱脂、酸浸蚀及活化处理；
步骤二、对连铸结晶器表面实施电镀作业，采用的电镀液的组成为：
        硫酸镍Ni2SO4 .6H2O          220－410g/l
        氯化镍NiCl2 .6H2O           8-50g/l
        硼酸H3BO3                   25-45g/l
        表面活性剂                  0.05-1.0g/l
        硼元素添加剂                0~4ml/安培小时
其中，表面活性剂可选用十二烷基硫酸钠，硼元素添加剂可选用二甲胺硼烷溶液；
步骤三、设定连铸结晶器表面电镀作业的工艺条件，待镀工件全部浸入电镀液中，镀槽中阴极与阳极距离为100－400mm，镀液温度设定为48－58℃，镀液pH值设定为2.8－4.8，电镀初始4－12分钟的电流密度设定为0.5－3.0A/dm2，正常电镀时电流密度设定为1.0－5.0A/dm2，电镀过程镀液采用空气搅拌，空气搅拌的强度设定为0.5－1.5m3/m2.min；
步骤四、在连铸结晶器电镀作业开始后和/或连铸结晶器上部镀层到位后，在电镀液中连续添加硼元素添加剂，硼元素添加剂量为0~4ml/安培小时；
步骤五、连铸结晶器表面镀层达到0.5－3.0mm后，电镀作业结束。
进一步，连铸结晶器表面机加工预处理去除表面氧化层和缺陷部位，机加工后表面粗糙度为3.2。
进一步，连铸结晶器表面镀前预处理采用丙酮清洗连铸结晶器表面的油污和金属渣屑，然后采用清水冲洗。
进一步，连铸结晶器表面镀前预处理采用电镀用常规碱性脱脂溶液擦拭连铸结晶器表面，碱性脱脂溶液温度为40—60℃，然后采用清水冲洗。
进一步，连铸结晶器表面镀前预处理将结晶器浸没于除油液中，除油液温度为70℃，电流密度为5.0A/dm2，处理时间为3min，然后吊出结晶器，采用清水冲洗。
进一步，连铸结晶器表面镀前预处理采用电镀用常规酸性浸蚀液对结晶器进行活化处理，浸蚀时间为1min，然后采用清水冲洗，并采用弱酸溶液喷淋结晶器表面。
本电镀方法克服了传统结晶器表面镀层的缺陷，在结晶器表面镀覆一层性能非均一的镍硼合金（Ni-B）镀层，该镀层的镍和硼含量比值可根据需要调控，选择合适的时机和添加量添加硼元素添加剂，可使得到的结晶器镀层具有非均一的性能，其硬度范围可达150HV至900HV，同时满足结晶器上部镀层硬度低，具有良好抗冷热疲劳性能、低应力的需求，及结晶器下部镀层硬度高，具有良好耐磨损性能的需求。本电镀方法的镀层一方面可有效调整结晶器的热传递系数，以使结晶器表面上的热交换过程更加均匀高效；另一方面可以对结晶器本体进行保护，减轻浇铸时产生的热应力和机械应力对结晶器的损伤，避免拉坯对结晶器的磨损；延长了结晶器的使用寿命，降低连铸生产成本、提高连铸的生产效率和产品质量。
下表为本电镀方法中硼元素添加剂在不同的添加时机及添加量的具体实施例：
Figure 2011104429417100002DEST_PATH_IMAGE002
将具有三个实施例镀层的基体进行冷热疲劳试验，在600℃温度下保温5分钟，然后在处于室温的水中淬火，再在600℃温度下保温5分钟，重复此类保温与淬火试验350次，结果发现，镀层与基体结合完好，镀层表面无裂纹、剥落、鼓泡等缺陷。同时采用本电镀方法的结晶器在实际生产中经过连续浇铸1000炉次后镀层依然完好。

Claims (6)

1.一种连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法，其特征在于本电镀方法包括如下步骤：
步骤一、对连铸结晶器表面进行镀前预处理，采用机加工、有机溶剂清洗、碱脱脂、电解脱脂、酸浸蚀及活化处理；
步骤二、对连铸结晶器表面实施电镀作业，采用的电镀液的组成为：
        硫酸镍Ni2SO4 .6H2O           220－410g/l
        氯化镍NiCl2 .6H2O           8-50g/l
        硼酸H3BO3                   25-45g/l
        表面活性剂                  0.05-1.0g/l
        硼元素添加剂                0~4ml/安培小时；
步骤三、设定连铸结晶器表面电镀作业的工艺条件，待镀工件全部浸入电镀液中，镀槽中阴极与阳极距离为100－400mm，镀液温度设定为48－58℃，镀液pH值设定为2.8－4.8，电镀初始4－12分钟的电流密度设定为0.5－3.0A/dm2，正常电镀时电流密度设定为1.0－5.0A/dm2，电镀过程镀液采用空气搅拌，空气搅拌的强度设定为0.5－1.5m3/m2.min；
步骤四、在连铸结晶器电镀作业开始后和/或连铸结晶器上部镀层到位后，在电镀液中连续添加硼元素添加剂，硼元素添加剂量为0~4ml/安培小时；
步骤五、连铸结晶器表面镀层达到0.5－3.0mm后，电镀作业结束。
2.根据权利要求1所述的连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法，其特征在于：连铸结晶器表面机加工预处理去除表面氧化层和缺陷部位，机加工后表面粗糙度为3.2。
3.根据权利要求1所述的连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法，其特征在于：连铸结晶器表面镀前预处理采用丙酮清洗连铸结晶器表面的油污和金属渣屑，然后采用清水冲洗。
4.根据权利要求1所述的连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法，其特征在于：连铸结晶器表面镀前预处理采用电镀用常规碱性脱脂溶液擦拭连铸结晶器表面，碱性脱脂溶液温度为40—60℃，然后采用清水冲洗。
5.根据权利要求1所述的连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法，其特征在于：连铸结晶器表面镀前预处理将结晶器浸没于除油液中，除油液温度为70℃，电流密度为5.0A/dm2，处理时间为3min，然后吊出结晶器，采用清水冲洗。
6.根据权利要求1所述的连铸结晶器表面非均一性能合金镀层的电镀方法，其特征在于：连铸结晶器表面镀前预处理采用电镀用常规酸性浸蚀液对结晶器进行活化处理，浸蚀时间为1min，然后采用清水冲洗，并采用弱酸溶液喷淋结晶器表面。
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