本發(fā)明涉及一種結(jié)晶器銅板電鍍ni-co合金的方法，具體說是一種結(jié)晶器銅板鎳鈷合金鍍層鈷的梯度分布工藝及電鍍裝置。

背景技術(shù)：

在原有的電鍍方式中，最為常見的就是槽浸式電鍍，此電鍍方式將結(jié)晶器銅板整體浸入一個(gè)槽液中，按照千安小時(shí)的消耗量向槽液補(bǔ)充鈷離子，此種方式電鍍后整個(gè)結(jié)晶器銅板鍍層的厚度大致相同，鈷的分布在鍍層各個(gè)位置較為均勻。

槽浸式電鍍的缺陷與不足在于：

1、電鍍層結(jié)構(gòu)不合理。結(jié)晶器銅板整體設(shè)計(jì)帶有錐度，結(jié)晶器銅板在使用中要分上、下端并要求銅板上、下鍍層厚度不同，如：結(jié)晶器銅板上端要求厚度為0.3mm，結(jié)晶器銅板下端要求1.5mm。不同廠家的要求不同，但大致結(jié)構(gòu)如此。電鍍后的銅板鍍層要進(jìn)行機(jī)械加工，由于使用槽浸式電鍍的銅板整體厚度相同，為了滿足設(shè)計(jì)錐度后續(xù)對鍍層的加工量是非常大，浪費(fèi)了大量的材料，增加了產(chǎn)品的成本。

2、鈷的分布量不合理。電鍍過程中需要不斷的向鍍液中補(bǔ)加氨基磺酸鈷以提供鎳鈷合金鍍層中的鈷元素。按照鍍層中鈷的作用主要是起到增加鍍層在受熱條件下的耐磨性能，鈷含量變化引起鍍層硬度的變化，鍍層硬度的變化引起張應(yīng)力的變化。關(guān)系如下表所示：

表1：鍍液中鈷含量變化對鍍層中鈷含量、鍍層硬度、鍍層應(yīng)力的影響

在結(jié)晶器銅板電鍍過程中我們希望獲得的鍍層狀態(tài)是：初始電鍍的鎳鈷合金鍍層應(yīng)力要低，這樣鍍層與基體的結(jié)合力更好，這部分鍍層作為過度層。我們還希望上端0-100mm范圍內(nèi)的鍍層應(yīng)力低，因?yàn)榫嚯x上端0-100mm位置為澆鋼液面區(qū)溫度很高，如果鍍層應(yīng)力大容易受熱脫落；電鍍好過度層后我們希望鍍層鈷含量能夠升高，因?yàn)檫@部分為鋼廠拉鋼過程中的使用層，需要高的鈷含量與高的鍍層硬度，特別是銅板下端鍍層，因鋼水已經(jīng)完全結(jié)成鋼坯，為主要磨損位置；鍍層厚度達(dá)到設(shè)計(jì)厚度后我們需要多電鍍一段時(shí)間，因?yàn)榻Y(jié)晶器銅板面積很大電鍍中很難保證鍍層厚度完全的一致，需要有0.2-0.3mm的電鍍余量，這部分電鍍余量都需要機(jī)械加工去除屬于無用鍍層，希望這部分鈷含量越低越好可以減少電鍍材料的消耗與后續(xù)的加工成本。

可見槽浸式電鍍是很難實(shí)現(xiàn)銅板鍍層上端鈷含量低，下端鈷含量高；鍍層底層鈷含量低，中間層鈷含量高，機(jī)械加工層鈷含量又低這種結(jié)構(gòu)。槽浸式電鍍易得到上、下端鍍層厚度與鈷含量相同電鍍層，造成了很大的浪費(fèi)，鍍層結(jié)構(gòu)不合理易發(fā)生上口的鍍層脫落。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種結(jié)晶器銅板鎳鈷合金鍍層鈷的梯度分布工藝，通過控制結(jié)晶器銅板ni-co合金鍍層不同厚度上的鈷含量，從而在ni-co合金鍍層不同的厚度位置得到不同的硬度，以滿足使用需求。

本發(fā)明還提供了用于上述工藝的電鍍裝置。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：結(jié)晶器銅板鎳鈷合金鍍層鈷的梯度分布工藝包括：

