CN108193244B - 一种泡沫金属材料的电镀设备及电镀方法 - Google Patents

一种泡沫金属材料的电镀设备及电镀方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种泡沫金属材料的电镀设备及电镀方法，电镀设备包括放卷装置、预镀槽、电镀槽和收卷装置，所述预镀槽包括预镀槽槽体，设于预镀槽槽体内上下分布的阳极Ⅰ和阳极Ⅱ，设于预镀液面上方的阴极板Ⅰ，所述阳极Ⅰ和阳极Ⅱ为弧形，阳极Ⅰ的弧长小于阳极Ⅱ的弧长；电镀方法为将导电化处理后的泡沫基材在预镀之前通过传动辊与液压辊相互作用挤出内部的空气，阳极Ⅰ和阳极Ⅱ提供电镀阳离子，阴极给电，再进行主镀，后处理后得到泡沫金属材料。本发明在预镀槽内设置上下阳极，基材正反面施镀金属厚度更均匀，本发明中预镀槽体内的阴极未浸泡在预镀液中，阴极表面不会沉积施镀金属，产品合格率达90％以上，阳极利用率提高。

Description

一种泡沫金属材料的电镀设备及电镀方法
技术领域
本发明属于电镀技术领域，具体涉及一种泡沫金属材料的电镀设备及电镀方法。
背景技术
传统工程学认为，金属材料中孔洞的存在往往是材料微裂纹形成和扩展的核心，对材料的理化和力学性能产生不利影响。但当材料中的孔洞数量达到一定程度，并且分布均匀时，材料的各种性能却大幅提升，这就是泡沫金属材料。泡沫金属材料是一种由金属基体和孔洞组成复合材料，由于材料内部存在大量孔洞，相比于实体金属材料，具有密度小、比表面积大、比强度高、透过性能优良、电磁屏蔽性能好、吸能和吸音性能佳等特性，泡沫金属材料孔隙率高、比表面积大，从而可以填充更多活性物质，增加电池容量，使电极的真实电流密度大大降低，是制作各种蓄电池、空气电池、燃料电池和太阳能电池电极的理想材料。目前泡沫金属材料的制备方法主要有两种，第一种是在海绵发泡过程中加入导电剂，使海绵具有导电性；第二种是以聚酯海绵或是聚醚海绵为基体，对基体进行导电化处理后，再对已导电化处理的基体电镀金属，使海绵具有导电性。第一种制备方法因为工艺制造复杂而得不到大规模的使用，所以目前主要是使用第二种制备方法。
由于导电海绵电阻大，导电性能不好，现有技术通过增加使用预镀辊（即一个大的导电圆柱体）增加阴极导电面积，增加阴极导电能力，改善由于导电化不良以及导电金属量偏低导致的基材电阻偏高，但是由于预镀辊在导电条件下长期浸泡在溶液中，导致预镀辊上沉积了大量施镀金属，影响了被镀产品（导电海绵）的金属施镀量。当预镀辊表面金属沉积量达到一定程度后，由于曲面原因导致的施镀金属层应力释放而使金属层爆开（呈大片或微小片金属碎片），从而划断或勾坏产品，施镀金属层掉落至溶液或者产品中则会导致产品粘附异物，碎屑堵塞管道，增加管道疏通难度。
申请号CN201420072988.8的实用新型公开了一种种 HEV 用泡沫镍多级电镀装置，包括预镀槽、第一级电镀槽、第二级电镀槽、收卷装置、放卷装置，所述预镀槽、第一级电镀槽、第二级电镀槽依次放置，预镀槽与第一级电镀槽之间设置有传动辊。本实用新型中用预镀辊做预镀槽的阴极，在长时间的导电条件下，预镀辊上沉积了大量施镀金属，影响了被镀产品的金属施镀量，并且容易造成施镀金属层破裂，影响产品质量；与预镀辊贴近的那一面阳极离子缺乏，导致上镍量少于未与预镀辊接触的那一面，导致厚尺度泡沫镍沉积厚度比（DTR）较差；由于预镀液呈酸性，导电化海绵在溶液中浸泡太久会导致导电化海绵上的部分结合力较差的镍溶解或者洗刷至溶液中，导电化海绵上被溶解区域的电阻无限放大，造成后续施镀过程中漏镀。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种泡沫金属材料的电镀设备及电镀方法。
