CN112226797A

CN112226797A - 一种结晶器铜板的电镀装置和电镀方法

Info

Publication number: CN112226797A
Application number: CN202010922419.8A
Authority: CN
Inventors: 王兴丽; 吕艳春; 闫超; 孙雷; 陈玲; 裘伟峰
Original assignee: Beijing Shougang Mechinery & Electric Co ltd
Current assignee: Beijing Shougang Mechinery & Electric Co ltd
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2021-01-15

Abstract

本发明公开了一种结晶器铜板的电镀方法，包括：获得第一镀液，所述第一镀液中钴离子含量控制在0～1g/L，镍离子含量控制在80g/L～90g/L；获得第二镀液，所述第二镀液中钴离子含量控制在8g/L～60g/L，镍离子含量控制在0～70g/L；使用所述第一镀液对待电镀结晶器铜板进行第一电镀，获得第一结晶器铜板；将所述第一结晶器铜板的上部0～200mm移出电镀液面，后使用所述第二镀液对所述第一结晶器铜板进行第二电镀。本发明还提供了结晶器铜板的电镀装置包括：第一存储容器、第二存储容器、第一输送管路、第二输送管路和电镀槽；第一存储容器通过第一输送管路与所述电镀槽相连通；第二存储容器通述第二输送管路与电镀槽相连通；本发明使得结晶器上下端镀层镀层厚度和钴含量不同，操作步骤简单。

Description

一种结晶器铜板的电镀装置和电镀方法

技术领域

本发明涉及电镀技术领域，特别涉及一种结晶器铜板的电镀装置和电镀方法。

背景技术

目前，结晶器是连铸的核心部件，结晶器铜板作为连铸从液态钢水到凝固成固态坯壳的重要导热部件，其质量好坏直接影响到铸坯的表面质量、连铸机拉速等指标。为了避免结晶器铜板上口裂纹及磨损严重，更换频繁，本领域技术人员通常在结晶器铜板上电镀一层金属或合金层，从而达到抗裂减磨、延长使用寿命的目的。近年来，结晶器铜板镀层从纯Cr镀层、Ni-Fe镀层发展为耐裂纹、耐磨性能更优的Ni-Co镀层和Co-Ni镀层。目前，国内外厂家主要采用此项技术进行结晶器铜板制作与修复，铜板在线使用性能与效果优异，性价比高。

实际使用时结晶器铜板上口与下口在线使用特殊要求是：结晶器铜板上口需要低的钴含量与低的镀层硬度，因为该位置为浇钢液面区温度很高，如果镀层应力大容易受热脱落；结晶器铜板下口需要高的钴含量与高的镀层硬度，因为结晶器铜板下口要求镀层耐磨性及抗高温性能，防止已形成坯壳对镀层产生的高温性能下降及磨损而导致的镀层开口超差及漏铜问题，这就要求下口镀层中高钴含量，保证镀层抗高温及耐磨性能。

现有技术中通常使用的槽浸式电镀很难实现铜板镀层上端钴含量低，下端钴含量高；槽浸式电镀易得到上、下端镀层厚度与钴含量相同电镀层，造成了很大的浪费，镀层结构不合理易发生上口的镀层脱落。

授权公告号为“CN107254697A”，名称为“结晶器铜板镍钴合金镀层钴的梯度分布工艺及电镀装置”的专利公开了一种结晶器铜板镍钴合金镀层钴的梯度分布工艺，包括镀前分析钴含量及其他镀液成分在字母槽内配置镀液、开始电镀、电镀10小时进行第三次降液、电镀至20小时第四次降液、电镀至30小时第三次降液、电镀至40小时第四次降液、达到镀层厚度的电镀时间还有24小时时，停止不钴，10小时降液后到此时电镀镀液中钴含量维持在6g/L以上，镀层中的钴含量在30％-35％、最后24小时持续消耗钴，电镀24小时后机械加工层的钴含量在15％，电镀结束后关闭进液泵，拔出回液管，使镀液全部回流到母槽中，得到钴含量镀层梯度分布的结晶器铜板。解决了传统对钴含量镀层的加工量是非常大，浪费了大量的材料，增加产品成本的问题。该专利通过在子槽中安装可以调节液面高度的回流管，在电镀过程中对子槽进行降液，实现了在降液过程中对钴盐在不同时间的补加进设计，可以实现钴在镀层中的梯度分布。然而该方法需要回液管等来操作，操作步骤较繁琐。

