电镀溶液的过滤、加热与冷却总论

1　电镀溶液的过滤

1•1　过滤的目的

1•1•1　延长使用寿命

对溶液实施过滤主要起净化溶液作用。当除油液中油污等杂质重时,除油效果变差,补充材料增加,所用液温提高。若不过滤,通常只能部分或全部更新除油液。为此,向荣老先生专门开发了一种除油液过滤机,通过过滤,不但可提高除油效果,而且能大大延长除油液的使用寿命。

化学镀是一种自催化还原工艺。当镀液中有细小固体微粒时,则成为催化还原中心,镀液中的本含量就不高的主盐金属离子,不是在工件上而是在这些微粒上很快还原而消耗掉,镀液会很快失效而报废。只有及时通过过滤去除这些微粒,才能保证或延长化学镀液的使用寿命。

1•1•2　减少镀液故障,提高镀层质量

即使在电镀溶液中处于悬浮状的固体微粒,通过扩散、对流、电泳等作用到达阴极表面与镀层共沉积或附着在镀层表面,也会出现不少故障,造成返工甚至工件报废。对光亮性电镀,轻则降低镀层光亮整平性,重则产品不合格。例如高染料型光亮酸铜液中的染料聚集物使镀层产生麻砂,酸铜液中Cu+重时生成Cu2O铜粉使镀层失光、起光慢、整平差;镀镍液中的Fe(OH)3使镀层产生针孔、麻点;镀层孔隙率高后,则防蚀性能大大下降,有时不得不加厚镀层,造成生产效率下降、成本上升;各种大的机械微粒则造成镀层毛刺、粗糙而必须返工。这些悬浮或粗大的任何机械杂质只有通过对镀液的认真过滤才能去除。

只有保持镀液高度清洁,才能减少故障、减少返工、提高质量、降低综合成本、提高市场竞争能力。

1•1•3　去除镀液杂质

镀液中难免会产生、积累各种有害的杂质。当其超过允许值,则带来各种故障。

去除杂质有几种情况:

(1)通过过滤直接去除各种机械杂质。

(2)通过转化形成的机械杂质,过滤后去除。

例如酸铜液中过多的Cl-与Cu+形成CuCl沉淀,镀镍或氯化物镀锌液中的Fe3+形成Fe(OH)3沉淀,HEDP镀铜液中的Fe2+形成Fe(OH)2沉淀等。直接过滤可去除这些杂质。碱性镀液中必然产生CO2-3,过多时有害。在氰化镀铜与锌酸盐镀锌液中,过多C02-3在液温低时,饱和结晶成固体Na2CO3•nH2O,过滤后可去除。

(3)可溶性杂质通过处理,以固体形态过滤去除。

这是很常用的处理杂质的方法。例如氯化钾镀锌中Fe2+通过氧化变为Fe3+,进而形成絮凝状Fe(OH)3沉淀,液中Cu2+、Pb2+杂质加入锌粉置换沉淀,氰化镀铜、HEDP镀铜、镀镍液中的很有害的Cr02-4通过加入保险粉(连二亚硫酸钠)还原为Cr3+进而生成Cr(OH)3沉淀;镀镍液中的Cu2+加入黄血盐形成沉淀,酸性亮锡液中Cu2+加入硫化钠形成沉淀,β-锡酸加入絮凝剂絮凝沉淀;镀液中可被活性炭吸附的有机杂质加入活性炭吸附后沉淀等。

1•2　过滤的形式

1•2•1　翻槽过滤

翻槽过滤是指用泵或手工舀,将溶液从原工作槽中过滤至其他干净槽中,将工作槽清洗干净后(对电镀则同时清洗阳极袋与阳极),再过滤(或直接)返回原工作槽,再补充调整工作液。翻槽过滤效果好,过滤较彻底。下述情况必须翻槽过滤:

(1)对镀液杂质处理产生大量固体沉淀时;

(2)连续过滤难以去除的,积于槽底或死角处的较多的沉淀物;

(3)氯化物镀锌除铁等,酸性光亮镀锡除四价锡化合物、Cu2+杂质等,对上部清液虹吸抽出后,为减少镀液损失而对泥脚手工再过滤;

(4)镀槽等工作槽内表面积沉物较多而需作清除处理时。

1•2•2　连续循环过滤

连续循环过滤的效率比翻槽过滤低,但不会造成停产。连续循环过滤是从工作槽一端近底部抽取溶液,经过滤机过滤返回槽的另一端。目的是保持工作液清洁。因过滤后的溶液与有些脏的溶液又相混合,固体杂质可逐渐减少,因而效率比翻槽过滤要低。

循环过滤的目的主要在于保持清洁,因而前提是溶液本身就较清洁,故应在翻槽过滤的基础上再实施循环过滤。若溶液本身已很脏且槽底有较多泥脚时,作循环过滤,反而会将泥脚翻起来,工作液更脏,甚至无法生产。

若过滤机实际流量太小,对固体杂质的去除速度小于生成速度,则循环过滤会失去意义。

当对镀液采用空气搅拌时,槽底若有泥脚,必然会被搅起,则必须采用连续循环过滤。

在对镀液作循环过滤若同时连续电解去除镀液中的易被小电流电解去除的金属杂质,则最为先进。此时,从镀槽溢流口溢流出的镀液先汇集于一小槽,从小槽抽取镀液进入过滤机过滤后再返回镀槽的另一端。在小槽上另设一小整流器及极板,以小JK连续电解处理杂质。采用连续滴加光亮剂时可加于小槽中,通过过滤机自然混合均匀。在锌酸盐镀锌时,镀槽中全部挂不溶性铁阳极,在小槽中放入0#锌作为溶锌槽而补充锌,比镀槽中混挂铁板与锌板效果更好。在镀铜-镍-铬工艺中,对亮镍液采用这种连续电解很易引入的铜杂质,比铜杂质过多时化学沉淀法处理或常加入除杂水之类效果要好得多。

