钢铁零件表面电镀光亮镍工艺流程设计.docx

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PAGE \* 22 钢件光亮镀镍工艺设计说明 目录 1 课程设计任务描述 3 1.1 设计主题 3 1.2 设计技术参数 31.3 设计要求 32 光亮镀镍工艺 33 钢件光亮镀镍工艺流程设计 43.1 设计依据 43.2 工艺规范选择 53.2 工艺流程设计 63.3 工艺卡片编制 83.4 计算 83.4.1 确定单次生产时间 83.4.2 镍的电化学当量 93.4.3 确定生产时间 93.5 生产设备的选择 103.5.1 热水清洗槽 103.5.2 冷水清洗槽 103.5.3 化学脱脂槽、电解脱脂槽 103.5.4 酸洗槽 103.5.5 弱碱中和槽 103.5.6 电镀槽 113.5.7钝化槽 113.5.8 烘干槽 113.5.9 各类辅助设备的具体设置 114 工艺质量控制 124.1 镀层厚度的检测 124.2 镀层结合强度的检测 124.3 镀层耐腐蚀性能的检测 134.4 镀层孔隙率的检测 144.5 镀液的控制 144.6 操作注意事项 155 原材料供应商、价格及利润 155.1 原材料供应商及价格 155.2 成本及利润计算 166 环保要求与清洁生产 166.1 “三废”的产生及危害 166.2 “三废”的处理 177 车间设计 187.1 车间设置要求 187.2 车间设计原则 187.3 车间内距离设置 197.4 生产车间设计 197.4.1 车间组成 197.4.2 生产设备布置要点电镀车间安全操作规程197.5 电镀车间安全操作规程20 参考文献211 课程设计任务描述1.1设计主题钢件表面电镀亮镍的工艺流程设计1.2设计技术参数零件名称：钉子等；零件材质：碳钢；电镀镍层厚度：20微米；日处理能力：200公斤；单槽处理能力：10公斤。

1.3设计要求 设计钢件表面光亮镍电镀的工艺流程，包括详细的操作工艺条件、溶液配制方法、注意事项、前处理、电镀、后处理的工艺管理规程。 原材料供应商、价格生产规模、生产成本、利润工艺是否合理、符合标准 2光亮镍电镀工艺 光亮镍电镀的镀液与普通镍电镀的镀液基本相同，其主要成分有主盐、缓冲剂、导电盐、阳极活化剂、润湿剂等，所不同的是光亮镍电镀液中必须加入光亮剂。光亮剂由两种或三种组合而成，其作用略有不同，有的只起增亮作用，有的兼有增亮、整平作用，辅助光亮剂起提高出光速度、整平速度的作用。光亮镍电镀工艺目前是指能获得镜面光泽外观，且整平性优良的镀镍工艺。 根据镀液的性能和用途，镀镍溶液可分为低浓度预镀液、普通镀液、瓦特镀液、滚镀液等。3、钢件光亮镍电镀工艺流程设计3.1设计依据根据设计任务书，镀件为钉子(小件)，故选择能满足小件需要的电镀方式(滚镀)，要求镀液具有良好的导电性和覆盖能力。常用镀镍溶液的电流效率在95%左右。 表1 电流效率=95%时镀镍所需时间(min) 镍层厚度/um 电流密度/A·dm-2 0.5 0.8 1.01,21,5 2.0 2..3 20..4 12.8 19.2 25..11 0.2 15.4 20.5 25..3 8.6 12.8 17.12 1..4 6.8 10.3 13.7 17..6 5.17.7 10.3 12.8 25.6 3 8 52.14.16.2 8.2 10.3 20.5 3 31.7 3.4 5.16.8 8.6 17.12 5..3 2.6 3.8 5.16.4 12.8 18.2 5..2 工艺规范选择 根据电流密度选择镀光亮镍(滚镀)工艺规范 见表2 表2 滚镀光亮镍工艺规范 工艺规范 含量/g·L-1 硫酸镍 氯化镍 硼酸 250～300 30～60 35～40 光亮剂、添加剂/mL·L-1 糖精 0.6～0.1 1,4-丁炔二醇 0.3～0.5 十二烷基硫酸钠 0.05～1.0 温度/oC pH值 镍阳极电流密度/A·dm-2 阴极移动或空气搅拌 50～65 3.8～4.4 含碳镍阳极 2～5 阴极移动 3.2 工艺流程设计 具体工艺流程如下： 0 原料检验→1 滚镀抛光→2 化学脱脂→3 热水洗→4 冷水洗→5 酸洗除锈 →6冷水洗 →7中和 →8冷水洗 →9电解脱脂 →10热水洗 →11冷水洗+喷淋 →12酸活化 →13冷水洗 →14冷水洗+喷淋 →15镀亮镍（滚镀） →16回收 →17冷水洗 →18冷水洗+喷淋 →19硝酸抛光 →20冷水洗 →21钝化 →22冷水洗+喷淋 →23干燥 →24检验包装 3.3编制工艺卡 序号 工艺名称 配方及其他（温度、时间等条件） 0原材料检验内容：检查零件是否符合外观规范，是否需要进行机械整平。

