CN112575354A - 一种内管电镀致密层的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种内管电镀致密层的方法和装置，其中所述装置包括镀槽，待镀管件，阳极，其特征在于：还包括旋转轴、旋转支撑框架，夹套，待镀管件、阳极分别与外部电镀电源相连，旋转轴与外部驱动马达相连，旋转轴通过夹套与待镀管件固定连接，阳极通过旋转支撑框架与旋转轴相连，待镀管件置于镀槽液面之下。本发明的装置简单，镀层致密，耐腐蚀性较高。

Description

一种内管电镀致密层的方法和装置

技术领域

本发明涉及电镀领域，尤其是电镀装置设计制造领域，还特别涉及内管电镀的方法。

背景技术

管件电镀是电镀领域经常遇到的一个镀敷类型，尤其是管件内壁电镀往往很难形成均匀致密的电镀层。为此本司锐意研究了有关现有的管件电镀方法，如：CN201921362977.2实用新型公开了一种旋转靶绑定内管壁预处理的加工设备，包括机架，机架安装有倾斜平台，机架的一侧设置有液体收集箱，倾斜平台的中部设置有旋转固定部，旋转固定部包括外固定部和内旋转部，外固定部安装于倾斜平台，内旋转部滑动连接于外固定部内腔中，倾斜平台安装有电刷镀处理装置和固定支架，固定支架分别安装在倾斜平台的两端，电刷镀处理装置包括刷头、绝缘伸缩杆和刷镀滑轨，刷头滑动安装于刷镀滑轨，刷镀滑轨的两端分别安装于固定支架，绝缘伸缩杆的一端连接于刷头，绝缘伸缩杆的另一端连接于固定支架。该实用新型的加工设备提高电刷镀区域的电流密度和离子沉积速度，提高电刷镀层的致密性和电刷镀效率。然而该电镀设备为电刷镀，设置较为复杂。

CN201020695586.5实用新型还涉及一种油压缓冲器内管，具体为在油压缓冲器内管镀金属膜。由于采用镀覆技术替代传统的热处理工艺，较易控制表面镀层厚度及硬度可达到热处理硬度之要求范围；亦可避免内管因热处理变形所造成的尺寸不稳定，镀金属层前后内管内壁圆柱度变化量明显小于热处理前后内管内壁之圆柱度变化量，使内孔与活塞配合尺寸更易于控制，所以能确保缓冲器的质量一致性。

CN201922424031.0实用新型又涉及一种用于给半封闭式容器内壁镀铂的阳极装置，包括：圆柱形钛网，所述圆柱形钛网的底部焊接有圆形钛网板；所述圆柱形钛网的内壁焊接有两块钛板条，且两块钛板条相互垂直；所述圆柱形钛网的顶部焊接有钛扁条，所述圆柱形钛网的上方设有用于固定整个阳极装置的支撑扁条。根据描述该装置，圆柱形钛网的尺寸能够根据待镀的半封闭式容器的内径进行调整；以圆柱形钛网为基材，可耐酸腐蚀，适应多种电镀环境，对电解液的适应性范围广；圆柱形钛网的设计，使得整个阳极装置均匀分布在待镀的半封闭式容器内壁的四周，使得阴极表面电场分布均匀，有利于镀层的均匀性，整个装置，设计简单合理，镀层厚度均匀，外观形貌良好。然而上述钛网的使用使得阳极造型复杂。

PCT/CA94/00632则公开了一种通过就地采用一种含有一电极(25)的电极头用于维修金属管，例如热交换器管的损坏段的方法。该电极头通过管子(13)可移动到被损坏的部位并在适当位置上被密封，由此产生一电化室。电解液从一容器(34)流过该室，使用一脉冲直流电流和10-60％的负载循环率将一金属结构层电镀到管子上。这种形成的金属层具有一种超细颗粒尺寸，最好采用具有高孪晶的微晶结构，从而给予电镀层良好的机械性能。然而根据其图1-8的描述，该装置极其复杂。

