CN112342580A - 可实时调节镍钴含量的电镀镍钴合金工艺及电镀装置 - Google Patents

Abstract

可实时调节镍钴含量的电镀镍钴合金工艺及电镀装置，电镀装置中包括直接或间接活动连接于钴用阳极篮上用于遮挡钴用阳极篮上网状部位以调整钴阳极暴露于电镀液中的面积的遮挡板，根据镀层中所需镍钴含量之比，调节遮挡板，观察镍阳极电流表与钴阳极电流表的读数，当镍阳极电流表与钴阳极电流表的电流比与镀层中所需镍钴含量之比相等时固定遮挡板进行电镀，电镀中当需要调节镀层镍钴含量时，结合镍阳极电流表、钴阳极电流表的读数及两者的比值，调节遮挡板改变钴阳极暴露于电镀液中的面积，进而控制镍阳极、钴阳极溶解速度，从而实现电镀过程中镀层镍钴含量的实时调节。本发明稳定了镀液成分，减少操作环节，降低生产成本，提高了电镀加工质量。

Description

可实时调节镍钴含量的电镀镍钴合金工艺及电镀装置

技术领域

本发明涉及一种电镀镍钴合金的方法，具体是一种可实时调节镍钴含量的电镀镍钴合金工艺。

背景技术

连铸机结晶器是连铸钢铁冶金的核心设备，结晶器铜板又是连铸结晶器关键部件。目前结晶器铜板表面电镀镍钴合金镀层，是应用最广的加工工艺，能大幅度提高连铸结晶器的过钢量。

铜板表面电镀镍钴合金，镀层中镍钴含量的分布，对不同型号的要求不同。对同一型号的产品，其铜板镀层中不同部位（里层、中间层、外层）的镍钴含量也要求不同。对不同的生产企业，工艺文件中对镀层镍钴含量的设计也不相同。同一个铜板镀层上、中、下镀层钴含量也要求不同。

目前本领域所采用的调节镀层中镍钴含量的方法是：电镀液采用氨基磺酸钴、氨基磺酸镍体系；阳极采用镍阳极，通过镍阳极的溶解来补充镀液中镍离子的消耗；钴在电镀液中，一般采用间断式添加氨基磺酸钴溶液来补充钴离子，该方法的缺点在于：①氨基磺酸钴溶液添加成本高；②间断式添加氨基磺酸钴会造成电镀液中的钴离子不稳定，镀液成分波动较大，对镀层中的钴含量的稳定性有影响，影响结晶器铜板质量，缩短使用寿命；③经常添加氨基磺酸钴溶液，会使镀槽中电镀液体积不断增多，必须经常抽出一部分，造成浪费，成本升高，且操作繁琐。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种操作简便、成本低的可实时调节镍钴含量的电镀镍钴合金工艺。

本发明的技术构思在于：本发明人研究发现，镀层中的镍钴含量取决于电镀液中镍钴含量，电镀液中的镍钴含量取决于镍钴阳极的各自溶解速度，控制镍钴阳极的溶解速度，就能控制镀层中的镍钴含量；本发明改变它们的有效阳极面积，从而改变它们各自的溶解速度。因为在一定电极电位下，镍钴处于相同电极电位（即共用同一直流电源），两者溶解速度与他们各自在电镀液中的阳极有效面积相关。暴露于电镀液中的面积越大，其溶解速度越大。镍钴阳极在镀液中的溶解速度，可以用两者通过的电量来显示。根据通过镍钴阳极电流的数量及二者的比例，可通过遮挡板任意调节阳极有效面积，以实现电镀液中的镍、钴浓度的控制，从而达到控制镀层中镍钴含量的目的。