要求：须在正式开工前完成，此工序不包含在总工序内。 1 滚压（如需机械整平） 将原料及磨料放入滚压机内进行机械整平 2 化学脱脂 NaOH 30g/L 海鸥洗洁精 3mL/ 40g/L ·12H2O 40g/L 温度 90oC 时间 30s 3 热水洗 温度 80oC 时间 5s 4 冷水洗 时间 5s 5 酸洗除锈 工业盐酸（37%HCl） 420mL/L 工业磷酸 420mL/L 乳化剂 OP-101g/L 十二烷基硫酸钠 1g/L 添加剂（含羟基有机化合物） 20g/L 时间 30s 6 冷水洗 时间 5s 7 中和 工业纯碱（碳酸钠） 30g/L 时间 10s 8 冷水洗 时间 5s 9 电解脱脂/L 温度 80℃ 电流密度10A/d 时间60s10 热水洗温度80oC 时间5s11 冷水洗+喷淋 工件出槽后自动开始喷淋 时间5s12 酸活化 工业盐酸（37%HCl）200mL/L 时间6s13 冷水洗 时间5s14 冷水洗+喷淋 工件出槽后自动开始喷淋 时间5s15 光亮镀镍配方及操作条件见表216 循环冷水 循环镀液 时间10s17 冷水洗 时间5s18 冷水洗+喷淋 工件出槽后自动开始喷淋时间5s19硝酸亮硝酸50g/L工业盐酸（37%HCl）100mL/L温度室温时间5s20冷水洗时间5s21钝化硅酸钠（40%）40g/L硫酸（98%）3g/L双氧水（38%）40g/L硝酸（10%）5g/LpH值2-3时间20s缓蚀添加剂1-羟基乙基二磷酸（50%）5g/L腈三磷酸（50%）5g/L乙二胺四亚甲基磷酸酯（50%）5g/L植酸5g/L22冷水洗+喷淋工件出槽时自动开始喷淋时间5s23干燥时间60s24包装内容检验：成品抽检、贴标、包装。

要求：仓库完成，不包含在电镀总工序内3.4计算3.4.1确定单道生产时间根据表2，镀亮镍阴极电流密度为2-5A·dm-2，选取阴极电流密度为3.0A·dm-2，镍层厚度为20微米，由表1可知，单道亮镍镀层所需时间为34min，根据制定的工艺卡，电镀前处理与后处理所需时间为30+5+5+30+10+60+5+5+6+5+5+10+5+5+5+5+20+5+60=281s=4.7min。 单次镀镍总时间为34+4.7=38.7min。3.4.2镍电化学当量K=58.69÷2÷26.8=1.095g/(A·h)3.4.3生产时间的确定(1)考虑到工人体力、福利等因素，选择两班制，即每天工作时间为早8点至晚24点，有效工作时间为16h()。(2)考虑废品出现情况，废品率为1%，实际日处理量应达到202kg。(3)单次亮镍电镀时间为34min，全程为38.7min，可见整个工序中电镀时间最长。 由于是全自动连续加工，除当天第一道工时外，均按全程45min计算（考虑未知因素的存在，剩余时间为6.3min后四舍五入）。根据以上三点可知，一天电镀次数为960÷40=21次（四舍五入），单槽处理能力要求为10kg，21×10=210kg，实际日处理能力要求为202kg。因此，设置1个电镀槽、1条自动化生产线即可达到额定目标。