1•3　过滤机的选择

1•3•1　过滤机的流量

过滤机的标称流量(t/h)是指过滤材料在完全无堵塞情况下的流过清水的最大流量。因为过滤机的实际流量是一个变数而无法标注;随着过滤材料上滤渣的不断积累,其阻力越来越大,机内压力越来越高(现代过滤机均设有压力表),实际流量则越来越小。因此实际流量总是低于标称流量的。循环过滤时,标称流量应为槽液体积的8-12倍。

1•3•2　过滤精度

过滤精度是指过滤机的过滤材料能够滤除固体微粒的最小粒径(μm)。实际精度也是一个变量:当滤芯(或滤布、滤纸等)上积聚滤渣越多时,其上部小的微孔被堵塞越多,过滤精度则会逐渐降低。影响实际过滤精度的因素有以下几种:

(1)过滤材料的影响。同一台过滤机,换用不同精度的过滤材料,过滤精度不一样。比如丙纶线缠绕蜂房式滤芯,其标称精度从0•2μm-20μm都有。换用不同的滤芯,则可改变过滤精度。

(2)过滤机的结构影响。有一段时间叠层式压板过滤机很流行,但使用后发现过滤精度非常差,根本达不到标称精度。浙江桐庐三达过滤机厂对该问题进行了许多研究。一开始怀疑滤布精度不够,换用进口优质滤布试验,还是不行。后来发现是压板问题;国产品是测绘进口品尺寸开模注塑成型PP材料压板,但国产PP材料注塑的压扳机械强度不够,中间压紧后四周稀缝,形成溶液部分呈直通状。最后只好修改模具,加厚压板以提高机械强度,精度才得以提高。

采用线绕式滤芯的,一开始是一组滤芯通过滤筒盖板压紧时同时压紧滤芯,但由于滤芯长度有误差和使用过程中的变形,造成一部分滤芯压紧了密封较好,尺寸稍短的则压不紧而有薄弱之处,未压紧之处阻力小,也造成滤液直通。现多改为单支滤芯分别用旋塞方式了。

(3)安装好坏的影响。有大颗粒机械杂质,则压不紧,若在安装滤芯时橡胶垫圈遗失或其上有大颗粒机械杂质,则压不紧,也造成阻力小的薄弱之处。所以在安装滤芯时应认真操作。

过滤精度的选择以溶液要求而定。其间有一矛盾:过滤精度越高,过滤越干净,但滤材堵塞越快,实际流量下降越快,滤芯清洗越频繁,清洗彻底越困难。化学镀液要求精度高,应在2μm以上,镀铜与镀镍5μm为好,镀锌液脏得快, 10μm-20μm即可,要求不太高,精度高时清洗过于频繁。

1•3•3　过滤机泵的选择

(1)磁力泵

过去对离心泵轴封材料用聚四氟乙烯,耐磨耗性不够。轴封处易漏液造成溶液损失,故改用无轴封的磁力泵,不会漏液。但使用后发现有几个问题:

①引入铁磁性物质造成泵内磨损很快,磁力泵内转子与定子之间的间隙本来就小,若引入铁磁性粉渣,则被泵内永磁铁牢牢吸住而形成磨料,很快将永磁铁外的注塑层磨穿而磁铁受腐。而电镀溶液中又难免有工件腐蚀,镍渣屑等形成铁磁性粉、屑,所以磁力泵使用寿命很短。

②磁力泵内磁铁的磁性会逐渐衰退(特别磁铁质量不良时),造成传动力矩减小,泵扬程与吸程下降,过滤机内压力减小。

所以,现在过滤机上已很少采用磁力泵,对镀银、镀金这类镀液很贵但槽液体积一般都不大的镀种,又不易引入铁磁性杂质者,仍宜采用标称功率不大的进口磁力泵的小型过滤机。虽价贵,但在总投入中所占比例仍很小。

(2)改进型离心泵

现过滤机多采用改进后的离心泵。其轴封材料改用了高硬度、高耐磨性、高平整性的碳化硅材料,比原用聚四氟乙烯材料好很多,正常使用几年,轴封处仍不漏液。

(3)自吸泵

自吸泵具有较强抽力,进液管中具有真空抽吸能力,但造价高,内部稍磨损间隙大时,则失去自吸能力,故实际上很少采用。

(4)液下泵

液下泵的叶轮直接浸在溶液中,开机即可使用。但泵轴太长时易变形损坏。将泵与过滤机一体化后即成为液下泵过滤机。但多为小型化的,否则置于槽上所占面积太大。轴短后,只能从中部抽液,底部脏液不易抽取。小体积槽液采用空气搅拌时可选用。

1•4　过滤机的安装与使用

1•4•1　安装高度

过滤机在安装时,过滤筒上部边沿必须高于槽液液面。否则在清洗滤芯打开滤筒盖后,溶液会因液位差而从筒上部溢出。大生产中出过这类问题。

1•4•2　试机

过滤机严禁空转,否则泵很快磨损。在安装好进出液管道严实后,应按使用说明书要求加够引水。对采用三相电动机的过滤机,在确定接好电源线无缺相时,灌注好引水后,先启动电机几十秒然后关机,仔细察看电机转向与机上标识的箭头旋转方向是否相符,若不相符,则应任意交换两根火线重接,使电机转向改变。转向不对,则过滤机流量会很小,机上表压不会上升或升高很少。

