CN104711650B - 无缝钢管的电镀方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无缝钢管的电镀方法，所述方法由如下步骤组成：步骤一，配置电镀铬溶液组合物；步骤二，取无缝钢管，封闭无缝钢管的内部，只暴露无缝钢管的外周表面，搅拌条件下，在29‑35℃下，控制电流密度16‑20A/dm²，调整电镀铬溶液的pH值为2.5‑3.1，阳极电极为高纯石墨电极，电镀时间40‑50min，即在无缝钢管表面形成硬铬层。本发明的方法得到的镀层厚度均匀，镀层的结合度好，表面光洁度高，由于没有形成有毒的六价铬离子，环保性好；电镀后的无缝钢管可用于制备纺纱辊，具有良好的动平衡，延长了使用寿命，提升了使用效果，实现了意想不到的技术效果。

Description

无缝钢管的电镀方法

技术领域

本发明涉及纺纱辊技术领域，尤其涉及一种无缝钢管的电镀方法。

背景技术

空气摩擦纺纱机纺纱是利用机械和空气动力学的纺纱原理,把单纤维或棉条喂入后被开松的纤维吸附凝聚在运动着的筛网表面,靠回转体表面与凝聚其上的纤维束之间进行摩擦加捻而成纱。

摩擦纺纱已成为速度较高、适纺纤维又广的纺纱方法之一，其中，作为空气摩擦纺纱机最核心部件之一的纺纱辊，在纺纱产品的快速更新的驱动下，也有了长足的发展。纺纱辊为一圆形薄壁类金属零件，是空气摩擦纺纱机上用于纺纱的关键零件，由于空气摩擦纺纱机在工作时，纺纱辊转速可高达2000-4500rpm，所以对零件的尺寸精度及动平衡有着严格的要求；纺纱辊在运行时，是通过摩擦来纺纱的，所以零件表面要耐磨；由于转速很高，零件材质也要保持一定的韧性。工作时有尺寸精度的要求，动平衡的要求，加工存在难度，尤其是加工纺纱辊上的数以万计的小孔。

在传统加工纺纱辊表面小孔的方法中，大多使用机械钻孔、冲孔等方法。但是采用传统机械钻孔、冲孔等方法制造纺纱辊，会存在制造时间长和效率低下的问题。同时，采用传统机械钻孔、冲孔等方法制造出来的纺纱辊在生产较硬的材料时，如玻璃纤维，会由于纺纱辊外表面硬度低，进而导致纺纱辊使用寿命较短。如何进一步提升纺纱辊的表面硬度，并进行有效地打孔，提高制作的精度，对于提升纺纱辊的质量具有重要的意义，成为亟需解决的技术问题。

经对现有技术的检索，申请人发现，申请人发现中国发明专利201210445619.4(公开日2014年5月21)披露了一种不锈钢表面电镀铬的方法，包括除油，浸蚀，电镀铬，所述的浸蚀为采用不同浓度的浸蚀进行多次浸蚀，后一次浸蚀所采用的浸蚀液浓度低于前一次。由于采用不同浓度的浸蚀液进行分步浸蚀，在高浓度的浸蚀液中活化的时间短减轻了腐蚀，同时提高了初次活化的活化液浓度，加快了活化进程实现有效活化。但这种电镀铬方法工艺繁琐，且含有六价铬离子，不够环保。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的目的在于提供一种无缝钢管的电镀方法，用于制备生产玻璃纤维用的纺纱辊。

本发明是通过以下的技术方案实现的，本发明涉及一种无缝钢管的电镀方法，所述方法由如下步骤组成：

步骤一，配置电镀铬溶液组合物，所述组合物的组分具体为：每1L电镀铬溶液组合物中含有如下组分：硫酸铬6-18g，磷酸钾20-45g，溴化铵2-9g，次亚磷酸钠6-25g，硫酸亚锡1-1.5g,硼酸8-30g，柠檬酸2-8g，丙三醇2-7ml，乙酸铬13-17g，乙酸7-12g，硫酸镍1-5g，氢氧化铬23-29g,余量为水；