因此，如何开发一种操作步骤简单、结晶器上下端镀层镀层厚度和钴含量不同电镀层的电镀方法，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明目的是提供一种结晶器铜板的电镀装置和电镀方法，使得结晶器上下端镀层镀层厚度和钴含量不同，操作步骤简单。

为了实现上述目的，本发明提供了一种结晶器铜板的电镀液，包括：第一镀液和第二镀液；

所述第一镀液中钴离子含量控制在0～1g/L，镍离子含量控制在80g/L～90g/L；

所述第二镀液中钴离子含量控制在8g/L～60g/L，镍离子含量控制在0～70g/L。

本发明还提供了一种结晶器铜板的电镀装置，包括：第一存储容器、第二存储容器、第一输送管路、第二输送管路和电镀槽；

所述第一存储容器装有第一镀液，所述第一镀液中钴离子含量控制在0～1g/L，镍离子含量控制在80g/L～90g/L；所述第一存储容器通过所述第一输送管路与所述电镀槽相连通；

所述第二存储容器装有第二镀液，所述第二镀液中钴离子含量控制在8g/L～60g/L，镍离子含量控制在0～70g/L；所述第二存储容器通过所述第二输送管路与所述电镀槽相连通；

所述电镀槽，用于对待电镀结晶器铜板电镀上镀层。

进一步地，所述电镀槽为多个，所述多个第二镀液储与所述多个电镀槽一一对应相连通，所述多个电镀槽均与所述第一存储容器相连通。

进一步地，所述第一输送管路和所述第二输送管路均为循环管路，所述第一输送管路上设有第一循环泵；所述第二输送管路上设有第二循环泵。

本发明还提供了一种结晶器铜板的电镀方法，其特征在于，所述方法包括：

获得待电镀结晶器铜板；

获得第一镀液，所述第一镀液中钴离子含量控制在0～1g/L，镍离子含量控制在80g/L～90g/L；

获得第二镀液，所述第二镀液中钴离子含量控制在8g/L～60g/L，镍离子含量控制在0～70g/L；

使用所述第一镀液对所述待电镀结晶器铜板进行第一电镀，获得第一结晶器铜板；

将所述第一结晶器铜板的上部0～200mm位置移出电镀液面，后使用所述第二镀液对所述第一结晶器铜板进行第二电镀，获得梯度镀层结晶器铜板。

进一步地，所述第一电镀的时间为10h～15h。

进一步地，所述第二电镀的时间为40h～80h。

进一步地，所述钴盐为氨基磺酸钴。

进一步地，所述钴离子所用的钴盐为氨基磺酸钴。

进一步地，所述镍离子所用的镍盐为氨基磺酸镍。

进一步地，所述第一镀液和所述第二镀液均还包括氯化镍、硼酸和添加剂。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明提供的一种结晶器铜板的电镀装置和电镀方法，使用两槽不同成分的镀液即第一镀液和第二镀液来进行电镀，所述第一镀液中钴离子含量控制在0～1g/L，镍离子含量控制在80g/L～90g/L；所述第二镀液中钴离子含量控制在8g/L～60g/L，镍离子含量控制在0～70g/L，以此来提高铜板修复质量，同时节约电镀成本最后获得的梯度镀层结晶器铜板上部0～200mm位置镀层成分为纯镍镀层或低钴含量镀层，钴含量控制在0～10％范围内；铜板下部为高钴镀层，一般钴含量控制在30％～100％。该反方操作简便，适合工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种结晶器铜板的电镀方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种结晶器铜板的电镀装置的结构图；

1、第一存储容器；11、加热装置；2、第二存储容器；3、第一输送管路；31、第一循环泵；32、过滤器；4、第二输送管路；41、第二循环泵；5、电镀槽；51、搅拌装置；6、待电镀结晶器铜板。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和装置等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。本发明中的“第一”、“第二”等词不代表顺序，可以理解为名词。

本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

根据本发明一种典型的实施方式，提供一种结晶器铜板的电镀装置，如图2所示，包括：第一存储容器1、第二存储容器2、第一输送管路3、第二输送管路4和电镀槽5；

所述第一存储容器1装有第一镀液，所述第一镀液中钴离子含量控制在0～1g/L，镍离子含量控制在80g/L～90g/L；所述第一存储容器1通过所述第一输送管路3与所述电镀槽5相连通；

所述第二存储容器2装有第二镀液，所述第二镀液中钴离子含量控制在8g/L～60g/L，镍离子含量控制在0～70g/L；所述第二存储容器2通过所述第二输送管路4与所述电镀槽5相连通；