1•4•3　维护

(1)过滤机清洗

使用中应及时观察表压显示。若表压一直不升高,说明滤芯等未安装好,有薄弱漏液之处,应拆开重新安装好。当表压接近红线标识处时,说明滤芯已堵塞严重,实际流量已很小,应拆开取出滤芯清洗;若指针已达红线标识范围时,则必须清洗了。

清洗滤芯时应仔细、认真、反复洗干净。对氯化钾镀锌液及镀镍液,滤芯有时难于洗干净,黄色堵塞物过多(多为氢氧化铁沉淀),可于稀盐酸液中泡一段时间后进一步清洗。但对酸铜、光亮酸锡、镀铬等怕C1-的镀液,则严禁用盐酸浸泡,否则洗不尽(大生产中出现过工人对光亮酸铜液过滤机滤芯清洗用盐酸浸泡后造成镀液引入过多C1-难于处理而报废镀液的严重事故)。滤筒上沿应洗干净, O形密封圈上也应无异物。所有螺栓旋紧程度应适中,过松密封不良,过紧则易滑丝损坏。

(2)清洁与防腐

应养成爱护设备良好习惯。有些地方过滤机上灰尘很厚、盐类结晶很多也不作清洁处理。对轴等露出部分最好涂薄层黄油保护,不少地方锈蚀很严重了也不处理。用水冲洗时,水不能进入电机及电源开关盒内。最好及时擦洗而不要用水冲洗。

1•5　其他问题

1•5•1　管道固定

多数管道卡箍都是铁皮制件镀锌的,一是很易旋滑丝,二是耐腐性差(不锈钢在电镀车间也不耐腐)。故管道连接处最好另用粗铁丝扎紧。插入镀液的进出液夹钢丝管应设法在槽上拴牢固而不致掉出槽外。大生产中发生过多起不慎掉出,因虹吸作用而损失不少镀液的事故。

1•5•2　机内排液

亮镍液中因硼酸含量高,液冷后易结晶。单班制生产时,下班停机后最好将过滤机内积液趁热排出,以免硼酸在机内结晶堵死滤芯及在泵内结晶,使第二天开机时电机过荷而烧毁。大生产在镀光亮镍铁合金时就出过这类事故。最佳办法是在塑料槽底侧部焊设过滤机进液总阀、异径三通。三通上设一支排液阀,停机后关总阀、开排液阀,机内镀液经排液阀流入塑料盆中,返回镀槽。第二天工作前先关排液阀,再开进液总阀,过滤机则可自灌引液后开机作循环过滤。

1•5•3　底阀的取舍

一般过滤机均配有进液管底阀组件,起两个作用:一是避免大块杂物进入过滤泵内造成泵损坏,二是在灌注引水时底阀关闭,易对进液管内灌注引水、排除空气。不少人嫌其碍事或弃之不用。最好还是要用,特别在进液管道较长时。

1•6　难于机械过滤的镀液

1•6•1　含氟重的镀液

对于含氟重的镀铬液(不宜用含氟重的镀铬添加剂)、氟硼酸盐之类镀液,用过滤机连续过滤存在困难。原因是过滤机尽管多数制件都是塑料的,但泵轴材料却难找到耐氟化物的。磁力泵有用陶瓷轴的,但也不耐氟化物腐蚀。不锈钢甚至钛材都不耐氟化物腐蚀。全塑料轴的机械强度又不够。只有在解决了金属轴耐氟化物腐蚀的问题后,这类泵才可以长期使用。

1•6•2　化学镀液

在一个塑料电镀厂工作时,开始用的是化学沉铜工艺。为省成本,硫酸铜、酒石酸钾钠等都用工业级材料,化学镀铜液较脏,自催化还原报废快。曾试过用过滤机对室温化学镀铜液用连续循环过滤,但两天后,塑料管内、泵内都还原生成一厚层铜,不敢再用。

微酸性化学镀镍液对镀液清洁度要求很高,否则在细微沉淀上很快成为自催化还原中心而使镀液很快报废。道理上要用精度2μm过滤机作循环过滤为好。液温高达90℃,过滤机的耐高温性尚可解决,但滤芯上沉淀的滤渣照样成为催化还原中心,在滤芯上会沉积镍层,难于解决。现在所谓的化学镀镍专用过滤机无非是滤芯采用了耐浓硝酸腐蚀的材质,频繁取出滤芯后,水洗后用浓硝酸退除滤芯上沉积的化学镍层,再作认真清洗。在工作液温下直接过滤,从理论上讲是无法根本解决滤芯的镍沉积的。

笔者认为,高温化学镀镍液只能采用间歇式过滤:液温降低到70℃以下的不反应温度时,再对镀液翻槽认真过滤干净。若生产量大时,则应有两槽镀液轮换使用。这样作,加热能耗会大些。若只有一槽镀液,则只能间歇工作:认为液脏后,停止工作,用钛蛇形管通冷水快速冷却至70℃以下(设数显温控器),迅速翻槽过滤至有加热设施的另一个镀槽(也可大容量过滤机连续循环过滤一段时间),再迅速加热至工作液温继续生产。

2　电镀溶液的加热

2•1　蒸汽加热

蒸汽加热的优点是加热速度较快,对工作槽液体积较大时尤为适用。

对工作液加热,采用耐腐蚀易导热的金属管制成蛇形管,置于槽底或槽侧,从一端通入蒸汽,出气则可用于加热热水槽。也有作成排管式加热的,加热管置于槽底,加热较均匀,但不利于打捞掉件,故用槽侧加热方式的较多。