本发明的技术方案如下：一种可实时调节镍钴含量的电镀镍钴合金工艺：

包括电镀装置；所述电镀装置包括设置于电镀槽内的阴极件、镍用阳极篮、钴用阳极篮；镍用阳极篮内装有金属镍；钴用阳极篮内装有金属钴；

所述阴极件直接或间接与直流电源负极相连；

所述镍用阳极篮直接或间接与所述直流电源正极相连；所述钴用阳极篮直接或间接与所述直流电源正极相连；所述钴用阳极篮与所述镍用阳极篮并联；

镍用阳极篮与直流电源之间设有（显示镍阳极通过的总电流的）镍阳极电流表；

钴用阳极篮与直流电源之间设有（显示钴阳极通过的总电流的）钴阳极电流表；

还包括直接或间接活动连接于钴用阳极篮上、用于遮挡钴用阳极篮上网状部位以调整钴阳极暴露于电镀液中的（有效可溶）面积的遮挡板；

所述遮挡板由绝缘材料制成；

本发明的工艺包括如下步骤：

1）配制电镀液，将所述电镀液加入电镀槽中；

2）加入阴离子型表面活性剂，并将经过表面处理的阴极件、镍用阳极篮、钴用阳极篮放入所述电镀槽中；

3）电镀前根据镀层所需镍钴含量计算出阴极件通过的电流设置直流电源；

4）根据镀层中所需镍钴含量之比，调节遮挡板，同时观察镍阳极电流表与钴阳极电流表的读数，当镍阳极电流表与钴阳极电流表的电流比与镀层中所需镍钴含量之比相等时固定遮挡板，进行电镀；

5）电镀过程中，当需要调节镀层镍钴含量时，结合镍阳极电流表、钴阳极电流表的读数及两者的比值，调节遮挡板改变钴阳极暴露于电镀液中的（有效可溶）面积，进而控制镍阳极、钴阳极溶解速度，调节电镀液中的镍、钴浓度，从而实现电镀过程中镀层镍钴含量的实时调节；

当需要提高镀层中钴含量时，结合镍阳极电流表、钴阳极电流表的读数及两者的比值，打开遮挡板增大钴阳极暴露于电镀液中的（有效可溶）面积，当镍阳极电流表与钴阳极电流表的电流比与镀层中所需镍钴含量之比相等时固定遮挡板。

当需要降低镀层中钴含量时，结合镍阳极电流表、钴阳极电流表的读数及两者的比值，关闭遮挡板减小钴阳极暴露于电镀液中的（有效可溶）面积，当镍阳极电流表与钴阳极电流表的电流比与镀层中所需镍钴含量之比相等时固定遮挡板。

当需要镀层中钴含量为零时，完全关闭遮挡板使钴阳极暴露于电镀液中的（有效可溶）面积为零。

所述遮挡板经设置于钴用阳极篮上的轨道与钴用阳极篮活动连接；还包括用于固定遮挡板位置的定位卡。

还包括一遮挡盒；一个或多个钴用阳极篮置于遮挡盒内；遮挡盒上与钴用阳极篮网状部位对应处设有开口，遮挡板设置于开口处用于打开/关闭该开口；遮挡盒上设有用于固定遮挡板位置的定位卡；所述遮挡盒由绝缘材料制成。

所述钴用阳极篮包括固定框、一个以上装于固定框上的网、连接于固定框上的挂钩。

本发明同时提供了一种可实时调节镍钴含量的镍钴合金电镀装置，包括设置于电镀槽内的阴极件、镍用阳极篮、钴用阳极篮；镍用阳极篮内装有金属镍；钴用阳极篮内装有金属钴；所述阴极件直接或间接与直流电源负极相连；所述镍用阳极篮直接或间接与所述直流电源正极相连；所述钴用阳极篮直接或间接与所述直流电源正极相连；所述钴用阳极篮与所述镍用阳极篮并联；镍用阳极篮与直流电源之间设有（显示镍阳极通过的总电流的）镍阳极电流表；用阳极篮与直流电源之间设有（显示钴阳极通过的总电流的）钴阳极电流表；还包括直接或间接活动连接于钴用阳极篮上、用于遮挡钴用阳极篮上网状部位以调整钴阳极暴露于电镀液中的面积的遮挡板；所述遮挡板由绝缘材料制成。