日本发明专利申请号JP2008291985A公开了内管电镀方法，在电镀液的状态下插入电极线12，其中防止细管10与内壁10a接触的非导电构件14固定到外周面上，插入细管10中在细管10的内壁和电极线12之间的间隙中填充电极线12，电极线12向细管10的管轴方向往复移动，并且电镀液交替地流到细管10的管轴方向。然后，以电极线12作为正电极，将细管10作为负电极，使直流电流流动，从而在薄壁的内壁10a上形成电镀膜。

日本发明专利申请号JP2005381048A还公开了一种电镀具有小型化直径的窄管内壁的方法和一种复合电镀方法，其中分散有不溶性超细颗粒，超分散金刚石(UDD)等。具体大致如下，首先，在用电工胶带涂覆长度为100mm的铜毛细管端部的外壁之后，内径为2mm，外径为3mm，并通过预处理内壁进行电镀。预处理采用碳酸钠10g，偏磷酸钠5g，二氢钾水溶液5g混合，同时缠绕在用磷酸的棉线上，抛光铜毛细管内壁，水洗，10％盐酸处理，先后进行洗涤。然后，用预处理后的铜毛细管内壁用洗涤水润湿，在其图4a一个示意图所示的实验装置中进行电镀。制备电镀液，硫酸镍240g/L，氯化镍45g/L，硼酸30g/L等组分。氢氧化镍，作为蒸馏水中的pH调节剂。电镀条件为，pH4.25，电镀浴温度为52～54℃，电流密度为2A/dm2，电镀时间为60min，电镀液流速为200cm/min，正极为镍板。电镀溶液的流动装置仅在循环泵上进行。电镀完成后，将铜毛细管内壁清洗干净，通过垂直切割铜毛细管观察显微镜内壁表面。在实施例和比较例之间比较结果，但在实施方案中显示出清洁镍的金属色，整体上薄而不均匀但在比较例中显示出毛细管下端的金属色微镍，显示出镍的金属色。然而整体上，其阴阳极的配置，电流密度不能够实现均匀。

发明内容

鉴于现有技术已经或多或少的对管件内壁进行了镀敷研究，也基本考虑到了镀层的均匀性，但是镀层均匀性有待提高，本发明更加的是实现致密性，同时能够实现基本的电镀效果。并提供一种电镀装置和为此致密性提出的一种电镀方法。

本发明的第一个实施方面在于提供一种内管电镀致密层的装置，包括镀槽1，待镀管件2，阳极3，其特征在于：还包括旋转轴4、旋转支撑框架5，夹套6，待镀管件1、阳极3分别与外部电镀电源相连，旋转轴4与外部驱动马达相连，旋转轴4通过夹套6与待镀管件2固定连接，阳极3通过旋转支撑框架5与旋转轴4相连，待镀管件置于镀槽1液面7之下。

作为优选管件2上端切线水平面与液面7的距离H在10cm以上，优选15cm以上，或20cm以上，优选更大；和/或管件2下端切线水平面与镀槽底部的距离在不小于10cm。

本发明的另一个实施方面在于提供所述的电镀装置的使用方法，其特征在于将待镀管件等各部件连接好后，置于镀槽1中，然后加注电镀液，使得管件2没于液面7之下，先开启外部驱动马达驱动旋转轴4转动，旋转轴带动管件2以及通过框架带动阳极3同步转动，然后开启电镀电源进行电镀即可。

本发明的第三个方面在于提供一种内管电镀致密层的方法，采用前述的电镀装置，采用如下步骤：

1)将电镀装置装配好；

2)加注电解液；

3)启动外部驱动马达，旋转轴转速设置为第一转速进行旋转，使转速稳定；

4)启动电镀电源开始电镀，电镀时间为T1；

5)切断外部电镀电源，旋转轴转速设置为第二转速进行旋转，旋转时间为T2后以第一转速继续进行旋转，

6)重复步骤4)、5)直至获得规定厚度的致密电镀层。

作为进一步的改进措施，第一转速小于第二转速，优选第一转速为低速旋转，第二转速为高速旋转。特别是第一转速设定为20-40r/min，第二转速为120r/min以上。