步骤二，取无缝钢管，封闭无缝钢管的内部，只暴露无缝钢管的外周表面，搅拌条件下，在29-35℃下，控制电流密度16-20A/dm²，调整电镀铬溶液的pH值为2.5-3.1，阳极电极为高纯石墨电极，电镀时间40-50min，即在无缝钢管表面形成硬铬层。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：采用本发明的电镀方法,在对无缝钢管进行电镀时，得到的镀层厚度均匀，镀层的结合度好，表面光洁度高，由于没有形成有毒的六价铬离子，环保性好；同时，本发明的方法中溶液浓度配比合适，结合具体的电镀工艺条件，使得电镀过程中的电流强度均匀，能够使得镀层的厚度保持一致，电镀后的无缝钢管能够用于制备纺纱辊，具有良好的动平衡，延长了使用寿命，提升了使用效果，实现了意想不到的技术效果。

具体实施方式

下面来说明本发明的实施例。在本发明的一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

实施例1

本实施例涉及一种无缝钢管的电镀方法，步骤如下：

所述电镀溶液组合物的组分具体为：每1L电镀铬溶液组合物中含有如下组分：硫酸铬6g，磷酸钾20g，溴化铵2g，次亚磷酸钠6g，硫酸亚锡1g,硼酸8g，柠檬酸2g，丙三醇2ml，乙酸铬13g，乙酸7g，硫酸镍1g，氢氧化铬23g,余量为水。

本实施例中电镀溶液组合物的制备方法，由如下步骤组成：按重量及体积比例取各组分，之后混合，充分搅拌，放置15-20小时即得。

取20号无缝钢管，封闭无缝钢管的内部，只暴露无缝钢管的外周表面，搅拌条件下(500rpm)，在29℃下，控制电流密度16A/dm²，调整电镀铬溶液的pH值为2.5-3.1，阳极电极为高纯石墨电极，电镀时间40min，即在无缝钢管表面形成硬铬层。

实施例2

本实施例涉及一种无缝钢管的电镀方法，步骤如下：

所述电镀溶液组合物的组分具体为：硫酸铬18g，磷酸钾45g，溴化铵9g，次亚磷酸钠25g，硫酸亚锡1.5g,硼酸30g，柠檬酸8g，丙三醇7ml，乙酸铬17g，乙酸12g，硫酸镍5g，氢氧化铬29g,余量为水。

本实施例中电镀溶液组合物的制备方法同实施例1。

取20号无缝钢管，封闭无缝钢管的内部，只暴露无缝钢管的外周表面，搅拌条件下(520rpm)，在35℃下，控制电流密度20A/dm²，调整电镀铬溶液的pH值为2.5-3.1，阳极电极为高纯石墨电极，电镀时间50min，即在无缝钢管表面形成硬铬层。

实施例3

本实施例涉及一种无缝钢管的电镀方法，步骤如下：

所述电镀溶液组合物的组分具体为：每1L电镀铬溶液组合物中含有如下组分：硫酸铬8g，磷酸钾25g，溴化铵3g，次亚磷酸钠10g，硫酸亚锡1.2g,硼酸10g，柠檬酸3g，丙三醇4ml，乙酸铬14g，乙酸9g，硫酸镍2g，氢氧化铬25g，余量为水。

本实施例中电镀溶液组合物的制备方法同实施例1。

取20号无缝钢管，封闭无缝钢管的内部，只暴露无缝钢管的外周表面，搅拌条件下(550rpm)，在31℃下，控制电流密度17A/dm²，调整电镀铬溶液的pH值为2.5-3.1，阳极电极为高纯石墨电极，电镀时间60min，即在无缝钢管表面形成硬铬层。

实施例4

本实施例涉及一种无缝钢管的电镀方法，步骤如下：

所述电镀溶液组合物的组分具体为：每1L电镀铬溶液组合物中含有如下组分：硫酸铬15g，磷酸钾35g，溴化铵7g，次亚磷酸钠20g，硫酸亚锡1.4g,硼酸20g，柠檬酸7g，丙三醇6ml，乙酸铬16g，乙酸11g，硫酸镍4g，氢氧化铬27g，余量为水。

本实施例中电镀溶液组合物的制备方法同实施例1。

取20号无缝钢管，封闭无缝钢管的内部，只暴露无缝钢管的外周表面，搅拌条件下(580rpm)，在34℃下，控制电流密度19A/dm²，调整电镀铬溶液的pH值为2.5-3.1，阳极电极为高纯石墨电极，电镀时间70min，即在无缝钢管表面形成硬铬层。