对烫水槽可直接冲入蒸汽加热,热效率高,但若不设消声装置,则噪声较大。对电镀液等工作液则不能用蒸汽直冲,否则一是引入杂质多,二是冷凝水造成溶液被稀释、体积不断加大。

烘干工件,也有用蒸汽管加热的蒸汽烘箱。使用高压锅炉,产生的高压蒸汽送入电镀车间时,宜用减压阀将汽压降至0•2MPa供汽,否则阀门、弯头、三通等易于损坏。

钢铁件碱性高温发蓝液不宜用蒸汽加热,否则一旦埋入液中的加热管道发生泄漏,则会引起发蓝溶液爆沸飞溅而出。易出伤人事故。蒸汽加热具有如下缺点:

(1)需烧蒸汽锅炉提供过热蒸汽。而烧锅炉又有不少问题,如:①需对锅炉用水作软化处理;②需具有操作上岗证的专门锅炉工进行操作;③锅炉系压力容器,每年需停炉清洗水垢,由劳动执法部门作例行年检,年检合格后才能继续使用:④锅炉多燃煤(有天然气的地方也有烧天然气的),对烟尘的治理要求越来越高,治理达标困难;⑤无论天然气和煤炭,价格上升很快,成本越来越高。在许多城市与城郊都已限制或禁止使用锅炉。

(2)实现自动控温困难。一方面,自动控温需采用质量优良、经久耐用的蒸汽电磁阀来控制蒸汽的供汽与停供;另一方面要不间断地提供蒸汽供应,间歇式烧锅炉无法实现自动控温。因此,除非地处偏僻之处的大型电镀厂或工业园区集中供热,已很少采用蒸汽加热。

2•2　循环热水加热

对加热温度要求不高的溶液,可用热水循环通过蛇形加热管来加热。有的个体户烧小型开水锅炉,将炉中水烧至80℃-90℃时,用管道泵将热水输送入加热管,出水再返回小锅炉。一段时间,烧柴油的“节能宝”获得应用,也是烧热水作循环加热;当柴油售价大幅上涨后,又淘汰了“节能宝”。用循环热水加热时,加热速度较慢。对高温烫洗用热水的加热,仍辅以电加热。

2•3　煤炉直接加热

有的乡镇企业为节省,对化学煮油槽与碱性高温发蓝槽直接烧煤或天然气对槽底直接加热。不存在烧锅炉的许多麻烦,也省钱。但烧煤同样存在烟尘治理问题。需要注意的是,应对槽底泥垢及时清理干净。曾有一厂,化学除油槽槽底泥垢太厚,传热不良,突然爆裂,造成化学除油液飞溅而出、操作工人遭到严重烫伤,治疗费就花了数万元。

2•4　电加热

由于蒸汽加热的诸多问题及限制,多数电镀厂都转为采用电加热了。电加热,对电镀厂是一种清洁能源,不会产生环境污染。

电加热的另一优点是易于实现对溶液的自动恒温控制。

电加热的缺点是加热速度较慢,电功率要求较大。例如对无保温层的溶液槽计算结果为: 1000L溶液,从30℃加热到55℃,若需1h要热起来,电功率应达69kW。采用电加热时务必注意:

(1)单班制生产时,务必采用恒温控制设施,不生产时恒温保温。若槽液停用已冷至室温,则晚上提前加热,恒温到工作液温时,上班即可工作,否则上班时现加热,会等很长时间才能生产。

(2)凡加温用工作槽都应设保温层。虽一次投资大,但长期节能效果明显,添加保温层的附加投入很快即可回收回来,否则会得不偿失。也不符合“节能减排”的政策要求。

不生产时或预加热时,槽口要用厚实塑料布将表面遮盖严实。有人肯动脑筋,晚上不生产时在塑料布上加盖一床棉被,预防热损失效果很明显,值得借鉴。

2•5　夹套槽间接加热

对于易腐蚀加热器的溶液(例如氟硼酸盐镀锡铅合金液)及一些加热时不允许局部过热而要求加热均匀的溶液(如微酸性化学镀镍液)及既要加热又要冷却的溶液(如铝件的电抛光液,尺寸镀铬液),有时仍采用夹套槽加热办法。夹套槽加热应注意几个问题:

(1)内槽的导热性及防腐问题

夹套槽加热时,是在内槽外一定间距套一个机械强度足够的外槽,夹套中通入水,对夹套中的水再实施蒸汽或电加热,通过内槽将热量传递给溶液。其受热面积大,加热均匀,不会局部过热。对内槽材料选择既要防腐又要导热性好。

①镀硬铬可用工业纯钛金属,效果好,但造价高。资金实力强的单位有时采用。

②化学镀镍可用经过认真钝化的不锈钢槽(有时外加阳极保护)或耐酸搪瓷槽。

③电抛光时采用薄不锈钢或碳钢槽内衬铅板(钛槽也不耐腐)。

④氟硼酸盐镀槽一般都小,采用薄聚氯乙烯槽。

(2)夹套中的水位问题

由于考虑内槽的导热问题,内槽较薄,机械强度不够。但当夹套中水位足够高时,溶液与夹套水之间基本处于压力平衡状态,内槽受力很小。为此,应保证夹套中水位足够高。为及时补充夹套层中的水加热后的蒸发损失,最好能设水位自动控制设施。为易于观察水位,至少应如锅炉那样设水位计,及时手工补水。外套槽设溢流水出口,控制液位不致过高。