作为时间的设定优选为T1为1-3min，T2为30s-1min。

电镀液示例性的可以为任何需要镀件的电镀液，本发明采用的电镀液：H2SO4(15～25％)，CuSO4·5H2O(20～30％)的溶液。相应的电镀条件为：温度为20至30℃、电流密度为3-10A/dm2。

为优化镀层性能，作为优选，镀完后，在55-75℃下热处理1-3h。

有益效果及发明详细说明

1、提供了一种新的简单的电镀管件内壁的装置，就装置本身而言，内置阳极能够形成更好的电流密度均匀性，从而提高了镀层的均匀；就阳极内置于管件本身而言，现有技术已或多或少也有采取的；本发明进一步的装置设计特色还在于阴极是旋转阴极，而且阳极和阴极是同步旋转，既能实现电镀液的循环流动，保证管中的电镀液的离子平衡，而无需外置搅拌装置；又不妨碍阳极和阴极的相对位置固定，现有技术未曾提出过类似位置的且同时还能实现搅拌一体化的电镀均匀装置。

2、作为阴阳极的供电方式不是本发明刻意追求的，只要能够实现管件和阳极连接的任何供电方式即可，本领域技术人员可以简单或复杂的采取即可，只要不妨碍旋转即可，所有这些公知的或稍加思考即可得知的方式都可以用来供电以提供电流进行镀敷。

3、作为进一步阐述发明内容，本发明的电镀方法尤其特别，在此作更加详细的说明，在电镀前，以一低速搅拌能够使得电镀液达到稳定流动状态，同时该低速搅拌下电镀，能够不影响电镀层的生成，因此确定本发明的低速搅拌第一转速为20-40min；同时在电镀过程中不可避免的会在内壁形成气泡附着，时间越长，气泡对镀层的影响质量越大，因此本发明的电镀过程为先电镀一段时间T1，所述T1为尽量防止较大气泡的聚集，甚至气泡生成量较小；在上述T1时间内尽管相对于现有技术能够极大的避免气泡的大量聚集或变大，但是仍然不可避免会形成些许小的气泡，为防止其聚集，然后停止电镀后，以第二转速高转速搅拌，能够快速清除附着的气泡，同时进一步加速了电镀液的管内循环流动，实现离子平衡；另外快速旋转还能够使得疏松的电镀颗粒脱落，进一步加强了电镀层的致密度和结合力。具体参数的设置见具体实施方式部分记载和描述对比。

4、管件在镀槽中的设置位置需要合理，在考虑到高速旋转时，不宜使得管件漏出液面，否则转速低落后，管件没入的瞬间会使得空气部分滞留在管件中，尽管大部分空气仍然逸出，不可避免的具有乃至肉眼发现不了的微细的附着，都严重影响管件镀层的致密度和均匀性。因此设置管件最上端切线水平面高度在第二转速旋转时，仍然没于液面7之下，因此配合本发明的转速，其高度如前述发明内容部分所描述的那样对H进行限定。而下端面不要过分靠近电镀槽低端，否则可能会造成部分沉积颗粒或电镀杂质的影响，一般如上转速设置为10cm以上即可。

附图说明

图1是本发明电镀装置的示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种内管电镀致密层的装置，包括镀槽1，待镀管件2，阳极3，还包括旋转轴4、旋转支撑框架5，夹套6，待镀管件1、阳极3分别与外部电镀电源(图中未示出)相连，旋转轴4与外部驱动马达(图中未示出)相连，旋转轴4通过夹套6与待镀管件2固定连接，阳极3通过旋转支撑框架5与旋转轴4相连，待镀管件置于镀槽1液面7之下，管件2上端切线水平面与液面7的距离H为15cm；管件2下端切线水平面与镀槽底部的距离为15cm。

