钢铁零件表面电镀光亮镍工艺设计流程设计.docx
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钢铁零件表面电镀光亮镍工艺设计流程设计
钢铁零件外表电镀光亮镍工艺流程设计说明书
1课程设计任务说明-------------------------------------3
1.1设计题目------------------------------------------3
1.2设计技术参数--------------------------------------3
1.3设计要求------------------------------------------3
2光亮镀镍工艺-----------------------------------------3
3钢铁零件外表电镀光亮镍工艺流程设计-------------------4
3.1设计依据------------------------------------------4
3.2工艺规选择--------------------------------------5
3.2工艺流程设计--------------------------------------6
3.3制定工艺卡片--------------------------------------8
3.4计算----------------------------------------------8
3.4.1确定单次生产时间-------------------------------8
3.4.2镍的电化当量-----------------------------------9
3.4.3确定生产时间-----------------------------------9
3.5生产设备选择-------------------------------------10
3.5.1热水清洗槽------------------------------------10
3.5.2冷水清洗槽------------------------------------10
3.5.3化学除油槽和电解除油槽------------------------10
3.5.4酸洗槽----------------------------------------10
3.5.5弱碱中和槽------------------------------------10
3.5.6电镀槽----------------------------------------11
3.5.7钝化槽----------------------------------------11
3.5.8烘干槽----------------------------------------11
3.5.9各项辅助设备具体设置--------------------------11
4工艺质量控制----------------------------------------12
4.1镀层厚度的测试-----------------------------------12
4.2镀层结合强度测试---------------------------------12
4.3镀层耐蚀性的测试---------------------------------13
4.4镀层孔隙率的测试---------------------------------14
4.5镀液控制-----------------------------------------14
4.6操作考前须知-------------------------------------15
5原材料供给厂家、价格、利润--------------------------15
5.1原材料供给厂家及价格-----------------------------15
5.2本钱及利润计算-----------------------------------16
6环保要求与清洁化生产--------------------------------16