(3)温度控制

采用数字显示式温度控制器,温控探头置于工作液中。夹套水采用电加热时,控制电加热器供电的通断。当用蒸汽加热时,则由蒸汽电磁阀控制蒸汽供应。

对于生产时因电流密度大而镀液温升快的电抛光、镀硬铬等工艺,则一开始应加热到工作液温,以后则应通入冷水降温。达到工作液温应切断加热源,温控仪仅作监测液温用;蒸汽加热时,关死手动蒸汽阀,改通入冷水;电加热时切断加热电源,开启冷却供水阀供给冷却水。依温控器显示液温值调整冷水供给量,使液温维持在工艺允许范围内。冷却出水用作清洗用水。

3　加热与冷却器用材质

3•1　钛材

3•1•1　钛材耐腐蚀原理

钛本身是很活泼的金属,甚至能从水中置换出氢。钛之所以广泛用作防腐蚀材料,系因其极易钝化。其表面很易生成致密的氧化层而钝化,在所有金属中钛的钝化性系数最大,达2•44。这层钝化膜使其在多种介质条件下能保护钛金属本身不受腐蚀。

(1)在大气中钛自然很快钝化。

(2)在水中溶解氧作用下钛会钝化。

(3)在含有氧化性高价态的金属离子的电解质溶液中,高价态离子的氧化性能使钛保持钝态。例如铝阳极氧化液中铝离子只有三价态的而无二价、一价的,而硫酸含量又高,故不耐蚀。但在硫酸盐光亮酸性镀铜液中,虽硫酸含量也高,但铜离子呈Cu2+高价态,钝化了钛,钛就耐腐。

(4)在任何氧化性介质条件下耐腐。例如王水为:“三盐一硝”两种酸混合物,能溶解金,但其中硝酸的氧化性足以使钛保持钝态,室温下王水也不能溶解钛。

(5)在干燥的氯气中,钛在室温下即腐蚀生成TiCl4,但在含有一定水分的氯气中,钛处于钝态。

(6)在弱酸性、中性与碱性溶液中,与液中溶解氧、电解质中OH-等阴离子相互作用而钝化。

(7)除甲酸、草酸和相当浓的柠檬酸外,钛对所有有机酸都具优异耐蚀性。

在有一定腐蚀性的介质中,施加阳极保护,能提高耐蚀能力。

3•1•2　不适于钛材使用的场合

凡是能使钛的钝化膜遭到破坏的场合,钛都不耐腐而不能用作加热和冷却材料。

(1)任何氟化物都易破坏钛的钝化膜。氢氟酸和氟硅酸对钛的腐蚀性最强。极稀的氢氟酸也很快腐蚀钛:

2Ti+6HF=2TiF3+3H2↑

钛在含氟化物的酸性介质中(包括氟硅酸、氟硼酸)中严重腐蚀。

故钛材不适用于任何含氟硼酸、氟硅酸盐镀液、含氟化物的复合催化镀铬液(包括采用含氟稍多的镀铬添加剂)、加有氟化物添加剂的亮镍镀镍液等含氟溶液。

(2)钛不耐纯还原性介质腐蚀。钛在纯盐酸中使用时,室温时在质量分数7•5%以下, 60℃时3%以下, 100℃时0•5%以下。但盐酸中含氯气、硝酸、次氯酸钠、铬酸盐、Fe3+、Cu2+、少量贵金属,钛即可钝化而可用。

在硫酸溶液中,钛的耐腐蚀性随硫酸浓度升高及液温升高而下降:在0℃时能耐20%硫酸,室温及充有氧气的硫酸只能达5%, 100℃时则只能在0•2%硫酸中保持钝态。在硫酸溶液中对钛有缓蚀作用的主要物质有: Fe3+、Cr02-4、MnO2、HNO3及氯气。在硫酸中加入双氧水,非但不利于钛的钝化,反而加速钛的腐蚀,原因是H202会对钛发生配合溶解。

钛在纯磷酸液中耐蚀性差。在35℃时只耐质量分数30%以下磷酸, 60℃时,钛在10%磷酸中的年腐蚀率在0•13mm左右, 100℃时只能耐3%以下磷酸。Fe3+、Ag+、Hg2+、HNO3具一定缓蚀性。因此,在磷酸-硫酸系化学或电化学抛光液中,既不能用钛加热器,也不能用钛槽。

(3)在碱性溶液中,钛一般具耐蚀性。在NaOH液中比KOH液中的耐蚀性好。但在碱与过氧化氢的混合液中,钛不耐腐蚀。

H202+OH-=H0-2+H20

H0-2+Ti+30H-=Ti(OH)202+H2O+4e

(4)钛质工件电镀前往往用硝酸加氢氟酸进行酸洗(钛篮等加工好后,为外观美化,有时也酸洗去除氩弧焊焊疤及提高亮度)。需要注意的是,酸洗为放热反应使液温上升;HNO3分解加快。在红烟硝酸中,当过剩的NO2超过2%而水含量又不足时,由于反应放热会引起爆炸。在红烟硝酸作用下,轻微撞击或摩擦就会产生火花,引起剧烈爆炸;笔者原在国营企业,因酸洗短截钛管时装载量过大,就发生过恶性爆炸事故。借此提请注意。

3•1•3　钛焊接处的腐蚀

钛在焊接(通常采用氩弧焊)时,若冷却快了,会产生微观内应力。同时由于氢的扩散聚集,压应力造成微观裂纹,在使用时裂纹加大。由于氢或氧的作用,焊接时在熔合处附近会形成小的气孔。当焊前清洁不够、焊丝及氩气纯度不够时,氮、氧、氢、碳等杂质增加,都易造成焊接处比未焊处耐蚀性下降,在焊接处首先受到腐蚀。故加工时焊接处越少越好。管道连接处可缠一段聚四氟乙烯薄胶带(生料带)加以保护。