所述电镀槽5，用于对待电镀结晶器铜板电镀上镀层。

本发明实施例提供的一种结晶器铜板的电镀装置，第一存储容器1存储的第一镀液通过所述第一输送管路3向所述电镀槽5输送，并给待电镀结晶器铜板电镀，获得第一结晶器铜板，上部0-200mm位置镀层成分为纯镍镀层或低钴含量镀层，钴含量控制在0～10％范围内；将所述第一结晶器铜板的上部0～200mm位置移出电镀液面，后第二存储容器2存储的第二镀液通过所述第一输送管路3向所述电镀槽5输送，使用所述第二镀液对所述第一结晶器铜板进行第二电镀，获得梯度镀层结晶器铜板，下部为高钴镀层，钴含量控制在30％～100％。

所述第一输送管路3、第二输送管路4均为循环管路；即所述第一存储容器1通过所述第一输送管路3与所述电镀槽5相连通，液体可以正向流通，也可以反向流通。

优选地，所述第二镀液储为多个，所述电镀槽为多个，所述多个第二镀液储与所述多个电镀槽一一对应相连通，所述多个电镀槽均与所述第一存储容器相连通。

作为以上实施方式之一，所述第二镀液储为2个，所述电镀槽为2个，所述2个第二镀液储与所述2个电镀槽一一对应相连通，所述2个电镀槽均与所述第一存储容器相连通。由于第二第二镀液用得较多，这样设置可以同时电镀2个。

优选地，所述第一输送管路和所述第二输送管路均为循环管路，所述第一输送管路3上设有第一循环泵31；所述第二输送管路4上设有第二循环泵41。

优选地，所述第一输送管路3上设有过滤器32，用于过滤掉杂质。

优选地，所述电镀槽5内设有搅拌装置51；便于对电镀液进行混匀。

优选地，所述第一存储容器1内设有加热装置11，用于预热。

根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种结晶器铜板的电镀方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、获得待电镀结晶器铜板；

S2、获得第一镀液，所述第一镀液中钴离子含量控制在0～1g/L，镍离子含量控制在80g/L～90g/L；

S3、获得第二镀液，所述第二镀液中钴离子含量控制在8g/L～60g/L，镍离子含量控制在0～70g/L；

S4、使用所述第一镀液对所述待电镀结晶器铜板进行第一电镀，获得第一结晶器铜板；

S5、将所述第一结晶器铜板的上部0～200mm位置移出电镀液面，后使用所述第二镀液对所述第一结晶器铜板进行第二电镀，获得梯度镀层结晶器铜板。

由上可知，本发明使用两槽不同成分的镀液即第一镀液和第二镀液来进行电镀，以此来提高铜板修复质量，同时节约电镀成本；最后获得的梯度镀层结晶器铜板上部0～200mm位置镀层成分为纯镍镀层或低钴含量镀层，钴含量控制在0～10％范围内；铜板下部为高钴镀层，钴含量控制在30％～100％。该反方操作简便，适合工业化生产。

若所述第一镀液中钴离子含量大于1g/L，导致上口镀层中钴离子过高，在线使用过程中，镀层易出现龟裂或脱落问题；若所述第一镀液中镍离子含量小于80g/L，镀液中镍离子浓度过小，主要影响沉积效率，电镀时间过长；若所述第一镀液中镍离子含量大于90g/L，镍离子浓度过高，影响镀层中钴离子含量。

若所述第二镀液中钴离子含量小于8g/L，导致下口镀层钴含量过低，在线使用易出现磨损及漏铜问题；若所述第二镀液中钴离子含量大于60g/L，可满足电镀配比要求，添加过多造成材料浪费；若所述第二镀液中镍离子含量大于70g/L，镍离子浓度过高，影响镀层中钴离子含量。

现有技术中的其他电镀方法为了实现下口钴含量高，带来的问题就是上口钴含量也高了，除非采取一些延长电镀时间，消耗镀液钴的方法，但是会增加很大的成本，再有为了实现上口钴含量小，下口钴含量也提高不上去。

而本申请即是为了解决上口钴含量过高，上线容易出现镀层龟裂或脱落的问题，同时节约成本。

优选地，所述第一电镀的时间为10h～15h。所述第一电镀的时间控制在10h～15h，可以将所述最后获得的梯度镀层结晶器铜板上部0～200mm位置的镀层厚度控制在合适的范围。

