挂镀锌镍合金电镀线设计.doc
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1、本科毕业设计说明书题 目:挂镀锌镍合金电镀线设计院 (部): 材料科学与工程学院专 业: 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 完成日期: 2010年6月12日目 录摘 要ABSTRACT1 前 言11.1 锌镍合金电镀的发展与应用11.2 锌镍合金的应用21.3 碱性锌镍合金21.4 电镀生产线PLC系统31.4公司及生产线简介42 设计依据与原则5 2.1公司要求52.2 产品质量要求52.2.1 工件基本性能要求52.2.2 厚度,耐蚀性及附着强度的要求62.3 生产纲领62.4 其他63 生产线的确定73.1 生产线的工艺流程73.2 电镀锌镍合金及前处理工艺参数及技术要求83.2
2、.1 化学除油83.2.2 电解除油93.2.3 酸洗103.2.4 水洗113.2.5 活化113.2.6 回收113.2.7 电镀锌镍合金123.2.7.1 电镀锌镍合金镀液组成及工艺条件123.2.7.2 电镀锌镍合金镀液的配制133.2.7.3 镀液中锌、镍的添加问题143.2.7.4 镀液中杂质的处理143.2.7.5 碱性锌镍电镀质量保证措施143.2.8 碱性锌镍合金镀液中成分分析153.2.9 碱性锌镍合金电镀故障分析与处理173.3 镀层后处理173.3.1 电镀锌镍合金六价铬彩钝化工艺183.3.2 电镀锌镍合金三价铬彩钝化工艺193.3.3 电镀锌镍合金三价铬黑钝化工艺2
3、13.3.4 电镀锌镍合金六价透明钝化工艺223.4 镀液的日常维护234 辅助设备的确定244.1 挂具244.2 镀槽的选择254.2.1 镀槽尺寸设计254.2.2 槽的结构及材料254.2.3 镀槽的排风及加热264.2.4 搅拌274.3 电镀电源设整流器274.3.1 电镀电源概论274.3.2 整流器的选择274.4 溶液过滤设备284.4.1 化学除油槽过滤设备的选择284.4.2 电镀溶液过滤设备284.5 行车295 材料及设备明细305.1材料明细305.2 设备明细316 车间平面布置设计316.1 车间组成及人员分配316.1.1 生产车间316.1.2 辅助车间31
4、6.1.3 人员分配316.2 电镀生产对厂房建筑的要求327 废水处理327.1 含镍废水的处理327.2 含铬废水的处理33谢 辞35参考文献36 摘 要本文介绍了锌镍合金电镀的必要性及锌镍合金电镀线的设计,符合最新的环保要求。综述了锌镍合金电镀工艺及其分析,镀液的维护,故障分析与排除等。电镀工艺完整,槽液配方得到优化,并实现了三价铬彩钝、三价铬黑钝及六价铬白钝的在线控制。文章还对电镀设备进行了计算,列出了材料明细及设备明细。整线采用PLC控制,自动化程度高,提高了生产效率,达到了电镀线改造目的。关键词:电镀线设计;锌镍合金;工艺规范;钝化;设备;PLC控制The design of li
5、nked zinc-nickel alloy plating automatic line for Sanhuan plating companyABSTRACTThis paper introduces the necessity of zinc nickel alloy electroplating and the design of zinc-nickel alloy plating automatic line,according to the latest environmental requirements. the electroplating process is reason
6、able, and the bath formula is optimized, realized the of on-line control. Give the calculation of electroplate equipments, and make the whole line under PLC control . Reliaze automatic control of electric temperature, improve the production efficiency, accord with the requirement of cleaner producti