6.1“三废〞的产生及危害------------------------------16
6.2“三废〞的治理------------------------------------17
7车间设计--------------------------------------------18
7.1车间设置要求-------------------------------------18
7.2车间设计原那么-------------------------------------18
7.3车间各处距离设置-------------------------------19
7.4生产车间设计-------------------------------------19
7.4.1车间组成--------------------------------------19
7.4.2电镀车间生产设备布局要点----------------------19
7.5电镀车间平安操作规程----------------------------20
参考文献---------------------------------------------21
1课程设计任务说明
1.1设计题目
钢铁零件外表电镀光亮镍工艺流程设计
1.2设计技术参数
零件名称：
钉子等；
零件材料：
碳钢；
电镀镍层厚度：
20微米；
每天处理量：
200公斤；
单槽处理量：
10公斤。
1.3设计要求
设计钢铁零件外表电镀光亮镍的工艺流程，包括前处理、电镀、后处理的详细操作工艺条件、溶液配制方法、考前须知、工艺管理规程。
原材料供给厂家、价格
生产规模、生产本钱、利润
流程合理、符合标准
2光亮镀镍工艺
电镀光亮镍的镀液与电镀普通镍根本一样，其主要成分包括主盐、缓冲剂、电导盐、阳极活化剂以及润湿剂，所不同的是电镀光亮镍镀液中必须添加光亮剂。
光亮剂由两种或三种组合，他们的功能也稍有差异，有的只起光亮作用，有的具有光亮和整平作用，而辅助光亮剂那么起着提高出光速度和整平速度的作用。
目前所指的光亮镀镍工艺是指既能得到镜面光泽的外观，又具有优良整平性的镀镍工艺。
根据镀液的性能和用途，镀镍液可以分为低浓度的预镀液、普通镀液、瓦特液和滚镀液。
3钢铁零件外表电镀光亮镍工艺流程设计
3.1设计依据
根据设计任务书，镀件为钉子〔小零件〕，因此，选择可以满足小零件的电镀方法〔滚镀〕，并且要求镀液有良好的导电性和覆盖能力。
常用镀镍液的电流效率大约在95%左右。
表1当电流效率=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
1.0
1,2
1,5
2.0
2.5
3
4
1
2
3
4
5
10
15
20
25
30
40
50
10.3
20.5
31
41
51
103
154
205
256
308
410
513
6.4
12.8
19.2
25.6
32
64
96
128
160
192
256
321
5.1
10.2
15.4
20.5
25.7
51
77
103
128
154
205
257
4.3
8.6
12.8
17.1
21.4
43
64
86
107
128
171
214
3.4
6.8
10.3
13.7
17.1
34
51
68
85
103
137
171
2.6
5.1
7.7
10.3
12.8
25.6
38
51
64
77
103
128
2.1
4.1
6.2
8.2
10.3
20.5
31
41
51
62
82
103
1.7
3.4
5.1
6.8
8.6
17.1
25.7
34
43
51
68
86
1.3
2.6
3.8
5.1
6.4
12.8
18.2
25.6
31
38
51
64
3.2工艺规选择
根据电流密度，选择光亮镀镍〔滚镀〕工艺规见表2
表2滚镀光亮镍工艺规
工艺规
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原材料检查→1滚光→2化学除油→3热水洗→4冷水洗→5酸洗去锈→6冷水洗→7中和→8冷水洗→9电解除油→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光亮镀镍〔滚镀〕→16回收→17冷水洗→18冷水洗+喷淋→19硝酸出光→20冷水洗→21钝化→22冷水洗+喷淋→23烘干→24检验包装