1、鍍前分析鈷含量及其他鍍液成分，除鈷外對缺少的鍍液成分進(jìn)行補(bǔ)加；電流密度為3.2-3.4a/dm²，對結(jié)晶器銅板進(jìn)行除油、酸洗等前處理過程后，將結(jié)晶器銅板裝入子槽中，然后開啟進(jìn)液泵，將母槽中的鍍液充滿子槽，調(diào)節(jié)流量使子母槽之間的鍍液交換量平衡；

2、開始電鍍時(shí)不添加鈷鹽，不開啟補(bǔ)鈷安培小時(shí)計(jì)量泵；

3、電鍍10小時(shí)進(jìn)行第一次降液，取下一節(jié)長度為100mm回液管，實(shí)現(xiàn)液面下降100mm，這10小時(shí)不開啟補(bǔ)鈷安培小時(shí)計(jì)量泵，無需添加鈷，初始鍍液中鈷含量控制在3g/l，鍍層中的鈷含量在20％，此10小時(shí)的鍍層硬度低，應(yīng)力小可作為過渡層，降液后調(diào)整相應(yīng)的電鍍電流，并開始補(bǔ)加氨基磺酸鈷，用安培小時(shí)計(jì)量泵按照千安小時(shí)消耗量進(jìn)行補(bǔ)充；

4、電鍍至20小時(shí)第二次降液，在第一次降液的基礎(chǔ)上再取下一節(jié)長度為100mm回液管，使液面繼續(xù)下降100mm，液面降低后按照浸入鍍液中銅板的面積計(jì)算并調(diào)整電流。過程中補(bǔ)鈷安培小時(shí)計(jì)量泵正常開啟；

5、電鍍至30小時(shí)第三次降液，在第二次降液的基礎(chǔ)上取下一節(jié)長度為100mm的回液管，再次降液100mm，調(diào)整相應(yīng)的電流，補(bǔ)鈷安培小時(shí)計(jì)量泵正常開啟；

6、電鍍至40小時(shí)第四次降液，在第三次降液的基礎(chǔ)上最后一次取下一節(jié)長度為100mm回液管，降低液面100mm并調(diào)整相應(yīng)的電流，20-40小時(shí)過程中使用拔取回流管外套管的方法降低液面高度，實(shí)現(xiàn)鍍層的梯度過度，節(jié)省電鍍材料；

7、到達(dá)目標(biāo)厚度的電鍍時(shí)間還有24小時(shí)時(shí)，停止不鈷安培小時(shí)計(jì)量泵，10小時(shí)降液后到此時(shí)電鍍鍍液中鈷含量維持在6g/l以上，鍍層中的鈷含量在30％-35％，這部分的鍍層硬度最高，下端鍍層最厚與鋼廠使用磨損情況相匹配，使用壽命得到保證；

8、最后24小時(shí)持續(xù)消耗鈷，但不補(bǔ)加，電鍍24小時(shí)后機(jī)械加工層的鈷含量在15％，電鍍結(jié)束后關(guān)閉進(jìn)液泵，拔出回流管，使鍍液全部回流到母槽中，取出結(jié)晶器銅板，此時(shí)可以得到鍍層梯度分布，鈷含量也是梯度分布的鍍層結(jié)構(gòu)；

9、最后得到的結(jié)晶器銅板鍍層結(jié)構(gòu)與各部分鈷含量在鍍層中的梯度分布為：

結(jié)晶器銅板鍍層厚度0-0.3mm部分鈷含量在20％；

結(jié)晶器銅板鍍層厚度0.3-2.0mm部分鈷含量在30-35％；

結(jié)晶器銅板鍍層厚度2-2.5mm部分為機(jī)械加工層，電鍍結(jié)束前24小時(shí)停止補(bǔ)加鈷鹽，鍍層中鈷含量在15％。

本發(fā)明中，所述的電鍍裝置，包括一套子母槽，母槽體積為子槽的兩倍，在所述子槽內(nèi)設(shè)有組合的回液管，該回液管一端通過回流管與母槽連通，該母槽通過進(jìn)液管及安裝的進(jìn)液泵與子槽連通，還包括具有一個(gè)用于補(bǔ)鈷的安倍小時(shí)計(jì)量泵，該補(bǔ)鈷的安倍小時(shí)計(jì)量泵的出口端對應(yīng)于子槽。電鍍時(shí)將結(jié)晶器銅板作為陰極，裝滿鎳扣鈦籃作陰極放到子槽的電鍍液中進(jìn)行結(jié)晶器銅板鈷含量層電鍍。子母槽用于完成鍍液的循環(huán)流動(dòng)，加熱、過濾、調(diào)整和配制鍍液在母槽中完成，保證子槽中鍍液的參數(shù)會(huì)比較穩(wěn)定，電鍍過程中通過進(jìn)液泵和回流管實(shí)現(xiàn)子母槽中鍍液的循環(huán)流動(dòng)性。