优选的，所述遮挡板经设置于钴用阳极篮上的轨道与钴用阳极篮活动连接；还包括用于固定遮挡板位置的定位卡。

优选的，本发明还包括一遮挡盒；一个或多个钴用阳极篮置于遮挡盒内；遮挡盒上与钴用阳极篮网状部位对应处设有开口，遮挡板设置于开口处用于打开/关闭该开口；遮挡盒上设有用于固定遮挡板位置的定位卡；所述遮挡盒由绝缘材料制成。

所述钴用阳极篮包括固定框、一个以上装于固定框上的网。

本发明同时提供了一种用于电镀合金的阳极用装置，可便捷调节阳极溶解速度，其包括直接或间接活动连接于阳极篮上、用于遮挡阳极篮上网状部位以调整阳极暴露于电镀液中的面积的遮挡板；所述遮挡板由绝缘材料制成。

优选的，所述遮挡板经设置于阳极篮上的轨道与阳极篮活动连接；还包括用于固定遮挡板位置的定位卡。

优选的，还包括一遮挡盒；一个或多个阳极篮置于遮挡盒内；遮挡盒上与阳极篮网状部位对应处设有开口，遮挡板设置于开口处用于打开/关闭该开口；遮挡盒上设有用于固定遮挡板位置的定位卡；所述遮挡盒由绝缘材料制成。本发明使用时完全不需要添加钴盐，减少了操作环节，稳定了镀液成分，降低了生产成本，并且有利于电镀加工质量的提高。本发明人也曾想过采用增减镍用阳极篮、钴用阳极篮的数量来改变有效阳极面积，但该方法必须在生产过程中中断电源，而中断电源会造成镀层间结合力差，影响产品质量。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1）极大降低了电镀镍钴合金的生产成本。现有电镀镍钴工艺中阳极只用金属镍，由于阴极上进行镍和钴的按比例析出，沉积为镍钴镀层，电镀液中的镍的析出，与阳极镍溶解相平衡（在二者电流效率相同时），而电镀液中的钴离子浓度，由于只有析出，没有阳极溶解补充，其浓度不断下降。为了提高钴离子浓度，现有技术采用人工间断式添加氨基磺酸钴溶液的方法来稳定电镀液中的钴离子含量。而化学品氨基磺酸钴价格较高，与金属钴相比，以“金属吨”为计量单位，当前价格：金属钴为26万元/吨，而采用氨基磺酸钴（1金属吨=9吨氨基磺酸钴），液体氨基磺酸钴10万元/吨，所以，含钴1吨的氨基磺酸钴价格=9×10万=90万元。也就是说，向电镀液中补充1吨钴离子，利用本发明所提供的技术方案成本为26万元，而现有技术成本为90万元。本发明大幅度降低了电镀镍钴合金企业的生产成本。

2）提升了电镀镍钴镀层质量。采用本发明的遮挡板调节型可控双阳极镍钴合金电镀技术，使电镀液中镍钴离子含量相对稳定，比现有技术（人工间断式添加氨基磺酸钴）工艺稳定性提高，镀层中钴含量不再是波动状态，产品质量得以提升。

3）减少了环境污染。以金属钴代替化学品（氨基磺酸钴），从上游产业上减少了环境污染。同时，不再产生过量电镀液，因为现有技术中电镀企业不断添加液体氨基磺酸钴（按照标准，氨基磺酸钴产品为溶液状态，含钴量为11%左右），其后果是电镀液体积不断增加，为此，不得不取出一部分镀液，这部份多余镀液极易造成二次污染。