3.3制定工艺卡片
序号
工序名称
配方及其他〔温度、时间及其他条件〕
0
原材料检查
容：
检查零件是否符合外观规格，是否需要机械整平。
要求：
在正式开场工作前必须完成，此道工序不计入总流程。
1
滚光〔如需机械整平〕
将原材料和磨料一起放入滚筒进展机械整平
2
化学除油
NaOH30g/L海鸥洗涤剂3mL/L
Na2CO340g/LNa3PO4·12H2O40g/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
酸洗去锈
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
电解除油
NaOH60g/L
温度80℃
电流密度10A/d时间60s
10
热水洗
温度80oC时间5s
11
冷水洗+喷淋
工件出槽时喷淋自动开启时间5s
12
酸活化
工业盐酸（37%HCl）200mL/L时间6s
13
冷水洗
时间5s
14
冷水洗+喷淋
工件出槽时喷淋自动开启时间5s
15
光亮镀镍
配方及操作条件见表2
16
回收
冷水回收镀液时间10s
17
冷水洗
时间5s
18
冷水洗+喷淋
工件出槽时喷淋自动开启时间5s
19
硝酸出光
硝酸50g/L
工业盐酸（37%HCl）100mL/L
温度室温时间5s
20
冷水洗
时间5s
21
钝化
硅酸钠（40%）40g/L
硫酸（98%）3g/L
过氧化氢（38%）40g/L
硝酸（10%）5g/L
pH值2—3
时间20s
缓蚀添加剂1-羟基亚乙基二磷酸（50%）5g/L
次氮基三甲磷酸（50%）5g/L
乙二胺四亚甲基磷酸盐（50%）5g/L植酸5g/L
22
冷水洗+喷淋
工件出槽时喷淋自动开启时间5s
23
烘干
时间60s
24
检验包装
容：
抽样检验成品，贴标签，包装。
要求：
于仓库完成，不计入总电镀流程
3.4计算
3.4.1确定单次生产时间
根据表2，光亮镀镍阴极电流密度为2-5A·dm-2,阴极电流密度选为3.0A·dm-2,镍层厚度为20微米，查表1可知单次光亮镀镍所需时间为34min。
根据所制定的工艺卡片可知电镀前处理和镀后处理所需时间为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镍的电化当量
K=58.69÷2÷26.8=1.095g/（A·h）
3.4.3确定生产时间
⑴综合考虑到工人体力、福利等各方面因素，选择采取两班制，即每日工作时间为早起8点至晚间24点，有效工作时间共16h〔960min〕。
⑵考虑到有废品出现，选择取废品率为1%。
那么实际日处理量应到达202公斤。
⑶单独光亮镍电镀时间为34min，整个流程为38.7min。
可以看出整个流程中电镀时间最长。
由于是采取全自动连续加工，那么除每天第一次工作流程按全时45min〔考虑有不可知因素存在取空余时间6.3min然后取整〕算。
根据以上三点，全天可以电镀次数为960÷40=21次〔向下取整〕，单槽处理量要求为10公斤，21×10=210公斤，实际日处理量要求为202公斤，因此设置一个电镀槽，一条自动生产线即可完成额定目标。
综合考虑后该生产时间安排满足各方面要求，那么确定生产方式及时间安排如下：
工人班组
3组
工作班次
2班
生产线
1条
工人每日工作时间
8h
工人平时上班时间安排
上两天休息一天
3.5生产设备选择
3.5.1热水清洗槽
热水清洗槽通常由钢体槽及蒸汽加热管组成，槽体上设有排水口和溢水口，由于热水槽容易沉积水垢，一般应该把排水、溢水管管径适当地选大一些。
加热管一般均匀布置在槽体侧壁，以便在换水清洗槽体时去除沉淀在槽底的污物和掉在槽底的零件。
3.5.2冷水清洗槽
冷水清洗槽通常是由碳钢焊接而成，对清洗酸性溶液处理后的零件，一般采用硬聚氯乙烯塑料制成或用其他耐腐蚀材料制造，采用逆流清洗方式，并安装空气搅拌棒。
3.5.3化学除油槽和电解除油槽
化学除油槽通常由刚槽体及蒸汽加热管组成，除油溶液为碱性，工作温度为70-90oC,并在底部设计压缩空气搅拌管搅拌溶液，以提高溶液浓度和温度的均匀性，促进除油过程。
电解除油槽，设置加热装置及吸风罩。