3•2　碳钢与不锈钢

碳钢材质加热器只适于化学或电解除油、锌酸盐镀锌液及热水槽加热。

不锈钢也因表面易钝化而较耐腐。当表面钝化膜遭C1-、氟化物等破坏后,则很快生锈而被腐。在电镀车间酸性空气腐蚀下,用不锈钢作整流器外壳、风机及不锈钢标件,也生锈很快。

不锈钢分铁素体(如0Crl3)、半铁素体(如1Crl3)、马氏体(如2Crl3)、奥式体(如0Crl8Ni9、1Crl8Ni9、1Crl8Ni9Ti等),其中以1Crl8Ni9Ti应用最广(市售装饰性不锈钢则为省成本,多不含Ni与Ti)。在纯还原性介质条件下,有的耐蚀性反而比钛好。例如1Crl8Ni9T,i在质量分数50%、沸腾条件磷酸中年腐蚀率为0•061mm,而钛在50%磷酸中35℃时的年腐蚀率即达0•46mm。若用含钼和锰的Crl8Mnl0Ni5Mo3则更好, 50%磷酸80℃时年腐蚀率仅0•003mm;经1050℃淬火过的,沸腾状时为0•05mm。所以,对磷酸系或磷酸-硫酸系化学或电化学抛光时,用这类不锈钢比用钛的更好。

1Crl8Ni9Ti不锈钢用于光亮酸铜及硫酸铝阳极氧化液中不耐腐(10% -50%硫酸中20℃时年腐蚀率达2•0mm-5•0mm)。酸铜液中高价Cu2+对不锈钢不具缓蚀性,这一点与钛不同。含钼不锈钢在稀硫酸液中耐蚀性好些, 20%硫酸20℃下年腐蚀率小于0•1mm。但Crl8Nil2Mo2Ti含钼不锈钢或Crl8Mnl0Nil5Mo含锰钼不锈钢价贵也不好买。大型铝件硫酸阳极氧化液用大型冷却器则可考虑订购加工。

3•3　非金属材质

3•3•1　玻璃

无氟纯还原性介质可用玻璃管外壳的直管立式电加热器。普通玻璃管易炸裂不适用,要用95料耐热玻璃或石英玻璃管,后者价很高。玻璃加热管易碰坏,可外套钻孔的内径比玻璃管外径大5mm左右的PP管加以保护。玻璃材料无法作成冷却管用。

3•3•2　聚四氟乙烯

含氟溶液的加热与冷却只能用聚四氟乙烯材质的,纯还原性介质加热与冷却时也可用。

蒸汽加热或水冷却时可用多根细聚四氟乙烯管作成束管式的换热器置于溶液中使用,但占用空间较大,对镀槽应设计宽一些。

电加热管若直接在聚四氟乙烯管内穿电热丝,则管应厚,机械强度才够,但导热性差。多数是在金属电加热器外套薄聚四氟乙烯管作外套防腐蚀保护。若套得太紧,则因金属管与塑料管的热膨胀系数相差大,塑料管易开裂,若间隙太大,则导热性又下降。当外套层有老化而损坏时,应及时更换。

4　电加热器的表面功率问题

电加热器外形有多种:立式单管直管形、缩管式W形、底部加热的L形等。用钛质时,缩管W形的只能一次性使用,无法修复,直管立式及L形的则可修复。

电加热器的功率指标有两个:一为每支加热管的总功率,二为表面功率。整个槽液所需总功率与槽液体积、需加热的温度、时间,槽体是否有保温层等有关,设计时可参考有关设计手册。表面功率则指加热器受热部分单位表面积上分配的电功率,又叫表面负荷,单位常用W /cm2表示。

有的人缺乏对表面功率的认识,为省钱,总想一支小加热器的功率越大越好,是不对的,使用寿命很短。选择表面功率时应考虑以下几个因素:

(1)加热器的导热性好坏

加热器的热导率越大,则传热快,内部电热丝不易过热。常用材料热导率:铜>铝>钛>铁>不锈钢>玻璃>聚四氟乙烯塑料。铜、铝虽导热性好,但不耐腐,只能用于水加热。

(2)溶液导热好坏

溶液本身的导热性差别不大,主要取决于对流快慢。用空气搅拌时,对流快。但不适于所有溶液,而且通常溶液在不工作时不开空气搅拌(如单班制生产对镀液提前加热时)。

(3)加热器布置方式

L形底部加热的,溶液上下自然对流较好;槽侧加热的,对流差,有时表层液温已很高,底层液温却很低,上下温差大;电加热器上部易过热。

(4)电加热器制作好坏

当对螺旋式电加热丝密绕后拉开间距不均匀时,过密一段的表面功率偏大,即表面功率不均匀,电热丝间距小处易过热烧断。电加热器内部绝缘用填充料导热性不良时,实际表面功率偏小,内部电热丝却过热,也易损坏。

通常可按下述参数选择表面功率:钛材:约3W /cm2、不锈钢2•5W /cm2、95料耐热玻璃1•8W /cm2、石英玻璃2•2W /cm2;聚四氟乙烯0•5W /cm2。注意:只能以受热部分面积作为计算面积。

5　温度的自动控制

5•1　温控器的选择

工业应用的温度自动控制绝大多数不要求具有很高的精度,因为适用工艺温度都允许有一定的范围。相反,精度过高反而造成控温的执行器件动作频繁而带来些附加问题,允许温度误差至少可达1℃-2℃。高精度温控也造成温控的成本增加;对电镀而言,更侧重于工作的长期运行可靠性及恶劣腐蚀气氛条件下的防腐性。