4）本发明的镍、钴双阳极的钴溶解速度为可调节型，在镍钴阳极的电路中串有各自的电流表，根据镀液中镍钴离子含量比的要求，调节遮挡板改变钴阳极暴露于电镀液中的有效可溶面积，可升高或降低钴阳极电路中的电流大小，调节其溶解速度，从而达到控制镀层中镍钴含量，操作简便快捷。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中阳极极杠的结构示意图。

图3为本发明电镀装置实施例一的结构示意图。

图4为本发明电镀装置实施例二的结构示意图。

图中，1、电镀槽，2、直流电源，3、阴极件，4、阳极极杠，41、绝缘棒，42、钴阳极用铜管，43、镍阳极用铜管，44、绝缘环，5、镍用阳极篮，6、钴用阳极篮，61、固定框，62、网，63、遮挡板，64、轨道，65、定位卡，66、挂钩，67、遮挡盒，68、开口，7、镍阳极电流表，8、钴阳极电流表。

具体实施方式

图1中，本发明的电镀镍钴合金工艺包括如下步骤：

1）在电镀槽内，设置阴极件3——待镀铜板，将待镀铜板与直流电源2的负极相连。

2）电镀槽的另一侧，即阴极相对的一侧，设置阳极极杠4。阳极极杠4包括绝缘棒41、套装于绝缘棒41的两根钴阳极用铜管42、一根镍阳极用铜管43；镍阳极用铜管43位于两钴阳极用铜管42之间，钴阳极用铜管42、镍阳极用铜管43经绝缘环44隔开。

镍阳极用铜管43与镍阳极电流表7相连，镍阳极电流表7用于显示镍阳极通过的总电流；镍阳极电流表7与直流电源2正极相连，五个镍用阳极篮5挂于镍阳极用铜管43上。镍用阳极篮5内装有金属镍（镍饼）。

两钴阳极用铜管42分别与钴阳极电流表8相连，钴阳极电流表8用于显示钴阳极通过的总电流；钴阳极电流表8与直流电源2正极相连；各钴阳极用铜管42上挂有一钴用阳极篮6。钴用阳极篮6内装有金属钴（钴饼）。

其中，钴用阳极篮与镍用阳极篮为并联。

3）施镀时，根据工艺要求，计算出阴极表面通过的电流，设置直流电源2。

阳极电流等于阴极电流。

阳极电流=钴阳极总电流+镍阳极总电流。

镍和钴的溶解速度或溶解量（在一定时间内）与它们通过的电流成正比（因为两者的电化学当量十分接近，镍的电化学当量为1.096，钴的电化学当量为1.099，所以其溶解速度只与其通过的电流相关）。

4）根据镀层中镍钴含量设计（即含钴量和含镍量，二者之和为100%，实际生产中只简称含钴量为百分之几），调节钴阳极遮挡板位置，以改变钴阳极暴露于电镀液中的有效面积，有效面积越大，其溶解速度越大，反之亦然。在调节遮挡板位置改变钴阳极暴露于电镀液中的有效面积时，通过钴阳极的电流随之变化（有效面积越大，钴阳极电流表的数值越大，有效面积越小，钴阳极电流表的数值越小），使电流表1和电流表2的数值比匹配镀层设计要求中的镍钴比。

例如，要求镀层中钴含量为10%，即镍钴比为90:10=9:1。

根据这个比值，调节遮挡板的位置，增大或减小钴阳极电流表的数值，使镍阳极电流表7和钴阳极电流表8两者读数的数值比等于9:1，此时将遮挡板固定即可。

实际生产中，把这一比值控制在相近的范围内即可，这样，镍钴溶剂量与阴极上沉积出的量相近，即可达到工艺要求的目的。当工艺要求发生变化时，即镀层中对镍钴比提示另一要求值时，即可按上述计算方法进行调节。