实施例5

本实施例涉及一种无缝钢管的电镀方法，步骤如下：

所述电镀溶液组合物的组分具体为：每1L电镀铬溶液组合物中含有如下组分：硫酸铬10g，磷酸钾30g，溴化铵5g，次亚磷酸钠15g，硫酸亚锡1.3g,硼酸15g，柠檬酸5g，丙三醇5ml，乙酸铬15g，乙酸10g，硫酸镍3g，氢氧化铬26g，余量为水。

本实施例中电镀溶液组合物的制备方法同实施例1。

取20号无缝钢管，封闭无缝钢管的内部，只暴露无缝钢管的外周表面，搅拌条件下(600rpm)，在30℃下，控制电流密度18A/dm²，调整电镀铬溶液的pH值为2.5-3.1，阳极电极为高纯石墨电极，电镀时间80min，即在无缝钢管表面形成硬铬层。

实施效果

本发明实施例制备的纺纱辊加工用电镀铬溶液，是为纺纱辊的加工而研发的；纺纱辊通常是用在纺织领域，但也用于生产玻璃纤维，具有异常方便之效果。在生产玻璃纤维时，由于玻璃纤维比较硬，很容易造成纺纱辊磨损，缩短纺纱辊的使用寿命，因此需要增加纺纱辊的表面硬度。生产玻璃纤维的纺纱辊表面上有数万个孔，常规规格的表面有30672个孔，每圈上等间距设置有108个孔，孔的直径都在毫米级。在进行具体加工时，如果先在纺纱辊表面进行加硬度处理，会导致纺纱辊表面硬度增加，采用机械冲孔、钻孔时容易导致打孔失败，损坏空心圆管；如果先打孔，在电镀硬铬时会产生铬瘤，造成空心圆管报废。因此，纺纱辊的加工工艺具有相当高的要求，如何选用合适的电镀铬溶液，选用何种电镀工艺，在纺纱辊表面达到合适的硬度，同时采用何种工艺打孔，无疑对于决定纺纱辊的质量具有至关重要之意义。

本申请人经过大量的研发，意外发现一种新型的纺纱辊制备工艺，该工艺有3个关键因素，一，选用合适的电镀铬溶液；二，选用合适的电镀工艺；三，结合电镀之结果，创造性选用合适的激光打孔方法进行打孔。申请人发现，采用这种新型的制备工艺，得到的纺纱辊质量异常优异。具体而言，纺纱辊制备工艺如下：取空心圆管，在空心圆管的外表面进行电镀，得到电镀加硬层；在空心圆管外表面上进行激光打孔，得到纺纱辊。通常，空心圆管选用20号无缝钢管。与35#或45#等钢材相比，20号无缝钢管具有良好的强度，能够极好的满足纺纱辊的要求，同时由于是无缝钢管，具有材质比较均匀、加工余量少、零件的动平衡好等优点，能够显著地提高了成品纺纱辊的性能，延长纺纱辊的使用寿命。

本发明的工艺在进行电镀时，只须对纺纱辊的外圆柱表面进行电镀，而纺纱辊的其它面要严密保护，使其不能被镀上加硬层，否则极易引起的纺纱辊的报废；纺纱辊的原料为无缝钢管，在加工时，可采用焊接工艺封闭无缝钢管的两端，使之形成封闭结构，待电镀完成后，采用切割工艺对无缝钢管的两端进行开口即可。在电镀之后的纺纱辊的外表面上进行激光打孔，形成数个毫米级小孔，激光打孔为瞬间高温，可以把打孔的材料冲击掉，之后进行瞬间的降温，相当于淬火，能够进一步显著提升纺纱辊的硬度，提高纺纱辊的性能。本申请人经过大量实验，意外发现选用特定配方的电镀溶液铬溶液，结合特定的电镀工艺，不仅能够极好满足纺纱辊表面硬度的提升，还能有效保证纺纱辊的动平衡性能，进一步延长纺纱辊的使用寿命，电镀形成的硬铬层的厚度为0.03-0.06mm，优选地是0.04-0.05mm。

具体而言，本发明的电镀铬溶液适用的电镀工艺步骤如下：

步骤一，配置电镀铬溶液组合物，所述组合物的组分具体为：每1L电镀铬溶液组合物中含有如下组分：硫酸铬6-18g，磷酸钾20-45g，溴化铵2-9g，次亚磷酸钠6-25g，硫酸亚锡1-1.5g,硼酸8-30g，柠檬酸2-8g，丙三醇2-7ml，乙酸铬13-17g，乙酸7-12g，硫酸镍1-5g，氢氧化铬23-29g,余量为水。