现代温控器最好不再用指针动圈式仪表显示的,而宜用随时能显示温度数值的LED发光数码管数字显示的。不一定要用电脑控制的小型温控器,这类温控器售价较高,电源部分多采用定压输出的高频开关电源,因散热要求良好,仪表壳上有散热窗口而作不到全密封,故其防蚀性差,单机安放在工艺槽附近反而寿命不长。自动线生产时,安在腐蚀性小的专用控制机柜中可以采用。此时测温探头引线有时很长,应对其可能带来的温度误差加以修正。

不同形式的测温探头与相应配套的温控器,不能互换。

因此,一般采用售价几十元一台的、体积稍大的、面板加有透明防护盖的、用多圈电位器调整预置温度的单点设置的LED数显温控器即可。温控器上有未密封之处应贴胶带加以密封。后板接线桩头或接线排在接线无误后最好用透明胶纸粘贴加以密封,否则受潮受腐后会出现线间漏电失灵、接触不良等故障。

5•2　测温探头的选择

5•2•1　测温元件

对一般电镀溶液,工作液温都低于100℃或在100℃左右,宜选用Pt l00铂电阻的。它在低温下应用的分辨力较高、误差较小。铂电阻具有正温度系数:随温度上升,其阻值变大;温控仪将其总阻值(包括引线电阻)转换为对应温度值示出。其阻值与温度之间并非呈线性关系。因而铂电阻用于精密测温时,温控器内都有一套复杂的温度线性补偿电路。工业测控时则未设线性补偿。正温系数可以从数显器上判定其损坏与否;当输入至温控器的线路(包括铂电阻本身或接线)发生短路时,在任何温度下均显示负温度值(输入电阻接近零),当铂电阻烧断或探头接线断线时,温控器因输入电阻很大甚至无穷大,则显示正800℃多。由此可以诊断探头是否因进液而短路或断线而开路的损坏情况。尽管铂电阻理论上可用到500℃,但实际上市售十多元一支的铂电阻探头组件都是劣质产品。可用,但温度高后则外套瓷管会断裂,所以不能超过120℃使用(正宗铂电阻要60余元一支)。故用于钢铁件高温碱性发蓝及热浸镀铅锡合金的测控温时,宜采用热电偶式探头。热电偶可测较高温度,但测低温时误差较大。

铜电阻探头的热惯性较大,一般很少用。半导体测温探头灵敏度高、响应速度快,但互换性差,温控器线路复杂。笔者自己开发过几款,但市售品极少,也只适于低温用。

5•2•2　探头的防腐蚀问题

测温探头用外壳材料应耐相应介质的腐蚀。

一般情况下宜用钛质的,碱性发蓝等高温热电偶可用不锈钢材质。但市售探头外壳多数为紫铜管封头后镀薄层装饰铬的,直接用于电镀液会被很快腐蚀穿孔进液而损坏。要改成钛或不锈钢的,则要找设备制造厂定做加工。

若无条件改换材质时,也可作简易处理(应购较长的探头),用于一般电镀低温液:

(1)用“生料带”(聚四氟乙烯薄带)对探头外表密实缠绕3-4层(注意头部应缠实无漏出处);

(2)用内径略大于探头管外径的热缩管进行热缩一层塑料管,端头乘热用钳子夹紧热缩管以密封底部。

使用时不可碰坏外保护层。也可外套钻孔PP管加以保护(PP材料在强氧化性的镀铬液中会受腐蚀)。

安装前对引线引出部位先用加热石蜡或鱼烛滴入进行密封处理,以免腐蚀性气体或蒸汽浸入冷凝造成热敏元件受潮、腐蚀。也易于拆换热敏元件。安装在不易受碰的距加热器一定距离的槽内侧壁上。务必安装牢固(大生产中常出现工人不小心将探头落入镀液而进液失灵、损坏的问题)。

5•3　温度误差问题

溶液实际温度与温控器数字显示值之间的差异会造成测控误差。

5•3•1　误差来源

(1)温控器本身质量问题

工业用温控器现售价都低,粗制滥造品不少。有的线路元器件不良、线路过于简单、稳压电源稳压精度差、出厂前调校不认真等,本身误差就大。购买时应当场接上配套探头,于热水中用标准温度计测定,误差过大的则不能用。

(2)测温探头互换性差

有可能出厂校验时用的良品探头(电阻式用标准阻值电阻代替探头)调试,而购买的劣质探头在相应温度下阻值不正确(电阻式),换一个探头读数又不一样。

(3)探头引线电阻影响

铂电阻之类售品探头引出线短,实际使用时加长探头线,会增大串联总阻值,线径越细,附加电阻大,读数越偏高。热电偶探头用线起补偿作用,任意加长或减短都引入误差。有时加长引线时接头处接触不良或绝缘不良造成漏电也加大或减小温控器输入电阻,应十分注意。

5•3•2　误差消除法

(1)重新调校温控仪。温控仪内部有可调校显示数值的微调电阻。对电子电器熟悉的人可拆开温控仪重新调校。不懂的人切不可乱调。

(2)确认相对误差,设置控制温度。准备一支准确的水银或煤油温度计,在欲控温度值(例如对亮镍液设为55℃)时看温控器数值显示值(例如为58℃),则将温控器预置温度设定为该值(58℃)。