经综合考虑，生产计划符合各方面要求，故确定生产方式及计划如下：工人3组，2个班次，1条生产线，工人每天工作时间8小时，正常工作时间工作两天，休息一天。 3.5生产设备的选择 3.5.1热水清洗槽 热水清洗槽通常由钢制槽体和蒸汽加热管组成，槽体上设有排污口和溢流口，由于热水槽易结垢，排污管和溢流管的管径一般应适当大一些。加热管一般均匀布置在槽体内壁，以便在换水清洗槽体时，清除槽底沉积的污物和零件。 3.5.2冷水清洗槽 冷水清洗槽通常由碳钢焊接而成，对于用酸性溶液处理的零件，一般采用硬质聚氯乙烯塑料或其他耐腐蚀材料制成，采用逆流清洗方式，并配有空气搅拌棒。 3.5.3化学脱脂槽和电解脱脂槽化学脱脂槽通常由钢制槽体和蒸汽加热管组成。脱脂溶液呈碱性，工作温度为70～90oC，底部设计有压缩空气搅拌管，对溶液进行搅拌，以提高溶液浓度和温度的均匀性，促进脱脂过程的进行。电解脱脂槽设有加热装置和抽气罩，考虑到可能出现的悬浮泡沫，设置溢流室，用循环泵清除油污。还设置了导电电极装置。3.5.4酸洗槽酸洗槽分为常温酸洗槽和热酸洗槽，根据制定的工艺卡片选择常温酸洗槽。常温酸洗槽只有一个槽体，大槽体采用内衬软质聚氯乙烯塑料的钢制槽体或内衬硬质聚氯乙烯塑料的钢架。

3.5.5弱碱中和槽无需吸收、加热、搅拌、溢流等装置，溶液不需经常更换。外表采用碳钢焊接，内部无内衬。3.5.6电镀槽电镀槽是电镀设备中最基本的配件，材质有PP材质、PVC材质、PVDF材质、玻璃钢槽料、不锈钢槽料、花岗岩材质、聚四氟乙烯材质（可用于任何酸）等材质。电镀槽用于储存溶液，供电镀金属用。阴极移动电镀槽由内衬软质聚氯乙烯塑料槽体的钢架、导电装置、蒸汽加热管和阴极移动装置组成。槽体也可采用内衬硬质聚氯乙烯塑料的钢架。槽体结构的选择取决于电镀槽溶液的性质、温度等因素。 它由电动机、减速器、偏心盘、连杆及极托辊等组成。槽的主要部件有槽体、溶液加热冷却装置、导电装置及搅拌装置等。有时槽体直接盛装溶液，如热水槽等，有时也作为衬里基体或骨架，如钢槽。其基本要求是防漏并有一定的刚度和强度，避免因槽体变形过大而损坏衬里层；钢槽底部应距地面100mm~120mm，以防止严重腐蚀。此工艺要求滚镀光亮镍，要求采用阴极移动式电镀槽。3.5.7钝化槽设有压缩空气喷射装置，槽体由碳钢焊接而成，内部衬有5mm软质聚氯乙烯塑料。 3.5.8 干燥罐设有加热干燥装置，内部不含液体，外部采用碳钢焊接制成，内部无内衬。