优选地，所述第二电镀的时间为40h～80h。根据最后获得的梯度镀层结晶器铜板下部的镀层厚度的需要可以控制所述第二电镀的时间，若铜板下部需要更厚的镀层则第二电镀的时间加长。

优选地，所述钴离子所用的钴盐为氨基磺酸钴。所述镍离子所用的镍盐为氨基磺酸镍。

经换算后可知，第一镀液中氨基磺酸钴的浓度为0～4.5g/L，氨基磺酸镍的浓度为440g/L～495g/L；第二镀液中氨基磺酸钴的浓度为34g/～256g/L，氨基磺酸镍的浓度为0～385g/L。

所述第一镀液和所述第二镀液均还包括氯化镍、硼酸和添加剂。氯化镍的作用主要是氯离子起活化阳极的作用。含量过高，镍阳极溶解过快，容易产生颗粒，造成镀液粗糙。过低阳极溶解变慢，增加主盐的用量，增加电镀成本。

进一步地，所述氯化镍的浓度为18g/L～20g/L；所述硼酸的浓度为28g/L～32g/L；所述添加剂可以为葡萄糖酸钠、防孔针剂中的一种；所述防孔针剂的浓度为0.2g/L～0.5g/L。

按照本发明获得的电镀后铜板表面无针孔、麻点等质量缺陷，表面平整，加工后铜板厚度尺寸合格，满足加工要求。且使用模拟现场工况条件进行火焰结合力检测，镀层无变色、起泡烧伤等问题，铜板在线使用情况良好，无镀层脱落及磨损漏铜问题。此外，原电镀工艺使用一槽镀液进行电镀，采用镀前电解方法降低镀液起镀的钴含量，成本较高，而按照本发明方法电镀后，镍阳极可节约15kg左右，钴阳极节约5kg左右，节约材料成本20％左右。

下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请的一种结晶器铜板的电镀装置和电镀方法进行详细说明。

实施例1

如图1-2所示，本实施例的结晶器铜板的电镀方法为：

S1、获得待电镀结晶器铜板：为厚板坯结晶器铜板，铜板尺寸为1860*900mm；

S2、获得第一镀液，所述第一镀液的成分为：氨基磺酸镍450g/L，氨基磺酸钴3g/L，硼酸30g/L，氯化镍20g/L；添加剂0.4g/L；将所述第一镀液装入所述第一存储容器中；

S3、获得第二镀液，所述第二镀液的成分为：氨基磺酸镍385g/L，氨基磺酸钴40g/L，硼酸30g/L，氯化镍20g/L，添加剂0.4g/L；将所述第二镀液装入所述第二存储容器中；

S4、第一存储容器1存储的第一镀液通过所述第一输送管路3向所述电镀槽5输送，电镀槽5使用所述第一镀液对所述待电镀结晶器铜板进行第一电镀12h，获得第一结晶器铜板；

S5、将所述第一结晶器铜板的上部100mm位置移出电镀液面，后将第二存储容器2存储的第二镀液通过所述第二输送管路4向所述电镀槽5输送，电镀槽5使用所述第二镀液对所述第一结晶器铜板进行第二电镀50h，获得梯度镀层结晶器铜板。

最后获得的梯度镀层结晶器铜板的上口镀层成分镍离子含量95％，钴离子含量5％；下口镀层成分镍离子含量70％，钴离子含量30％。

实施例2

如图1-2所示，本实施例的结晶器铜板的电镀方法为：

S1、获得待电镀结晶器铜板：为厚板坯结晶器铜板，铜板尺寸为1950*900mm；

S2、获得第一镀液，所述第一镀液的成分为：氨基磺酸镍450g/L，硼酸30g/L，氯化镍20g/L；添加剂0.4g/L；将所述第一镀液装入所述第一存储容器中；

S3、获得第二镀液，所述第二镀液的成分为：氨基磺酸镍360g/L，氨基磺酸钴35g/L，硼酸30g/L，氯化镍20g/L，添加剂0.4g/L；将所述第二镀液装入所述第二存储容器中；S4、第一存储容器1存储的第一镀液通过所述第一输送管路3向所述电镀槽5输送5，电镀槽5使用所述第一镀液对所述待电镀结晶器铜板进行第一电镀12h，获得第一结晶器铜板；

S5、将所述第一结晶器铜板的上部100mm位置移出电镀液面，后将第二存储容器2存储的第二镀液通过所述第二输送管路4向所述电镀槽5输送，电镀槽5使用所述第二镀液对所述第一结晶器铜板进行第二电镀70h，获得梯度镀层结晶器铜板。