步骤二，取纺纱辊，搅拌条件下，在29-35℃下，控制电流密度16-20A/dm²，调整电镀铬溶液的pH值为2.5-3.1，阳极电极为高纯石墨电极，电镀时间40-80min，即在纺纱辊形成电镀层。

步骤一中，电镀之前，还包括对空心圆管进行预处理的步骤，所述预处理具体如下：取空心圆管，进行车床粗加工，完成90-95％的加工余量；退火处理，进行车床精加工，完成余下的加工余量；放置于动平衡试验机中，进行校正动平衡，即得。车床粗加工能够车掉大部分毛坯余量，完成90-95％的加工余量。退火处理能够防止在加工过程变形，同时还可用来消除因精加工而产生的内应力；车床精加工可保证零件精度；校正动平衡能够避免原材料由于存在动平衡的问题导致后续加工好的成品变为次品。

具体而言，本发明的电镀铬溶液适用的激光打孔工艺如下：

步骤一，取空心圆管，在空心圆管的外表面进行电镀，得到电镀加硬层。

步骤二，在空心圆管外表面上进行激光打孔，得到纺纱辊。

步骤二中，进行激光打孔前进行校正动平衡处理。

步骤二中，所述激光打孔具体参数为：激光工质为YAG晶体，激光波长为1064nm，激光脉冲重复频率为20-30Hz，脉冲宽度为0.5-1.1ms，激光设定电流为150-200A。激光打孔时，辅助气体为经过净化的压缩空气；本发明的这些激光打孔参数是本发明打孔工艺的关键，能够实现精准高效地打孔，提高了纺纱辊的精度。

步骤二中，所述激光打孔具体参数为：激光工质为YAG晶体，激光波长为1064nm，激光脉冲重复频率为25Hz，脉冲宽度为0.8ms，激光设定电流为180A。

步骤二中，所述激光打孔的具体步骤如下：将空心圆管安放在动平衡试验机中，进行校正动平衡；空心圆管的一端设置有法兰安装面；将法兰安装面固定于三轴联动伺服系统的自定心卡盘上，另一端保持悬空；按照预定程序从空心圆管悬空的一端开始进行激光打孔：步骤a：空心管采用等同间断旋转，在每个间断期内进行一次激光打孔，形成直径为0.85-0.95mm的孔，直至完成一周打孔后停止，以纺纱辊的中轴线为参考，每次旋转1.6-1.7度；步骤b：将纺纱辊旋转0.8-0.85度，横向进给0.45mm，重复步骤a；步骤c：重复步骤b，直至纺纱辊完成所有的打孔。

激光打孔的具体步骤中，进行动平衡校正，可有效地保证空心圆管具有良好的动平衡性；采用三轴联动伺服系统，能够很好地满足本发明激光打孔的三维运动；将法兰安装面固定于三轴联动伺服系统的自定心卡盘上，另一端保持悬空；空心圆管锁紧前需校正，保证零件旋转一周的端面外圆柱面径向跳动在±0.03mm以内；孔的加工顺序为从悬空的那一端开始，一圈圈地打孔，相邻两圈之间的间隔为0.45mm，即相差半个孔位。同时相邻两圈之间存在一个旋转角度，该角度为0.8-0.85度。最终，制备的纺纱辊表面具有30672个孔，每圈上等间距设置有108个孔。

为验证本发明电镀铬溶液之效果，申请人具体进一步选用如下激光打孔工艺进行实验：

在空心圆管外表面上进行激光打孔，所述激光打孔具体参数为：激光工质为YAG晶体，激光波长为1064nm，激光脉冲重复频率为25Hz，脉冲宽度为0.8ms，激光设定电流为180A；具体打孔方法参照前述；最终制备得到纺纱辊。实施结果如表1所示。

表1

由表1可知，利用实施例制备的相关电镀铬溶液组合物对纺纱辊进行电镀处理，得到的镀层厚度均匀，镀层的结合度好，表面光洁度高，由于没有形成有毒的六价铬离子，环保性好；同时，结合具体的电镀工艺条件，制备的镀层无粗晶和空隙现象，镀层中结晶状态细而紧密，镀层致密度高且无氢脆，其中纺纱辊使用寿命远远高于目前的3-6个月，达到了23个月以上，具有意想不到的技术效果。在本发明的电镀铬溶液组合物中，申请人发现，丙三醇，乙酸铬，乙酸，硫酸镍，氢氧化铬这5种组分组合在一起，能够显著提升纺纱辊表面镀层的结合力，对于电镀的效果有显著的促进作用，申请人分析，这5种组分协同发挥了光亮剂和整平剂之作用，大幅改善了镀层组织的结构，使得电镀效果非常好，配合后续的激光打孔工艺，显著提升了纺纱辊的使用寿命。