图2中，阳极极杠4包括绝缘棒41、套装于绝缘棒41的两根钴阳极用铜管42、一根镍阳极用铜管43；镍阳极用铜管43位于两钴阳极用铜管42之间，钴阳极用铜管42、镍阳极用铜管43经绝缘环44隔开，避免钴阳极用铜管42与镍阳极用铜管43相接触，以便准确地把通过钴阳极的电流与通过镍阳极的电流分开由钴阳极电流表8和镍阳极电流表7分别计量显示。

图3中，钴用阳极篮6包括固定框61、一个以上装于固定框61上的网62。固定框61上设有用于在使用时挂于钴阳极用铜管的挂钩。此为现有技术中常见阳极篮结构。

电镀装置实施例一中，钴用阳极篮6上设有轨道64。遮挡板63插装于轨道64内并能沿轨道上下滑动，用于遮挡钴用阳极篮上网状部位以调整钴阳极暴露于电镀液中的（有效可溶）面积。轨道64上设有用于固定遮挡板63位置的定位卡65。

图4中，电镀装置实施例二中，一个或多个钴用阳极篮6置于遮挡盒67内；遮挡盒67上与钴用阳极篮6网状部位对应处设有开口68，各开口68设有用于打开/关闭该开口68的遮挡板63。遮挡盒67上设有用于固定遮挡板63位置的定位卡65。

Claims (10)

1.一种可实时调节镍钴含量的电镀镍钴合金工艺，其特征在于：

包括电镀装置；所述电镀装置包括设置于电镀槽内的阴极件（3）、镍用阳极篮（5）、钴用阳极篮（6）；镍用阳极篮（5）内装有金属镍；钴用阳极篮（6）内装有金属钴；

所述阴极件（3）直接或间接与直流电源（2）负极相连；

所述镍用阳极篮（5）直接或间接与所述直流电源（2）正极相连；所述钴用阳极篮（6）直接或间接与所述直流电源（2）正极相连；所述钴用阳极篮（6）与所述镍用阳极篮（5）并联；

镍用阳极篮（5）与直流电源（2）之间设有镍阳极电流表（7）；

钴用阳极篮（6）与直流电源（2）之间设有钴阳极电流表（8）；

还包括直接或间接活动连接于钴用阳极篮（6）上、用于遮挡钴用阳极篮上网状部位以调整钴阳极暴露于电镀液中的面积的遮挡板（63）；

所述遮挡板（63）由绝缘材料制成；

所述工艺包括如下步骤：

1）配制电镀液，将所述电镀液加入电镀槽中；

2）加入阴离子型表面活性剂，并将经过表面处理的阴极件（3）、镍用阳极篮（5）、钴用阳极篮（6）放入所述电镀槽中；

3）电镀前根据镀层所需镍钴含量计算出阴极件（3）通过的电流设置直流电源（2）；

4）根据镀层中所需镍钴含量之比，调节遮挡板（63），同时观察镍阳极电流表（7）与钴阳极电流表（8）的读数，当镍阳极电流表（7）与钴阳极电流表（8）的电流比与镀层中所需镍钴含量之比相等时固定遮挡板（63），进行电镀；

5）电镀过程中，当需要调节镀层镍钴含量时，结合镍阳极电流表（7）、钴阳极电流表（8）的读数及两者的比值，调节遮挡板（63）改变钴阳极暴露于电镀液中的面积，进而控制镍阳极、钴阳极溶解速度，调节电镀液中的镍、钴浓度，从而实现电镀过程中镀层镍钴含量的实时调节；

当需要提高镀层中钴含量时，结合镍阳极电流表（7）、钴阳极电流表（8）的读数及两者的比值，打开遮挡板（63）增大钴阳极暴露于电镀液中的面积，当镍阳极电流表（7）与钴阳极电流表（8）的电流比与镀层中所需镍钴含量之比相等时固定遮挡板（63）；

当需要降低镀层中钴含量时，结合镍阳极电流表（7）、钴阳极电流表（8）的读数及两者的比值，关闭遮挡板（63）减小钴阳极暴露于电镀液中的面积，当镍阳极电流表（7）与钴阳极电流表（8）的电流比与镀层中所需镍钴含量之比相等时固定遮挡板（63）。