上述中，所述子槽中安裝回液管為多節(jié)″竹子狀″的結(jié)構(gòu)套管，每一節(jié)回液管的長度為100mm，結(jié)晶器銅板在電鍍中固定不動(dòng)，通過調(diào)節(jié)回液管的高度，控制鍍液液面的高度，從而起到了控制電鍍層厚度的目的。

上述中所提及的鍍液為常規(guī)的電鍍鎳鈷合金配方，包括氨基磺酸鎳、氨基磺酸鈷、氯化鎳、硼酸。

上述中所指的電鍍過程中使用安培小時(shí)計(jì)量泵，按照千安小時(shí)消耗量加入鈷鹽，設(shè)備自動(dòng)添加的好處在于均勻且準(zhǔn)確。電鍍過程中通過調(diào)控安培小時(shí)計(jì)量泵的開關(guān)，來控制鈷在鍍層中的分布。

本發(fā)明的有益效果是，可實(shí)現(xiàn)鈷元素在結(jié)晶器銅板鎳鈷合金鍍層中的梯度分布，較全部浸入鍍液的電鍍方式具有多個(gè)優(yōu)勢，1、是解決了銅板上端液面區(qū)脫落問題，2、是時(shí)鈷分布更加合理增加了鍍層與基體的結(jié)合力。3、是節(jié)約了電鍍與機(jī)械加工的成本。另外，在子槽中安裝可以調(diào)節(jié)液面高度的回流管，在電鍍過程中對子槽進(jìn)行降液，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在降液過程中對鈷鹽在不同時(shí)間的補(bǔ)加進(jìn)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)鈷在鍍層中的梯度分布。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電鍍裝置示意圖；

圖2是圖1中的回液管結(jié)構(gòu)視圖；

圖3是結(jié)晶器銅板鍍層中鈷含量梯度分布示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明。

見圖1至圖2所示，電鍍裝置包括子槽1和母槽8，在所述子槽1內(nèi)設(shè)有回液管3，該回液管3一端通過回流管7與母槽9連通，母槽9通過進(jìn)液管6及安裝其上的進(jìn)液泵8與子槽1連通；還包括具有一用于補(bǔ)鈷的安倍小時(shí)計(jì)量泵5，該安倍小時(shí)計(jì)量泵5的出口端對應(yīng)于子槽1。電鍍時(shí)將結(jié)晶器銅板4作為陰極，裝滿鎳扣鈦籃2作陰極放到子槽1的電鍍液中進(jìn)行結(jié)晶器銅板鈷含量層電鍍。本實(shí)施例中，所述子母槽，要求母槽9的體積為子槽1的兩倍，可以滿足鍍液的循環(huán)流動(dòng)，在鍍液流動(dòng)過程中鍍液溫度也不會(huì)大幅度變化。上述中的回液管3，呈多節(jié)″竹子狀″組合結(jié)構(gòu)的套管，每一節(jié)回液管3的長度為100mm。結(jié)晶器銅板4在電鍍中固定不動(dòng)，通過調(diào)節(jié)回液管3的高度，控制鍍液液面的高度電鍍層厚度。電鍍過程中使用安培小時(shí)計(jì)量泵5，按照千安小時(shí)消耗量加入鈷鹽，通過自動(dòng)添加的好處在于均勻且準(zhǔn)確。

本發(fā)明的結(jié)晶器銅板鎳鈷合金鍍層鈷的梯度分布工藝方法為：

1、鍍前分析鈷含量及其他鍍液成分，除鈷外對缺少的鍍液成分進(jìn)行補(bǔ)加；電流密度為3.2-3.4a/dm²，對銅板進(jìn)行除油、酸洗等前處理過程后，將結(jié)晶器銅板裝入子槽中，然后開啟進(jìn)液泵，將母槽中的鍍液注滿子槽，調(diào)節(jié)流量使子母槽之間鍍液交換量平衡；