3.5.9各种辅助设备的具体设置 （1）加热装置采用蛇形加热管穿入镀槽内，通过向管内通入热蒸汽进行加热。 （2）搅拌采用吹入压缩空气的方式，促使溶液流动更快。 （3）排污口在槽体底部，溢流口在槽体顶部，管口与液面平齐但低于槽口，废水由管口溢流进入管道，引至下水道，保持地面干燥。溢流管设在槽内或槽外。 （4）电镀槽的保温：钢制电镀槽与地面保温，采用绝缘瓷座、耐酸瓷砖或浸有沥青的砖块作为槽脚。蒸汽管、回流管与镀槽加热管连接，用绝缘接头或耐热橡皮管保温。采用塑料或玻璃吸水罩，防止漏水。 4、工序质量控制 4.1镀层厚度的测试 考虑到检验时间要尽量短，同时又要保证较高的准确度，综合考虑后，选用X射线光谱法（X射线荧光法）快速测量成品镀层厚度是否符合8um的要求。每天取样测量两次。其原理是：当X射线照射到金属表面时，金属会产生二次射线。二次射线的频率是金属原子序数的函数，其强度与镀层厚度有一定关系。因此，此方法可用来测量任何金属或非金属基体上约15um以内的金属镀层厚度。可测量极小的区域和极薄的镀层厚度（数百微米），可测量平坦和形状不规则的部位，也可同时测量多层镀层的厚度。 4.2镀层结合强度试验 由于评价镀层与基体金属结合强度的方法很多，定量测定比较困难。

目前常用的检测方法有些是定性的，应选择随机抽检。综合考虑后，选取摩擦抛光试验，每天取样测定一次。其原理是：在某一区域的涂层表面，用直径为6mm、末端为光滑半球形的圆钢棒作为工具摩擦15s。摩擦时所施加的压力，只限于抛光而不能割裂涂层。随着摩擦的继续，气泡不断增长，表明涂层的结合强度较差。4.3涂层耐腐蚀性能的测试，采用人工加速腐蚀试验中的盐雾试验进行取样测试。根据表3选取中型盐雾试验，每天取样测定一次。 表3 各种盐雾试验规范 类型 条件 中性盐雾试验-86-1976 醋酸盐雾试验-86ISO-3769-1976 铜盐加速盐雾试验-1976 盐溶液 NaCl 45-55g/L NaCl 45-55g/L 加醋酸调节 45-55g/·2H2O 0.24-0.28g/L加醋酸调节溶液pH值6.5-7.23.1-3.33.1-3.3箱内温度(oC)33-3733-3748-52喷雾方式连续喷雾连续喷雾连续喷雾盐雾沉积率1.0-2.0mL/(h·80cm2)1.0-2.0mL/(h·80cm2)1.0-2.0mL/(h·80cm2)收集雾量液-60g/LpH6.5-7.-60g/LpH3.1-3.-60g/LpH3.1-3.3实验周期(h)2、6、24、48、96、7204、8、24、48、96、144、480、7202、4、8、16、24、48、72、96、480、720适用范围：适用于金属覆盖层、非金属材料的无机或有机覆盖层腐蚀性能的检验与鉴别，但不能作为涂层寿命试验，也不能用于比较不同金属的耐大气腐蚀性能。适用范围与中性盐雾相同，但腐蚀速度快，可缩短检验周期。也适用于铝或铝合金阳极氧化层的耐蚀性检验。 此方法是国际上钢件、锌压铸件装饰涂层加速腐蚀试验的通用方法，也适用于铝或铝合金阳极氧化层的耐腐蚀性能检验。4.4涂层孔隙率的测试：考虑到尽可能操作简单，选用腐蚀方法的湿滤纸放置法。