2.根据权利要求1所述的可实时调节镍钴含量的电镀镍钴合金工艺，其特征在于：所述遮挡板（63）经设置于钴用阳极篮（6）上的轨道（64）与钴用阳极篮（6）活动连接；还包括用于固定遮挡板（63）位置的定位卡（65）。

3.根据权利要求1所述的可实时调节镍钴含量的电镀镍钴合金工艺，其特征在于：还包括一遮挡盒（67）；一个或多个钴用阳极篮（6）置于遮挡盒（67）内；遮挡盒（67）上与钴用阳极篮（6）网状部位对应处设有开口，遮挡板（63）设置于开口处用于打开/关闭该开口；遮挡盒（67）上设有用于固定遮挡板（63）位置的定位卡（65）；所述遮挡盒（67）由绝缘材料制成。

4.根据权利要求1所述的可实时调节镍钴含量的电镀镍钴合金工艺，其特征在于：所述钴用阳极篮（6）包括固定框（61）、一个以上装于固定框（61）上的网（62）。

5.一种镍钴合金电镀装置，其特征在于：包括设置于电镀槽内的阴极件（3）、镍用阳极篮（5）、钴用阳极篮（6）；镍用阳极篮（5）内装有金属镍；钴用阳极篮（6）内装有金属钴；

所述阴极件（3）直接或间接与直流电源（2）负极相连；所述镍用阳极篮（5）直接或间接与所述直流电源（2）正极相连；所述钴用阳极篮（6）直接或间接与所述直流电源（2）正极相连；所述钴用阳极篮（6）与所述镍用阳极篮（5）并联；

镍用阳极篮（5）与直流电源（2）之间设有镍阳极电流表（7）；

钴用阳极篮（6）与直流电源（2）之间设有钴阳极电流表（8）；

还包括直接或间接活动连接于钴用阳极篮（6）上、用于遮挡钴用阳极篮上网状部位以调整钴阳极暴露于电镀液中的面积的遮挡板（63）；

所述遮挡板（63）由绝缘材料制成。

6.根据权利要求5所述的镍钴合金电镀装置，其特征在于：所述遮挡板（63）经设置于钴用阳极篮（6）上的轨道（64）与钴用阳极篮（6）活动连接；还包括用于固定遮挡板（63）位置的定位卡（65）。

7.根据权利要求5所述的镍钴合金电镀装置，其特征在于：还包括一遮挡盒（67）；一个或多个钴用阳极篮（6）置于遮挡盒（67）内；遮挡盒（67）上与钴用阳极篮（6）网状部位对应处设有开口，遮挡板（63）设置于开口处用于打开/关闭该开口；遮挡盒（67）上设有用于固定遮挡板（63）位置的定位卡（65）；所述遮挡盒（67）由绝缘材料制成。

8.一种用于电镀合金的阳极用装置，其特征在于：包括直接或间接活动连接于阳极篮上、用于遮挡阳极篮上网状部位以调整阳极暴露于电镀液中的面积的遮挡板（63）；所述遮挡板（63）由绝缘材料制成。

9.根据权利要求8所述的用于电镀合金的阳极用装置，其特征在于：所述遮挡板（63）经设置于阳极篮（6）上的轨道（64）与阳极篮（6）活动连接；还包括用于固定遮挡板（63）位置的定位卡（65）。

10.根据权利要求8所述的用于电镀合金的阳极用装置，其特征在于：还包括一遮挡盒（67）；一个或多个阳极篮置于遮挡盒（67）内；遮挡盒（67）上与阳极篮网状部位对应处设有开口，遮挡板（63）设置于开口处用于打开/关闭该开口；遮挡盒（67）上设有用于固定遮挡板（63）位置的定位卡（65）；所述遮挡盒（67）由绝缘材料制成。

Images