[发明专利]一种连铸结晶器铜板镍锰合金电镀层及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，特别涉及一种连铸结晶器铜板镍锰合金电镀层及制备工艺。

背景技术

随着钢铁工业的飞速发展，连铸结晶器的性能向着高拉速、高机械强度、良好导热性、高硬度、高耐磨性和耐蚀性的方向发展，铜结晶器是第二大冶金耗材，铜及铜合金又资源紧张，采用表面处理技术提高结晶器铜板表面的耐磨性和耐热性，是提高经济效益和生产效率的根本措施之一。

在现有诸多结晶器表面处理技术中，工艺成熟、设备投资少、生产费用低、原料利用率高的仍为电镀技术，其中，电镀单金属如常规的纯Ni镀层，虽与基体结合力好，但镀层硬度低，不耐磨，影响结晶器的使用寿命。电镀二元合金中，如Ni-Fe合金层虽提高了耐磨性，但脆性较大，内应力较大，与基体的结合力不够好，易出现高温热裂纹；Ni-Co镀层使用寿命仅是纯Ni 的2倍左右，但由于Co含量高，成本昂贵，合金脆性较大、内应力较大，抗交变热应力性能差，腐蚀性不好，生产工序繁多，应用受限。其它如电镀三元合金和复合镀层等技术，虽然性能优异，但大多都停留在研究阶段，无法进行规模化生产与应用。所以，仍需开发新的二元合金镀层，弥补现有二元合金镀层的不足，与三元合金和复合镀层等技术相比，在规模化生产应用上更具有可行性。

Mn作为一种镍合金的有效的强化元素，价格便宜，但关于镍锰合金应用于连铸结晶器中的资料，基本没有。因为虽然Mn能细化电镀层晶粒，提高镀层的强度与硬度，且能够降低Ni中的杂质S含量；但锰含量过高，电镀层内应力会显著升高，内应力高会增加镀层硬度，在一定范围内使镀层的耐磨性提高，但超过一定值后，镀层易开裂；在应力突变的部位，容易产生应力集中的腐蚀；在纳米镀层制造中,易引起加工部件变形。

在文献《喷管的镍锰合金电铸及其开裂问题的研究》中，曾提及关于镍锰合金的电铸液，该文献证明电铸层的开裂不是由于锰含量过高（超过了0.5%）造成的，只要确保阳极材料杂质锌含量，可以选用纯度更高的镍块或使用除杂剂；电镀与电铸基本原理一样，所以对电镀技术仍具有一定的参考意义。但电镀与电铸的目的，以及电解液的成分含量、添加剂含量等方面均不同，镍锰合金目前主要用于钻探用的金刚石钻头以及微机电系统和航天发动机的推力室外壁，如何能够规模化实际应用于连铸结晶器领域，实现两个无关联领域的跨度，以及如何控制电镀工艺条件和镀液成分，从众多镀液添加剂选出合适的添加剂，最大化减少镀液杂质和降低镍锰合金的内应力，避免镀层的开裂，获得细小致密、高耐腐蚀性的镍锰合金镀层，获得经济效益和实现规模化应用，都是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了弥补上述不足，提供一种连铸结晶器铜板镍锰合金电镀层及制备工艺，这种镍锰合金电镀层具有内应力低、孔隙率低、硬度较高、与基体结合强度大、高温耐磨性优越、热导率低，可以极大的提高连铸结晶器铜板的使用寿命，改善连铸板坯的质量。

一种连铸结晶器铜板镍锰合金电镀层及制备工艺，所述镍锰合金镀层含有镀层质量88～99.8%的镍和0.2～12%的锰，厚度为0.2～4.0mm，镀态显微硬度500～850 HV；

所述制备工艺包括以下步骤：

①基体电镀前处理：连铸结晶器铜板基体进行化学脱脂除油，机械喷砂，电解脱脂除油，固定电镀辅助工装，盐酸喷淋活化处理；

②配置电镀液：在电镀槽中配制含有镍锰合金材料的复合电镀液，所述复合电镀液组成为：    

氨基磺酸镍            250～600g/L，

氨基磺酸锰            3～50 g/L，

氯化镍                5～20g/L， 

硼酸                  22～38g/L，

糖精钠                1～5g/L，

烯丙基磺酸钠          0.5～3g/L，

十二烷基硫酸钠：      0.1～1g/L；

③电镀Ni-Mn合金镀层：用氨基磺酸调节电镀液PH值为3.0～ 5.0,电镀液温度控制在40～65℃；将结晶器铜板作为阴极，阴极电流密度控制在1～15A/dm²，阳极材料为含S 0.015%～0.06%（质量）的镍饼，搅拌方式为循环泵或压缩空气搅拌；电镀至所述的Ni-Mn合金层厚度达到设定厚度后自动停止电镀。

所述氨基磺酸锰的添加，采用电磁计量泵按每千安培电流的规定量连续添加；