针对可能产生的悬浮泡沫，设溢流室，用循环泵除去油污。
同时设置导电极棒装置。
3.5.4酸洗槽
酸洗槽分为常温酸浸蚀槽和热酸浸蚀槽，根据所制定的工艺卡片，选择常温酸浸蚀槽，常温酸浸蚀槽仅有一个槽体，大型槽体用钢槽衬软聚氯乙烯塑料或钢框架套衬硬聚氯乙烯塑料构成。
3.5.5弱碱中和槽
无需吸收、加热、搅拌、溢水等装置，溶液也不需要经常更换。
外部用碳钢焊接制成，部无衬里。
3.5.6电镀槽
电镀槽是电镀设备中最根底的配套，材料有PP材质、PVC材质、PVDF材质、玻璃钢槽材质、不锈钢槽材质、砌花岗岩材质、聚四氟乙烯材质〔可以在任何酸里使用〕等各种材质的槽体。
电镀槽用来装置溶液，用于电镀金属等。
阴极移动电镀槽由钢槽衬软聚氯乙烯塑料的槽体、导电装置、蒸汽加热管及阴极移动装置等组成。
槽体也可用钢架衬硬聚氯乙烯塑料制造，槽体构造的选择取决于电镀槽液的性质和温度等因素。
它由电动机、减速器、偏心盘、连杆及极杆支承滚轮组成。
槽子主要构件包括槽体、溶液加热及冷却装置、导电装置和搅拌装置等。
槽体有时直接盛装溶液如热水槽等,有时作衬里的基体或骨架如钢槽的根本要不渗漏和具有一定的刚度与强度，以免由于槽体变形过大造成衬里层的破坏；钢槽底面应离地面100㎜~120㎜，以防腐蚀严重。
该流程要求滚镀光亮镍，并且要求使用阴极移动电镀槽。
3.5.7钝化槽
设置压缩空气鼓入装置，外部用碳钢焊接制成，部衬5mm软聚氯乙烯塑料。
3.5.8烘干槽
设置加热烘干装置，部不装液体，外部用碳钢焊接制成，部无衬里。
3.5.9各项辅助设备具体设置
⑴加热装置采取蛇型加热管深入镀槽中，管通入热蒸汽的方式加热。
⑵搅拌是采用鼓入压缩空气的方式推动溶液加快流动。
⑶排水口在槽体底部，溢流口在槽体上部，管口与液面齐平而低于槽口。
废水由管口溢入管，导入下水道，这样以保持地面枯燥。
溢流管设在槽或槽外。
⑷电镀槽的绝缘：
钢制镀槽与地面接触绝缘，用绝缘瓷座、耐酸瓷砖或浸过沥青的砖块作槽体垫脚。
蒸汽管及回水管接到镀槽的加热管处，用绝缘接头或耐热橡胶管绝缘。
用塑料或玻璃的吸风罩，防止漏电。
4工艺质量控制
4.1镀层厚度的测试
考虑到检验时间应尽量短，同时要保证较高的准确度，那么综合考虑后选择X射线光谱测定法〔X射线荧光法〕来快速测量成品镀层厚度是否满足8um的要求。
每日抽样测2次。
其原理为：
当X射线照射到一种金属外表时，金属就会产生二次射线。
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，本方法可用于测定任何金属或非金属基体上约15um以金属镀层的厚度。
它可以测量极小的面积和极薄的镀层厚度〔百分之几微米〕。
对平面的、不规那么形状的零件均可测量，也可同时测量多层镀层的厚度。
4.2镀层结合强度测试
由于评定镀层与基体金属结合强度的方法很多，但定量测定较困难。
目前常用的是一些
定性的试验方法，那么应该选择抽检的方式进展。
综合考虑后选择摩擦抛光试验。
每日抽样测1次。
其原理为：
在面积的镀层外表上，用一根直径为6mm、末端为光滑半球形的圆钢条作工具摩擦15s，摩擦时所施加的压力只限于擦光而不能削割镀层，随着摩擦的继续进展而出现长大的鼓泡，那么说明镀层结合强度差。
4.3镀层耐蚀性的测试
采取人工加速腐蚀试验中的盐雾试验进展抽样检测。
根据表3可知选择中型盐雾试验。
每日抽样测1次。
表3各种盐雾试验规
类型
条件
中性盐雾实验
GB6458-86
ISO37658-1976
醋酸盐雾实验
GB6459-86
ISO-3769-1976
铜盐加速盐雾实验
GB6460-86
ISO3770-1976
盐溶液
NaCl
45-55g/L
NaCl
45-55g/L
加醋酸调pH
NaCl45-55g/L
CuCl2·2H2O0.24-0.28g/L
加醋酸调pH
溶液pH值
6.5-7.2
3.1-3.3
3.1-3.3
箱温度〔oC〕
33-37
33-37
48-52
喷雾方式
连续喷雾
连续喷雾
连续喷雾
盐雾沉降率
1.0-2.0mL/
（h·80cm2）
1.0-2.0mL/
（h·80cm2）
1.0-2.0mL/
（h·80cm2）
收集的雾液
NaCl
40-60g/L
pH6.5-7.2
NaCl
40-60g/L
pH3.1-3.3
NaCl
40-60g/L