基于上述目的，本发明提供了一种泡沫金属材料的电镀设备，其特征在于，包括放卷装置、预镀槽、电镀槽和收卷装置，所述预镀槽包括预镀槽槽体，设于预镀槽槽体内上下分布的阳极Ⅰ和阳极Ⅱ，靠近阳极Ⅰ和阳极Ⅱ端部设置的传动辊和液压辊，设于阳极Ⅰ和阳极Ⅱ之间的导向辊，设于预镀液面上方的阴极板Ⅰ；所述阳极Ⅰ和阳极Ⅱ为弧形，阳极Ⅰ的弧长小于阳极Ⅱ的弧长。
优选的，所述阳极Ⅰ和阳极Ⅱ为3/10圆环。
优选的，所述阳极Ⅰ至少一部分在液面下。
优选的，所述电镀槽包括主镀槽体，设于主镀槽体内部的阳极板和阴极板Ⅱ，在主镀液面下方的下导向辊。
优选的，所述放卷装置为放卷机。
优选的，所述收卷装置为收卷机。
优选的，所述放卷机上缠绕有泡沫基材。
优选的，所述收卷机上缠绕有泡沫基材。
本发明中的阳极Ⅰ和阳极Ⅱ采用3-4mm厚的钛板（钛板上面是钻孔的）制作，阳极Ⅰ的弧长为150mm，阳极Ⅱ的弧长为300mm，阳极Ⅰ和阳极Ⅱ之间的距离为100mm，阳极Ⅱ全部浸在预镀液下。
本发明中所述阳极Ⅰ和阳极Ⅱ端部是指靠近放卷机的那一端，靠近这一端设置有传动辊和，在泡沫基材进行预镀之前将内部的空气挤压出预镀液。
本发明中所述阳极板有两个，相互平行，竖直设置在电镀槽内；阴极板Ⅱ靠近阳极板，并在阳极板的上方。
本发明中所述放卷机和预镀槽体之间设有导向辊，与传动辊共同作用将基材导入预镀槽中，导向辊还可以在预镀槽体的内部或上方。
本发明中所述预镀槽体和主镀槽体之间设有导向辊，与下导向辊共同作用将基材导入电镀槽中，导向辊还可以在预镀槽体内或者预镀槽体的上方，导向辊还可以在主镀槽体内或主镀槽体的上方。
本发明中所述主镀槽体和收卷机之间设有一组传动辊，将电镀后的基材传入收卷机上收卷。
本发明还提供了一种泡沫金属材料的电镀方法，包括以下步骤：
1）导电化处理后的泡沫基材经导向辊和传动辊进入预镀槽中，预镀之前通过液压辊与传动辊相互作用挤出内部的空气，上下分布的两个阳极提供电镀阳离子，在预镀液上方的阴极给电，预镀电流为40A，预镀基材的走速为0.1-0.13m/min；
2）预镀后的泡沫基材经导向辊进入电镀槽中主镀，后处理后得到泡沫金属材料。
优选的，所述的泡沫基材为聚氨酯海绵、聚酯海绵或聚醚海绵。
本发明中泡沫基材主镀后的后处理步骤为水洗、烧结。
本发明的有益效果是：
1、本发明在预镀槽体内上下设置阳极Ⅰ和阳极Ⅱ，能够防止导电化海绵正反面施镀金属厚度不均匀。
2、本发明预镀槽中的阳极Ⅰ圆弧半径小于专利CN201420072988.8中阴极预镀辊的半径，导电化海绵在预镀液中的行程缩短，在预镀液中停留的时间缩短，防止导电化海绵上的金属溶解或脱落。
3、本发明中预镀槽体内的阴极未浸泡在预镀液中，阴极表面不会沉积施镀金属，防止因为施镀层爆开而损伤产品或影响溶液质量，产品不良率降低，溶液管道管理难度降低，阳离子全部镀至产品，无其余损耗，增加了阳极利用率。
4、本发明中的预镀电流较小，降低了电镀能耗。
5、利用本发明的设备和方法预镀后的基材表面镀层金属面密度6-7g/m2，产品的合格率不低于90%，产品的DTR不低于0.7。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
在图中，1预镀槽体、2阳极Ⅰ、3阳极Ⅱ、4传动辊、5液压辊、6导向辊、7阴极板Ⅰ、8主镀槽体、9阳极板、10阴极板Ⅱ、11下导向辊、12放卷机、13收卷机、14泡沫基材。
具体实施方式
如图1所示，本发明的泡沫金属材料的电镀设备包括放卷装置、预镀槽、电镀槽和收卷装置，所述预镀槽包括预镀槽槽体1，设于预镀槽槽体1内上下分布的阳极Ⅰ2和阳极Ⅱ3，靠近阳极Ⅰ2和阳极Ⅱ3端部设置的传动辊4和液压辊5，设于阳极Ⅰ2和阳极Ⅱ3之间的导向辊6，设于预镀液面上方的阴极板Ⅰ7；所述阳极Ⅰ2和阳极Ⅱ3为弧形，阳极Ⅰ2的弧长小于阳极Ⅱ3的弧长。