最后获得的梯度镀层结晶器铜板的上口镀层成分镍离子含量100％；下口镀层成分镍离子含量60％，钴离子含量40％。

实施例3

S1、获得待电镀结晶器铜板：为厚板坯结晶器铜板，铜板尺寸为2690×800mm；

S2、获得第一镀液，所述第一镀液的成分为：氨基磺酸镍450g/L，氨基磺酸钴4.5g/L，硼酸30g/L，氯化镍20g/L；添加剂0.4g/L；将所述第一镀液装入所述第一存储容器中；

S3、获得第二镀液，所述第二镀液的成分为：氨基磺酸钴256g/L，硼酸30g/L，氯化镍20g/L，添加剂0.4g/L；将所述第二镀液装入所述第二存储容器中；

S4、第一存储容器1存储的第一镀液通过所述第一输送管路3向所述电镀槽5输送，电镀槽5使用所述第一镀液对所述待电镀结晶器铜板进行第一电镀15h，获得第一结晶器铜板；

S5、将所述第一结晶器铜板的上部200mm位置移出电镀液面，后将第二存储容器2存储的第二镀液通过所述第二输送管路4向所述电镀槽5输送，电镀槽5使用所述第二镀液对所述第一结晶器铜板进行第二电镀60h，获得梯度镀层结晶器铜板。

最后获得的梯度镀层结晶器铜板的上口镀层成分镍离子含量90％，钴离子含量10％；下口镀层成分镍离子含量0％，钴离子含量100％。

对比例1

该对比例中第一镀液中钴离子含量大于1g/L，镍离子含量小于80g/L，具体地：

第一镀液的成分为：氨基磺酸镍400g/L，氨基磺酸钴5g/L，硼酸30g/L，氯化镍20g/L；添加剂0.4g/L；第二镀液的成分同实施例1。

最后获得的梯度镀层结晶器铜板的上口镀层成分镍离子含量80％，钴离子含量20％；下口镀层成分镍离子含量70％，钴离子含量30％。该对比例中上口镀层中钴离子过高，在线使用过程中，镀层出现龟裂或脱落问题。

对比例2

该对比例中第二镀液中钴离子含量小于8g/L，镍离子含量大于70g/L，具体地：

第二镀液的成分为：氨基磺酸镍450g/L，氨基磺酸钴20g/L，硼酸30g/L，氯化镍20g/L，添加剂0.4g/L；第一镀液的成分同实施例1。

最后获得的梯度镀层结晶器铜板的上口镀层成分镍离子含量95％，钴离子含量5％；下口镀层成分镍离子含量80％，钴离子含量20％。最终获得铜板下口镀层中钴含量过低，对于下口使用工况条件，下口镀层易出现磨损漏铜问题。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种结晶器铜板的电镀液，其特征在于，包括：第一镀液和第二镀液；

2.一种结晶器铜板的电镀装置，其特征在于，包括：第一存储容器、第二存储容器、第一输送管路、第二输送管路和电镀槽；

所述电镀槽，用于对待电镀结晶器铜板电镀上镀层。

3.根据权利要求2所述的结晶器铜板的电镀装置，其特征在于，所述第二镀液储为多个，所述电镀槽为多个，所述多个第二镀液储与所述多个电镀槽一一对应相连通，所述多个电镀槽均与所述第一存储容器相连通。

4.根据权利要求2所述的结晶器铜板的电镀装置，其特征在于，所述第一输送管路和所述第二输送管路均为循环管路，所述第一输送管路上设有第一循环泵；所述第二输送管路上设有第二循环泵。

5.一种结晶器铜板的电镀方法，其特征在于，所述方法包括：

获得待电镀结晶器铜板；

6.根据权利要求5所述的一种结晶器铜板的电镀方法，其特征在于，所述第一电镀的时间为10h～15h。

7.根据权利要求5所述的一种结晶器铜板的电镀方法，其特征在于，所述第二电镀的时间为40h～80h。

8.根据权利要求5所述的一种结晶器铜板的电镀方法，其特征在于，所述钴离子所用的钴盐为氨基磺酸钴。

9.根据权利要求1所述的一种结晶器铜板的电镀方法，其特征在于，所述镍离子所用的镍盐为氨基磺酸镍。

10.根据权利要求1所述的一种结晶器铜板的电镀方法，其特征在于，所述第一镀液和所述第二镀液均还包括氯化镍、硼酸和添加剂。