使用时，将待镀管件等各部件连接好后，置于镀槽1中，然后加注电镀液，使得管件2没于液面7之下，先开启外部驱动马达驱动旋转轴4转动，旋转轴带动管件2以及通过框架带动阳极3同步转动，然后开启电镀电源进行电镀即可。具体电镀时的详细操作工艺如下：

1)将电镀装置装配好；

2)加注电解液；

3)启动外部驱动马达，旋转轴转速设置为第一转速20r/min进行旋转；

4)转速稳定后，启动电镀电源开始电镀，电镀时间为T1＝1min，电镀液为电镀液：H2SO4 25％，CuSO4·5H2O 30％的溶液，温度为24℃、电流密度为5A/dm2；

5)切断外部电镀电源，旋转轴转速设置为第二转速200r/min进行旋转，旋转时间为T2＝30s后以第一转速继续进行旋转，

6)重复步骤4)、5)12次，获得规定厚度的致密电镀层；

7)镀完后，在55℃下热处理3h。

实施例2-3、对比例参数参见表1设置。其余同实施例1。

表1

其中对比例1为不采用如此旋转装置的电镀装置，阳极仍然为内置配置，其效果最差。

由对比例2可以看出，调低第二转速，第二转速80r/min时不如实施例1效果，可能旋转速度不足以使得气泡脱离和/或疏松颗粒的掉落，有可能导致耐腐蚀性降低。

由实施例3和对比例3可以看出，T1电镀时间过长将导致腐蚀性降低，可能与其逐渐附着的气泡存在关系，导致镀层不够致密，不如实施例3效果。

Claims (10)

1.一种内管电镀致密层的装置，包括镀槽1，待镀管件2，阳极3，其特征在于：还包括旋转轴4、旋转支撑框架5，夹套6，待镀管件1、阳极3分别与外部电镀电源相连，旋转轴4与外部驱动马达相连，旋转轴4通过夹套6与待镀管件2固定连接，阳极3通过旋转支撑框架5与旋转轴4相连，待镀管件置于镀槽1液面7之下。

2.如权利要求1所述的一种内管电镀致密层的装置，其特征在于管件2上端切线水平面与液面7的距离H在10cm以上，优选15cm以上，或20cm以上，优选更大；和/或管件2下端切线水平面与镀槽底部的距离不小于10cm。

3.一种如权利要求1所述的装置的使用方法，其特征在于将待镀管件等各部件连接好后，置于镀槽1中，然后加注电镀液，使得管件2没于液面7之下，先开启外部驱动马达驱动旋转轴4转动，旋转轴带动管件2以及通过框架带动阳极3同步转动，然后开启电镀电源进行电镀即可。

4.一种内管电镀致密层的方法，其特征在于采用权利要求1或2所述的装置，采用如下步骤：

1)将权利要求1或2的电镀装置装配好；

2)加注电解液；

3)启动外部驱动马达，旋转轴转速设置为第一转速进行旋转，使转速稳定；

4)启动电镀电源开始电镀，电镀时间为T1；

5)切断外部电镀电源，旋转轴转速设置为第二转速进行旋转，旋转时间为T2后以第一转速继续进行旋转，

6)重复步骤4)、5)直至获得规定厚度的致密电镀层。

5.根据权利要求4所述的一种内管电镀致密层的方法，其特征在于第一转速小于第二转速，优选第一转速为低速旋转，第二转速为高速旋转。

6.根据权利要求4所述的一种内管电镀致密层的方法，其特征在于第一转速为20-40r/min，第二转速为120r/min以上。

7.根据权利要求4所述的一种内管电镀致密层的方法，其特征在于T1为1-3min，T2为30s-1min。

8.根据权利要求1所述的一种内管电镀致密层的方法，其特征在于电镀液为：H2SO4(15～25％)，CuSO4·5H2O(20～30％)。

9.根据权利要求6所述的一种内管电镀致密层的方法，所述电镀条件为：温度为20-30℃、电流密度为3-10A/dm2。

10.根据权利要求6所述的一种内管电镀致密层的方法，其特征在于管件镀完后，在55-75℃下热处理1-3h。

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