每天取样检测4次。4.5镀液控制整个过程中，溶液中各种成分都在不断变化，每小时需进行一次霍尔电池试验，如发现某种成分即将不足或已经不足，应尽快按标准操作和工艺要求添加试剂。其原理是：在电镀过程中，为保持添加剂的正确配比，应经常掌握其实际消耗量。但由于大多数添加剂都是复杂的有机物质，用常规的化学方法很难检测出来。霍尔电池试验操作比较简单，电镀试验槽小，试验效果好，所需溶液体积小，能较好地确定获得合格镀层的电流密度范围和其他工艺条件（如温度、pH值等），用于研究溶液主要成分和添加剂的影响，有助于分析溶液失效的原因。 此外，霍尔电池还可用来测定镀液镀层的分散性、流平性及内应力等。因此，霍尔电池测试在电镀工艺试验研究及现场生产质量控制中得到了广泛的应用。4.6操作注意事项一、正确取样；二、试验基本操作要规范；三、应严格按照工艺卡上规定的工艺进行。 5 原材料供应商、价格及利润 5.1 原材料供应商及价格 碳钢钉供应商及材料价格： 安徽正大金属制品有限公司 1.5 元/kg 电镀前处理、后处理所用化学品供应商及药品价格： 南京南石化学试剂有限公司 各种药品及价格见表 4 表 4 所需化学品价格表 药品名称 价格 元/kg 硫酸镍 30 氯化镍 40 硼酸 9 糖精 45 1,4-丁炔二醇 86 十二烷基硫酸钠 28 氢氧化钠 1.85 碳酸钠 1.3 磷酸钠 10 工业盐酸（37%HCl） 0.6 工业磷酸 5 乳化剂 OP-10 16.7 工业纯碱 1.35 硝酸 1.5 硅酸钠（40%） 0.5 硫酸 0.8 氢气过氧化物 0.7 1 1-羟基乙烯二磷酸 1 腈三甲基磷酸 100 乙二胺四亚甲基磷酸 90 元/克 植酸 255.2 成本及利润计算 镀前镀后处理成本计算 0.016*1+0.00185*30+0.0013*40+0.01*5+0.0006/0.37*0.63+0.005*0.42+0.0167*1+0.0008*3+0.00071*40+0.0005*40+0.001*5+0.1*5+90*5+25*5=425元 镀液计算成本0.03*300+0.04*60+0.009*35+0.045*0.5+0.086*0.4+0.028*1=12元12*20=240元原料成本计算1.5×200=300元利润计算价格8元/公斤日利润8*200-425-240-300=635元年利润635*365=24万元6环保要求与清洁生产6.1“三废”的产生及危害光亮镀镍工艺中要使用大量的化学药物。

这些药物有的本身就有毒，有的在使用过程中会产生有毒物质，这些有毒物质会以大气、废水、废渣等形式污染环境，从而危及人类的生存。 （1）废气 光亮镀镍工艺中的废气主要有氯化氢（氯化氢气体）、碱雾和氮氧化物等，它们来自于镀前处理和钝化处理中的碱雾和酸雾，这些气体会刺激和损害人的呼吸系统，腐蚀车间设备。 （2）废水 在整个光亮镀镍工艺过程中，各个工序都会产生废水。前处理产生酸碱性废水，电镀过程产生含氯离子、镍离子、铵离子等废水，镀后处理产生酸根、络合离子、镍、铜、银等重金属离子，这些废水量很大，必须进行处理。 （3）废渣在处理这些废水的过程中，会产生各种污泥，形成废渣，这些废渣不能随便丢弃，必须进行处理。6.2“三废”处理电镀废水主要有电镀漂洗废水、钝化废水、镀层酸洗废水、地坪、洗板废水以及由于操作或管理不善而产生的“跑、泡、滴、漏”废水。此外，还有废水处理过程中自用水的排放和实验室排水。鉴于废水是整个工艺过程中的主要污染物，应在车间附近建设专门的、有针对性的废水处理区。它的作用是将整个电镀厂区排出的废水及时处理，达标后返回车间，达到水循环利用的目的。