7、on line, electroplate. Achieve the purpose of plating lines transformation.Key Words: Design of electroplating line;zinc-nickel alloy;Process specification;passivation;Equipment;PLC control 1 前 言目前,在钢铁上普遍使用的防护性镀层主要是镀锌层。由于镀镉毒性大,处理困难,环境污染严重,现在已很少使用。但在某方面应用上,锌不能提供必要的腐蚀保护。钢铁基本的镀锌层,属于阳极性镀层,对基体有电化学保护作用,因而
8、能有效地防护钢铁的腐蚀。电镀在表面处理方面占有重要地位,它占总电镀量的601。随着科学技术和现代工业的发展,对防护性镀层的质量要求也越来越高。传统的电镀锌层已不能完全满足要求。近几年来,电镀锌合金的研究与应用也越来越广泛。锌基合金一般指以锌为主要成分,并含有少量的其他金属的合金而言。目前,应用较多的是锌与铁族金属形成的二元合金,即锌一镍,锌一钴,锌一铁合金等,它们具有的共同特性是良好的防腐性能,由于铁族金属的原子结构和性质很相近,它们与锌形成合金的共沉积也很相似。锌合金镀层与锌镀层相比具有更高的耐蚀性,并有良好的性价比,但其中以锌镍合金研究的较多,应用较广。在锌基合金中,锌镍合金镀层是一种新型
9、的优良防护性镀层,适合于在恶劣的工业大气和严酷的海洋环境中使用。镍含量7%-9%的锌镍合金耐蚀性是锌镀层的3倍以上;含镍13%左右的锌镍合金是锌镀层的5倍以上,它具有最好的耐蚀性2。特钝化膜仍能够保持良好的耐蚀性。镀层氢脆小,可代替镉镀层使用 3,由于锌镍合金具有高耐蚀,耐热达200250,可焊性和延展性和锌相当,对油漆的结合力良好,氢脆性接近于零,因而受到人们的欢迎。1.1锌镍合金电镀的发展与应用上世纪初Schoch和Cocks先后发表了用硫酸盐电镀锌镍合金的文章。1943年Lustlnan发表了氯化物电镀合金的文章。1947年Schantz提出了在酸性镀锌液中加入镍盐可获得含镍量15%的锌
10、镍合金。1956年Rama等人对焦磷酸盐体系作了深入的研究,阐述了镀层性能和结构之间的关系。之后,Rochl在申请醋酸盐镀锌镍合金的专利中阐述了合金镀层中各成分和耐蚀性之间的关系。1972年Hartford第一次提出含有光亮剂的锌镍合金镀液,可进行装饰性电镀,镀层含镍量1218%。本世纪七十年代,日本和其它一些西方国家为了提高钢板的耐腐蚀性,用于满足汽车、电子、建筑等行业的需求,大量研究了钢铁基体上电镀锌镍合金的工艺4。Smith等人研究了薄钢板上连续镀锌镍合金,镀层中含锌212%,最佳为510%。Atsuyoshi等人获得了在钢带上连续镀锌镍合金的专利,镀层中含镍13.213.8%。八十年代
11、,光亮锌镍合金电镀工艺逐渐发展起来。Shend等人发明的镀液,所得镀层光亮平整,含镍量1012%。Rynne提出在锌镍合金镀液中加入经乙基壬酸醇12g/L,邻氯苯甲醛1g/L,在0.13A/d澎电流密度范围内可获得全光亮镀层。前苏联PIPE工业研究所用乙酸水杨酸,磺基水杨酸等化合物作光亮剂,可获得低电流密度区较好的锌镍合金镀层。Kamitami等人提出使用氨基鳌合物及适当的光亮剂可获得全光亮的锌镍合金镀层。据报道,日本汽车制造业率先于80年代初建立了汽车钢板电镀Zn-Ni合金生产线,,以取代原有汽车钢板电镀工艺,继之在美国、西德等发达国家,也投入生产并获得广泛的工业应用5。 我国自八十年代才开