本发明中的阳极Ⅰ2和阳极Ⅱ3采用8～10mm厚的钛板制作，阳极Ⅰ2的弧长为150mm，阳极Ⅱ3的弧长为300mm，阳极Ⅰ2和阳极Ⅱ3之间的距离为100mm，阳极Ⅱ2全部浸在预镀液下。
本发明中阳极Ⅰ2和阳极Ⅱ3端部是指靠近放卷机12的那一端，靠近这一端设置有传动辊4和液压辊5，在泡沫基材14进行预镀之前将内部的空气挤压出预镀液。
本发明中阳极板9有两个，相互平行，竖直设置在电镀槽内；阴极板Ⅱ10靠近阳极板9，并在阳极板9的上方。
本发明中放卷机12和预镀槽体1之间设有导向辊6，与传动辊4和液压辊5共同作用将泡沫基材14导入预镀槽中，导向辊6还可以在预镀槽体1的内部或上方。
本发明中预镀槽体1和主镀槽体8之间设有导向辊6，与下导向辊11共同作用将泡沫基材14导入电镀槽中，导向辊6还可以在预镀槽体1内或者预镀槽体1的上方，导向辊6还可以在主镀槽体8内或主镀槽体8的上方。
使用时，将导电化处理的泡沫基材14从放卷机12中放出，经导向辊6和传动辊4进入到预镀槽中，在预镀之前泡沫基材14通过传动辊4和液压辊5将内部的空气挤出，然后再通过阳极Ⅰ2和阳极Ⅱ3之间的导向辊6将泡沫基材14导入预镀液中进行预镀，预镀时阳极Ⅰ2和阳极Ⅱ3提供电镀阳离子，阴极板Ⅰ7给电进行预镀，预镀完后的泡沫基材14再经预镀槽体1和主镀槽体8之间的导向辊6进入到电镀槽中，基材经过下导向辊11从一对对称布置的阳极板9间平行穿过，阴极板Ⅱ10给电进行主镀，主镀后的泡沫基材14水洗后经收卷机13收卷，完成电镀。
实施例1
采用本发明的设备，将已经导电化处理的1.4mm厚，110ppi孔数的聚氨酯海绵，通过放卷机经导向辊和传动辊进入预镀槽中，预镀之前通过液压辊与传动辊相互作用挤出内部的空气，上下分布的两个阳极提供电镀阳离子，在预镀液上方的阴极给电，预镀液为瓦特镀液，其中总镍为75-85g/L，氯化镍为60-70g/L，硼酸30-40g/L，镀液pH为4.3-4.6，温度为55℃，预镀电流为40A，基材走速为0.1m/min，预镀时间为2min。将预镀后的泡沫基材进行主镀，主镀液的成份与预镀液的成份相同，pH值4.3-4.6，温度为55℃，主镀电流为1000A，主镀时间为5min。将主镀后的导电海绵经过水洗，烧结后（焚烧、还原过程），得到泡沫金属材料。
实施例2
采用本发明的设备，将已经导电化处理的1.0mm厚，120ppi孔数的聚酯海绵，通过放卷机经导向辊和传动辊进入预镀槽中，预镀之前通过液压辊与传动辊相互作用挤出内部的空气，上下分布的两个阳极提供电镀阳离子，在预镀液上方的阴极给电，预镀液为瓦特镀液，其中总镍为75-85g/L，氯化镍为60-70g/L，硼酸30-40g/L，镀液pH为4.3-4.6，温度为55℃，预镀电流为50A，基材走速为0.13m/min，预镀时间为1.5min。将预镀后的泡沫基材进行主镀，主镀液的成份与预镀液的成份相同，pH值4.3-4.6，温度为55℃，主镀电流为1300A，主镀时间为4min。将主镀后的导电海绵经过水洗，烧结后（焚烧、还原过程），得到泡沫金属材料。
实施例3
采用本发明的设备，将已经导电化处理的1.6mm厚，95ppi孔数的聚醚海绵，通过放卷机经导向辊和传动辊进入预镀槽中，预镀之前通过液压辊与传动辊相互作用挤出内部的空气，上下分布的两个阳极提供电镀阳离子，在预镀液上方的阴极给电，预镀液为瓦特镀液，其中总镍为75-85g/L，氯化镍为60-70g/L，硼酸30-40g/L，镀液pH为4.3-4.6，温度为55℃，预镀电流为40A，基材走速为0.1m/min，预镀时间为2min。将预镀后的泡沫基材进行主镀，主镀液的成份与预镀液的成份相同，pH值4.3-4.6，温度为55℃，主镀电流为1300A，主镀时间为6min。将主镀后的导电海绵经过水洗，烧结后（焚烧、还原过程），得到泡沫金属材料。
对比例1