本发明的电镀过程中，电流密度越大，电镀的速度越快，电流密度大的同时，形成的晶核数也会增加，镀层结晶细而紧密，但电流密度太大则会出现枝状晶体和针孔；申请人经过大量实验，意外发现，当电流密度在16-20A/dm2时，本发明电镀获得的镀层中结晶细而紧密，同时电镀的速率较快，能够实现电镀的最佳效果，具有显著的进步。

电镀过程，若温度升高，则有利于增强溶液的导电能力，提高电镀效率，但若温度太高，则容易在电镀过程中形成粗晶和空隙较多的镀层，影响使用效果。现有技术中有选择在常温下进行的，也有选择在较高温度如40度条件下进行的，这跟电镀液组分的选择和电镀对象的选择有关；结合本发明选用的纺纱辊和特定的电镀液组分，申请人经过实验，意外发现温度选定为29-35℃时，电镀的效果最佳，镀层基本不会出现粗晶和空隙的情况。

本发明在电镀时，对电镀液适当搅拌，速率保持在500-600rpm，意外地发现，在这一搅拌区间时，镀层的致密度较高，较少了氢脆情况的发生。

综上所述，采用本发明的电镀方法,在对无缝钢管进行电镀时，得到的镀层厚度均匀，镀层的结合度好，表面光洁度高，由于没有形成有毒的六价铬离子，环保性好；同时，本发明的方法中溶液浓度配比合适，结合具体的电镀工艺条件，使得电镀过程中的电流强度均匀，能够使得镀层的厚度保持一致，电镀后的无缝钢管能够制备纺纱辊，在使用时具有良好的动平衡，延长了使用寿命，提升了使用效果，实现了意想不到的技术效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种无缝钢管的电镀方法，其特征在于，所述方法由如下步骤组成：

步骤一，配制电镀铬溶液组合物，所述组合物的组分具体为：每1L电镀铬溶液组合物中含有如下组分：硫酸铬6-18g，磷酸钾20-45g，溴化铵2-9g，次亚磷酸钠6-25g，硫酸亚锡1-1.5g，硼酸8-30g，柠檬酸2-8g，丙三醇2-7ml，乙酸铬13-17g，乙酸7-12g，硫酸镍1-5g，氢氧化铬23-29g，余量为水；

步骤二，取无缝钢管，封闭无缝钢管的内部，只暴露无缝钢管的外周表面，搅拌条件下，在29-35℃下，控制电流密度16-20A/dm²，调整电镀铬溶液的pH值为2.5-3.1，阳极电极为高纯石墨电极，电镀时间40-80min，即在无缝钢管表面形成硬铬层。

2.根据权利要求1所述的无缝钢管的电镀方法，其特征在于，步骤一中，所述配置电镀铬溶液组合物具体步骤如下：按重量及体积比例取各组分，之后混合，充分搅拌，放置15-20小时即得。

3.根据权利要求1所述的无缝钢管的电镀方法，其特征在于，步骤二中，所述无缝钢管为20号无缝钢管。

4.根据权利要求1所述的无缝钢管的电镀方法，其特征在于，步骤二中，所述搅拌的速率为500-600rpm。

5.根据权利要求1所述的无缝钢管的电镀方法，其特征在于，步骤二中，所述硬铬层的厚度为0.03-0.06mm。

6.根据权利要求1所述的无缝钢管的电镀方法，其特征在于，步骤二中电镀之后还进行包括如下步骤的处理：取无缝钢管，在28-35g/L的Na₂CO₃溶液中浸泡10-15min，用去离子水冲洗干净即可。

7.根据权利要求1所述的无缝钢管的电镀方法，其特征在于，步骤二中，电镀之前，还包括对无缝钢管进行预处理的步骤，所述预处理具体如下：取无缝钢管，进行车床粗加工，完成90-95％的加工余量；退火处理，进行车床精加工，完成余下的加工余量；放置于动平衡试验机中，进行校正动平衡，即可。