12、展果有:哈尔滨工业大学的酸性锌镍合金电镀工艺及NZ918碱性工艺,武汉材料保护研究所的酸性及碱性工艺6,上海轻工业高等专科学校也有锌镍合金电镀工艺的了锌镍合金电镀研究工作,现在己经取得了一些研究成果,有些在生产实践中得到了应用。主要的研究成报道,北京电镀总厂有半光亮锌镍合金电镀工艺,厦门大学化学系的碱性锌镍合金电镀工艺中请了国家发明专利。还有许多高校和企业也有锌镍合金电镀研究的报道。1.2 锌一镍合金的应用(1)国外情况目前,锌一镍合金的应用很广泛,在欧洲,日本,美国和亚洲各国已有大量应用,主要用在汽车,航空,机械和电机等工业。锌一镍合金最先用在生产上的是弱酸性氯化钹型镀液,由于铵盐不利于环保
13、,以后逐渐以氯化钾型代替(镍台金为1014),可用于电镀标准件,紧固件,钢铁铸件和管状等较复杂件。近几年碱性无氰镀锌一镍合金发展得快,应用量逐渐增大,适合各种类型的钢铁件上电镀,但镀液的电流效率较低,氢脆性大于弱酸性氯化物体系,酸性镀液和碱性镀液各有特点,应根据具体使用情况进行选择。由于锌一镍合金具有很高的耐蚀性以及很好的耐热性,氢脆性又小,已经大量用作代镉镀层,在汽车,航空航天和军工产品应用广泛。(2)国内应用情况目前以Zn-Ni合金应用较多,1987年首先用在电缆桥架和军工产品上,镀液用氯化铵型,以后用氯化钾型,目前已开始大量应用碱性锌酸盐型,主要用于中外合资生产进口汽车,航空航天,其他劳
14、工产品以及机械产品7。1.3 碱性锌镍合金目前,常用的Zn - Ni合金镀液主要有两种类型。一种是弱酸性氯化物镀液810,采用镍盐和锌盐作为主盐,氯化物作为导电盐,硼酸作为缓冲剂。这种镀液的特点为:阴极电流效率高(95 %以上) ,沉积速度快,镀层脆性低,污水处理比较容易,镀层含镍量多在11 %15 %范围内,但镀液的分散能力和覆盖能力较差。酸性锌镍合金体系开发较早,工艺也较成熟,另一种是近年来开发出来的碱性锌酸盐镀液11 ,与酸性体系相比,主盐一般采用锌酸盐和镍盐,特点是镀液的分散能力和覆盖能力较高,镀层均匀、光亮,电流密度范围宽,这一点对合金镀层特别重要,适合于复杂零件的电镀,挂镀和滚镀均
15、可。镀液对设备腐蚀性小,尤其是对管状镀件的内表面没有腐蚀性,碱性镀液对于管状零件内壁未镀上的部分有一定的保护作用,而酸性体系由于主要采用氯化物体系等具有腐蚀性的镀液会加速未电镀表面的腐蚀。镀液不含剧毒物,易于管理,成本低,废水处理简单,但阴极电流效率较低(50 %80 %) ,镀层含镍量多在6 %9 %12 。碱性体系电镀Zn- Ni 合金镀液由于具有以上优点,所以已被人们广泛接受,并广泛应用于汽车、五金、机械等领域。由此可见,锌镍合金电镀产品比传统的镀锌产品有更高的经济利润,所以国内很多企业争上锌镍合金项目。电镀废水对环境的污染问题也越来越被我们关注。根据最新国家标准GB21900-2008
16、电镀污染物排放标准,山东省半岛流域水污染物综合排放标准13DB37-676-2007及 山东省海河流域水污染综合排放标准14DB-675-2007电镀生产废水中各种重金属离子的含量有了更低的限制,如表1.1示。电镀公司生产线的工艺改造已成必然。表1.1 污水排放标准对照污染物污水综合排放标准(GB8978-1996)表4一级标准值山东省半岛流域水污染物综合排放标准(DB37/676-2007)一级标准二级标准总铬1.50.51.0(海河流域排放标准为1.5)六价铬0.50.20.5总镍1.00.51.0总锌2.02.05.0化学需氧量COD10060100氟化物108.0101.4电镀生产线P
17、LC系统电镀设备的选型对保证电镀产品质量和提高生产效率有关键意义。工业电镀生产线工位多、生产复杂,同时在电镀中,其氧化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具有严重的化学污染和腐蚀,对人的身心健康十分不利,而且人工操作随机性大,影响产品质量。采用可编程序控制器 (PLC) 对生产线各工序实施程序控制可解决以上难题。它改写程序方便、体积小、可靠性高。最新的发展是使用PLC和计算机构成的网络系统。在行车运行方面普遍采用变频调速器以控制行车的运行速度,用接近开关控制行车的准确定位,定位精度可达3mm。和以往的顺序控制器等系统相比具有一下突出优点:抗干扰能力大为提高,控制精度准确,提高了产品质量;由于采用了程序
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