采用申请号CN201420072988.8中的设备，将已经导电化处理的1.3mm厚，118ppi孔数的聚氨酯海绵，通过预镀辊进入到预镀槽中进行预镀，预镀液为瓦特镀液，其中总镍为75-85g/L，氯化镍为60-70g/L，硼酸30-40g/L，镀液pH为4.3-4.6，温度为55℃，预镀电流为60A，基材走速为0.1m/min，预镀时间为3min。将预镀后的泡沫基材进行主镀，主镀液的成份与预镀液的成份相同，pH值4.3-4.6，温度为55℃，主镀电流为1000A，主镀时间为5min。将主镀后的导电海绵经过水洗，烧结后（焚烧、还原过程），得到泡沫金属材料。
将实施例1-3和对比例1得到的泡沫金属材料性能对比，结果如表1。
表1 泡沫金属材料的性能比较
实施例编号 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
预镀后基材表面镀层金属面密度（g/m<sup>2</sup>） 6-7 6-7 6-7 4-12
产品合格率（%） 93 91 94 73
阴极表面施镀金属层面密度（g/m<sup>2</sup>） 0 0 0 4
DTR 0.75 0.73 0.72 0.50
合格的标准是经过电镀主镀后的泡沫金属材料表面经目测无裂痕、无空洞、无异物、无施镀金属碎片粘附，镀层金属不剥落。
从上表中数据可以看出，采用本发明的设备和方法所得泡沫金属材料的阴极表面施镀金属层面密度都小于对比例1所得泡沫金属材料，产品的合格率都不低于90%，预镀后基材表面镀层金属面密度为6-7g/m2，施镀金属厚度比较均匀，最终所得电镀产品的合格率较高；预镀槽中阴极表面施镀金属层面密度为0g/m2，增加了阳极利用率，实施例1-3所得泡沫金属材料的DTR提高至0.7以上。

Claims (7)

1.一种泡沫金属材料的电镀设备，其特征在于，包括放卷装置、预镀槽、电镀槽和收卷装置，所述放卷装置和收卷装置上缠绕有泡沫基材，所述预镀槽包括预镀槽槽体（1），设于预镀槽槽体（1）内上下分布的阳极Ⅰ（2）和阳极Ⅱ（3），上下分布的两个阳极提供电镀阳离子，靠近阳极Ⅰ（2）和阳极Ⅱ（3）端部设置的传动辊（4）和液压辊（5），设于阳极Ⅰ（2）和阳极Ⅱ（3）之间的导向辊（6），设于预镀液面上方的阴极板Ⅰ（7）；所述阳极Ⅰ（2）和阳极Ⅱ（3）为弧形，阳极Ⅰ（2）的弧长小于阳极Ⅱ（3）的弧长；所述阳极Ⅰ（2）至少一部分在液面下。
2.如权利要求1所述的泡沫金属材料的电镀设备，其特征在于，所述阳极Ⅰ（2）和阳
极Ⅱ（3）为3/10圆环。
3.如权利要求1-2任一项所述的泡沫金属材料的电镀设备，其特征在于，所述电镀槽包括主镀槽体（8），设于主镀槽体（8）内部的阳极板（9）和阴极板Ⅱ（10），在主镀液面下方的下导向辊（11）。
4.如权利要求1-2任一项所述的泡沫金属材料的电镀设备，其特征在于，所述放卷装置为放卷机（12）。
5.如权利要求1-2任一项所述的泡沫金属材料的电镀设备，其特征在于，所述收卷装置为收卷机（13）。
6.一种使用如权利要求1-5任一项所述的泡沫金属材料的电镀设备的泡沫金属材料的电镀方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）导电化处理后的泡沫基材经导向辊和传动辊进入预镀槽中，预镀之前通过液压辊与传动辊相互作用挤出内部的空气，上下分布的两个阳极提供电镀阳离子，在预镀液上方的阴极给电，预镀电流为40A，预镀基材的走速为0.1-0.13m/min；
2）预镀后的泡沫基材经导向辊进入电镀槽中主镀，后处理后得到泡沫金属材料。
7.如权利要求6所述的泡沫金属材料的电镀方法，其特征在于，所述的泡沫基材为聚氨酯海绵、聚酯海绵或聚醚海绵。
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