5•4　功率放大

温控器内的小继电器允许电流很小,不能直接连接负载,而要用交流接触器来放大允许承载功率:温控器小继电器控制交流接触器线圈电流的通断,交流接触器主触头串在负载回路中。同一台温控器按照使用说明书接线要求,既可接成加热恒温控制也可接成制冷恒温控制。加热恒温控制时,液温下降到预置温度时,交流接触器吸合,主触头接通加热源(电加热时的电加热器,蒸汽加热时的供汽电磁阀)。制冷控制时,温度上升到预置温度时,交流接触器吸合,主触头接通制冷机启动或接通冷却供水的冷水电磁阀。偏离预置温度1℃-2℃则作相反动作。

当槽液体积大,用多组电加热器加热时,不一定需要同时通断所有加热器电源,否则交流接触器所需功率太大,动作频繁。可据试验结果控制部分电加热器,其余则一直工作保温。

6　溶液的冷却

一些工艺不允许液温较高,如镀锌(特别是滚镀锌)、硫酸盐光亮酸性镀铜与镀锡、铝件硫酸阳极氧化(特别是硬质氧化)等。当超过工艺液温上限值时,应对镀液降温。

6•1　简易降温法

当镀液温升速度不快、温升发热量不大时,可用相应工艺的耐腐蚀钛、聚四氟乙烯蛇形管或盘管置于镀液中通入地下水冷却降温;采用夹套槽时,则于夹套层中通入冷水降温,出水循环冷却后再利用或用作清洗用水。一般情况下不作自动温控,控温仪供测温用,手动控制冷却水进水量即可。

6•2　制冷机冷却

当镀液发热量大且温升快,水冷不足以降温时,则只好采用制冷机降温。如高负荷下的光亮酸铜、酸锡液,特别是夏天铝件硫酸阳极氧化液与必须-5℃至+5℃的铝件硫酸硬质阳极氧化。

不主张用冷却管中直接通入氟里昂的老式制冷方法。因易渗漏出的氟里昂会破坏高空臭氧层。电冰箱早就禁用氟里昂制冷方法。宜用冷水机循环通入经制冷机冷却后的低温水进行降温。需要的制冷量应先通过计算确定,可参见有关设计手册。

6•3　在硫酸阳极氧化中钛质冷却管的应用问题由于铝件硫酸阳极氧化应用较多,且几乎都要冷却,常用钛管作冷却管。其防蚀性问题必须加以强调。

6•3•1　防止钛管腐蚀

钛不耐纯还原性介质的腐蚀。稀硫酸是还原性介质,硫酸阳极氧化液中铝离子只有三价态,而无低价和高价态,对钛的腐蚀不具缓蚀能力。表1进一步列出了工业纯钛在不同质量分数、不同液温下的年腐蚀率。可见浓度越高、液温越高,腐蚀越快。不呈线性关系, 60%时反低些。

硫酸阳极氧化液中硫酸的质量分数在10% -38%之间,钛的腐蚀很快:先呈灰色,然后点蚀,再减薄穿孔损坏。

6•3•2　应对措施

(1)配液时不能放入钛冷却管。配制硫酸阳极氧化液时,在不断搅拌下慢慢将浓硫酸加入水中。水合反应是强烈放热反应,液温很快升高。若先将冷却钛管放入槽中,则在高液温下钛管立即迅速被腐蚀。只能将槽液自然冷却至室温后才能放入冷却用钛管。

(2)人为电解氧化。配液冷却后将冷却钛管放入,接上直流电源、阴极上放好铅板,将钛管直接接成阳极,以约3A/dm2的电流密度阳极氧化数小时,直至钛管表面全部呈棕色。

(3)一直作阳极保护。钛在硫酸中的阳极致钝电流密度较大(40%硫酸中约0•3mA/cm2)。但一旦人为氧化钝化后,维持钝化的维钝电流密度却很小, (40%硫酸中为0•5μA/cm2-1•0μA/cm2)。因此,平时工作与未工作时可用一小整流器,阳极接钛冷却管、阴极接氧化用阴极铅板(冷却管与铅板应绝缘而不能相碰),一直通电作阳极保护(不生产时也不能断电)。电流密度大于维钝电流密度即可。

测试表明,对40%硫酸,在60℃时,钛的外加电位(恒电位法)达+ 2•1V时,其年腐蚀率仅0•005mm,降低了11000倍。

生产实践证明,采用上述3项对策后,铝硫酸阳极氧化液中的冷却钛管可长期不腐。未加阳极保护的,则很快被腐蚀而发灰、穿孔。

电镀过滤操作方法

1.一般电镀液过滤时，因电镀液含有微量有机物，易污染药液，习惯上必须使用粉状活性碳粉将药水内的有机物吸收，保持药水的清洁。

2.一般操作员在清洗过滤机时，并未将滤筒内的杂质完全清洗，而易残留少量杂质，当开始启动时易将滤筒同所残留在杂质流入药液槽，为防止因人为操作疏忽，特别设计有循环回路以提供操作的方便。

3.操作说明：

（一）请在过滤机出口处加装塑胶凡而

（二）使用前先打开排气阀

（三）关紧出口凡而后启动电源开关马达开始运转，使气体及液体经由排入加药槽。

（四）打开循环阀，再打开加药阀，使药液在加药槽内产生固定水位后加入助滤粉，循环3分钟后再加入活性碳粉再循环3分钟，此时排出的液体同样没有活性碳粉排出即可。

（五）利用检测口阀，直接取样检查液体清洁程度及过滤效果。

（六）打开出口凡而后，关紧循环阀，再关紧排气阀，后看加药槽内药液剩下少许再关紧加药阀，完成加药过程度使过滤机正常过滤。