pH3.1-3.3
实验周期〔h〕
2、6、24
48、96、240
480、720
4、8、24
48、96、144、240
360、480、720
2、4、8、16、24
48、72、96、144
240、480、720
适用围
适用于金属镀层和非金属材料的无机或有机涂层的腐蚀性能的检验和鉴定，但不能作为镀层寿命实验，也不能用于不同金属耐大气腐蚀的比拟
适用围与中性盐雾适用围一样，只是腐蚀速度快，可以缩短检验周期，也适用于铝或铝合极氧化层耐蚀性检验
本方法是目前国际上对钢件和锌压铸件上的装饰性镀层加速腐蚀实验的通用方法，也适用于铝或铝合极氧化层耐蚀性检验
4.4镀层孔隙率的测试
考虑到尽可能的操作简便，故而选择腐蚀法中的湿润滤纸贴置法。
每日抽样检测4次。
4.5镀液控制
整个工艺过程中各种溶液成分始终在不停地变化，需用霍尔槽试验每时检测一次，如果发现有成分即将或已经缺乏的情况时要尽快按规操作及工艺要求添加试剂。
其原理为：
在电镀过程中，为了维持添加剂的正确配比，应经常掌握实际消耗量。
但由于添加剂大多数是复杂的有机物，通常的化验手段很难检定。
霍尔槽试验操作较简单，是一种试验效果好、所需溶液体积小的小型电镀试验槽。
它可以较好地确定获得外观合格镀层的电流密度围及其他工艺条件〔如温度、pH等〕，用于研究溶液主要组分和添加剂的影响，帮助分析溶液产生故障的原因。
此外，利用霍尔槽还可以测定镀液的分散能力、整平性及镀层的应力。
因此，霍尔槽试验在电镀工艺试验研究和现场生产质量控制方面都得到了广泛地应用。
4.6操作考前须知
一是正确取样；二是化验的根本操作要规；三是严格按照工艺卡片指定的工艺进展。
5原材料供给厂家、价格、利润
5.1原材料供给厂家及价格
碳钢钉供给厂家及材料价格：
省正大金属制品1.5元/kg
电镀、前处理、后处理所用化学药品供给厂家及药品价格：
南试化学试剂各药品以及价格列与表4
表4所需化学药品价格表
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
过氧化氢
0.71
1-羟基亚乙基二磷酸
1
次氮基三甲磷酸
100
乙二胺四亚甲基磷酸盐
90元/g
植酸
25
5.2本钱及利润计算
镀前及镀后处理本钱计算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
镀液本钱计算
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
原材料本钱计算
1.5×200=300元
利润计算
定价8元/kg
日利润8*200-425-240-300=635元
年利润635*365=24万元
6环保要求与清洁化生产
6.1“三废〞的产生及危害
在光亮镀镍工艺中要使用大量的化工药品。
这些药品中有些本身具有毒性，有些在使用过程中会产生有毒物质。
这些有毒物质会通过大气、废水和废渣的形式对环境造成污染，从而对人类的生存造成危害。
〔1〕废气光亮镀镍工艺中的废气主要有氯化氢〔盐酸气〕、碱雾、氮氧化物。
他们来自于镀前处理中的碱雾与酸雾以及钝化处理中。
这些气体会对人的呼吸系统造成刺激和损害，同时也会腐蚀车间设备。
〔2〕废水在整个光亮镀镍过程中，各个工序都有废水产生。
在前处理中有酸、碱废水产生。
在电镀过程中有含氯离子、镍离子、铵离子等的废水产生。
在镀后处理中有含酸根、络离子、镍、铜、银等重金属离子产生。
这些废水量大，必须进展治理。
〔3〕废渣在处理这些废水过程中，会产生各种污泥，形成废渣。
这些废渣是不能随便丢弃的，要进展处理。
6.2“三废〞的治理
电镀废水主要包括电镀漂洗废水、钝化废水、镀件酸洗废水、刷洗地坪和极板的废水以及由于操作或管理不善引起的“跑、冒、滴、漏〞产生的废水，另外还有废水处理过程中自用水的排放以及化验室的排水等。
鉴于废水是整个工艺过程中的主要污染物，故而应在车间附近建造专门有针对性的废水处理区。
其作用就是及时处理整个电镀厂区排出的废水，达标后返回车间已到达水循环利用的目的。
鉴于整个工艺流程中产生的废气主要有酸雾和碱雾两种，同时考虑到本钱问题，故而采取抑制方法。
其主要操作就
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