鉴于整个工艺产生的废气主要有酸雾和碱雾，同时考虑成本问题，采用抑制的方法。主要操作是通过选择环保型试剂、添加抑雾剂、调节合理的酸碱浓度等方法来抑制酸雾和碱雾的产生。由于采用滚镀光亮镍工艺，整个工艺中只有废水处理环节会产生金属氢氧化物等废渣，考虑经济、实用的原则，主要方法是用盐酸将其溶解成氯化镍后重新加入镀液中。7 车间设计7.1 车间设置要求 (1)车间应位于当地主导风向的背风侧，防止有害气体进入其他车间。 (2)生产设备应按工艺流程顺序配置，在保证生产要求、安全和环境卫生的前提下，尽可能节省厂房面积和空间，减少各种管线的长度。 (3)保证车间尽可能充分利用自然采光、通风条件，使各工位有良好的劳动条件。 (4)保证车间内交通和管理方便，一旦发生事故，人员能迅速、安全撤离。 (5)车间应远离精密加工车间、金属材料仓库等场所，避免腐蚀。 (6)车间地面应铺有防水、防漏、防污染的防护层，避免电镀试剂不慎溅出污染土地。 7.2车间设计原则 (1)各工序设备布置应与自动生产线顺序一致，使生产线呈链状排列，不交叉、不绕行，尽可能采用重力输送，管线尽量短。

（2）辅料制备车间应靠近适用设备，但若有污染、多尘部位，应与车间有墙体分隔，并应有通风等必要设施。 （3）设备布置在满足生产工艺要求的同时，应尽量满足建筑结构标准化的要求，高度在18m以下的，应取3m的倍数，18m以上的，应取6m的倍数。多层厂房的跨度、柱距均按6m递增，高度应为300mm的倍数。 7.3 车间内距离设置 (1)车间内主要通道(两个电镀生产区之间)为 6m,电镀设备距墙体 1m,在距电镀设备 0.5m 处设一条宽 0.3m(含横穿车间 3 条主通道,每条 0.5m)、深 0.3m 的水渠,水渠顶平面必须低于电镀区地面。 (2)电镀区水槽之间距离 0.1m。 (3)车间墙体宽 30cm,高 8m。 7.4 生产车间设计 7.4.1 车间组成 电镀车间按工作性质、设备布置分为生产部分与辅助部分。 生产部分主要有：打磨抛光室、酸洗室、脱脂室、电镀室等；辅助部分主要有：供电室、通风室、化工室、辅料库、衣架制造维修室、零件库、化验室及收发室等；生活有办公室、更衣室、卫生间等。本车间根据生产规模及产品质量要求，设置了门房、操作室、配电室、办公室、会议室、休息室、卫生间、零件存放区、电镀生产区、成品仓库、检验室、试剂仓库等。

另外，在整个电镀车间地面防护层上方设置了与外部环境废水处理区连通的大型“太阳”字形地下水道，使废水和设备清洗水能迅速排出厂外，并循环使用。 7.4.2电镀车间生产设备布置要点 (1)有毒电镀生产工序应尽量靠近窗户、墙壁布置，以利于排气。 (2)设备布置应考虑员工操作的方便性。 (3)设备布置应尽可能按照生产操作流程布置，并按电镀槽-回收槽-清洗槽的原则设置。电镀槽之间应设置导流板，避免或减少镀液和清洗水的带入，确保车间地面无积水或少积水。 (4)镀液不相容的电镀槽或混合镀液后会产生有害气体的电镀槽应设置在不同的区域(如镀铬槽远离有机溶剂槽)，避免有毒气体的产生，确保工作安全。 （5）设备的布局应考虑不同类型的废水。安全性也很重要，因为需要在电动机上产生电动，废气，废物液体和废物的残留物会产生不同程度的影响。故障，必须切断电源，必须覆盖电镀箱，并且必须关闭风扇，以防止突然的电源造成个人事故或燃烧电气设备甚至火灾； （3）电气设备的非灯金属零件应接地。

当您的脚湿（5）时，请使用安全的电压（4）。当电源电压太低或非常不稳定时，电机或其他电气设备。 [1] , by Hu , of Press, 2001 [2] , by Zhang et al., Press, 1997 [3] , by Zeng et al., Press, 1997 [4] , Key and of , by the , Anhui and Audio- House, 2003 [5] , by Chen , Press, 2006 [6] New , Wang , 's Posts and Press, 2008 [7] and , Li Deyu, Press, 2007 [8] Case of , He , Press, 2008 [9]电镀理​​论与技术，冯·夏（Feng Hui），化学工业出版社，2008年[10]：弹出式（.JSP，）现代电镀技术，陈方泰，中国纺织出版社，2009年