2、開始電鍍時(shí)不添加鈷鹽，不開啟補(bǔ)鈷安培小時(shí)計(jì)量泵；

3、電鍍10小時(shí)進(jìn)行第一次降液，取下一節(jié)長度為100mm回液管，實(shí)現(xiàn)液面下降100mm，這10小時(shí)不開啟補(bǔ)鈷安培小時(shí)計(jì)量泵，無需添加鈷，初始鍍液中鈷含量控制在3g/l，鍍層中的鈷含量在20％，此10小時(shí)的鍍層硬度低，應(yīng)力小可作為過渡層，降液后調(diào)整相應(yīng)的電鍍電流，并開始補(bǔ)加氨基磺酸鈷，用安培小時(shí)計(jì)量泵按照千安小時(shí)消耗量進(jìn)行補(bǔ)充；

4、電鍍至20小時(shí)第二次降液，在第一次降液的基礎(chǔ)上再取下一節(jié)長度為100mm回液管，使液面繼續(xù)下降100mm，液面降低后按照浸入鍍液中銅板的面積計(jì)算并調(diào)整電流。過程中補(bǔ)鈷安培小時(shí)計(jì)量泵正常開啟；

5、電鍍至30小時(shí)第三次降液，在第二次降液的基礎(chǔ)上取下一節(jié)長度為100mm回液管，再次降液100mm，調(diào)整相應(yīng)的電流，補(bǔ)鈷安培小時(shí)計(jì)量泵正常開啟；

6、電鍍至40小時(shí)第四次降液，在第三次降液的基礎(chǔ)上最后一次取下一節(jié)長度為100mm回液管，降低液面100mm并調(diào)整相應(yīng)的電流，20-40小時(shí)過程中使用拔取回流管外套管的方法降低液面高度，實(shí)現(xiàn)鍍層的梯度過度，節(jié)省電鍍材料；

7、到達(dá)目標(biāo)厚度的電鍍時(shí)間還有24小時(shí)時(shí)，停止不鈷安培小時(shí)計(jì)量泵，10小時(shí)降液后到此時(shí)電鍍鍍液中鈷含量維持在6g/l以上，鍍層中的鈷含量在30％-35％，這部分的鍍層硬度最高，下端鍍層最厚與鋼廠使用磨損情況相匹配，使用壽命得到保證。

8、最后24小時(shí)持續(xù)消耗鈷，但不補(bǔ)加，電鍍24小時(shí)后機(jī)械加工層的鈷含量在15％，電鍍結(jié)束后關(guān)閉進(jìn)液泵，拔出回流管，使鍍液全部回流到母槽中，取出結(jié)晶器銅板，此時(shí)可以得到鍍層梯度分布，鈷含量也是梯度分布的鍍層結(jié)構(gòu)；

9、最后得到的結(jié)晶器銅板鍍層結(jié)構(gòu)與各部分鈷含量在鍍層中的梯度分布為：

結(jié)晶器銅板鍍層厚度0-0.3mm部分鈷含量在20％；

結(jié)晶器銅板鍍層厚度0.3-2.0mm部分鈷含量在30-35％；

結(jié)晶器銅板鍍層厚度2-2.5mm部分為機(jī)械加工層，電鍍結(jié)束前24小時(shí)停止補(bǔ)加鈷鹽，鍍層中鈷含量在15％。

見圖3給出了鍍層中鈷含量梯度分布示意圖。實(shí)現(xiàn)了鈷在鍍層中的梯度分布：

1、銅板上端0-100mm鍍層厚度0-0.3mm部分的鈷含量在20％，硬度低且應(yīng)力小，可減少鍍層在高溫工作條件下鍍層脫落的可能，這部分鍍層稱為過渡層，有效解決了鋼廠連鑄過程中結(jié)晶器在鋼水液面區(qū)出現(xiàn)鍍層脫落的問題；

2、銅板鍍層厚度0.3-2.0mm部分的鈷含量在30-35％，并使銅板下端鍍層最厚達(dá)到2mm厚度，這部分鍍層鈷含量最高，鍍層硬度最大耐磨性能也最好。在連鑄過程中結(jié)晶器銅板下端鋼水已經(jīng)結(jié)成坯殼，是受力磨損最嚴(yán)重的區(qū)域，這樣的設(shè)計(jì)可以滿足鋼廠連鑄的需要。

3、鍍層2-2.5mm部分為機(jī)械加工層，電鍍結(jié)束前24小時(shí)停止補(bǔ)加鈷鹽，鍍層中鈷含量在15％左右，節(jié)省了電鍍材料，也降低了后續(xù)的機(jī)械加工難度。