电流与电场对结晶器铜板上电镀镍与其合金镀层性能的影响

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要结晶器是板坯连铸生产中的关键部件，其技术性能直接影响到铸坯的表面质量，连铸作业率等。上海宝山钢铁集团公司机械厂结晶器铜板电镀电流密度小，产能尚未得到充分发挥，因此增大电镀电流密度，提高生产效率，具有重要的实际意义。本文从工程应用出发，研究提高电镀电流密度的可行性，另外，设计了新型的阴极屏蔽装置，可以有效减少金属资源的浪费。本文详细研究了电流密度对结晶器铜板上电镀Ni及其合金镀层性能的影响。分别使用显微硬度仪、金相显微镜、表面粗糙度仪、铜库仑计以及螺旋测微仪等测试镀层相关性能。结果表明，对于氨基磺酸型Ni

2、、Ni-Fe镀层，电镀电流密度提高10%，硫酸型Co-Ni镀层，电镀电流密度提高5%以后，3种镀层的维氏硬度、表面形貌、表面粗糙度、镀液电流效率变化不明显，都在标准范围之内。镀层厚度均匀性随电镀电流密度变化明显，分别下降了19%，22%和66%。能谱(EDS)测试表明Ni-Fe合金镀层中Fe元素含量随电镀电流密度上升而上升，Co-Ni镀层成分不变。使用X-射线衍射(XRD)测试研究镀层结构，结果表明3种镀层的晶体学常数及镀层择优生长晶面随电镀电流密度没有变化。以上结果表明3种镀层提高电流密度具有可行性。研究了阴阳极配置等电场因素和镀液搅

3、拌强度对镀层性能的影响。结果显示电场对镀层性能的影响也集中体现在厚度均匀性上，当阴阳极面积比为1.1~1.2，阴阳极间距增大20%，使用导电性辅助阴极或PVC遮挡板时都有利于均匀的镀层厚度分布。增大镀液搅拌强度可少量提升镀层的硬度，显著改善镀层表面形貌，少量增加Ni-Fe合金镀层中Fe元素的含量。本文将基于ANSYS的有限元分析方法应用于电镀槽中电场的模拟与计算，并且用实验对ANSYS计算结果进行了验证。研究结果表明，使用ANSYS软件的前处理模块进行建模，采用自由网格划分工具，对阴阳极各自加载电压，计算阴极表面电场分布，计算结果与实验

4、结果相符。进一步使用此方法研究了辅助阴极及阴极形状等对电场分布的影响，并通过使用宝钢工作镀槽相关参数建立有限元模型，设计了一种可以工业化应用的具有良好电场屏蔽作用的新型屏蔽装置。关键词镍及其合金镀层；电流密度；电场；有限元；ANSYS-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCrystallizerisakeycomponentinthecastofslabmould,itsperformancehasgreatimpactonsurfacequalityofslabmouldandproductionefficiency.S

5、hanghaiBaosteelEquipmentMaintenanceCompanyhasthebiggestyieldofcoppercrystallizerelectrodepositinChina,butitsproductionefficiencycan’tsatisfythedemandofclient,productioncapacityisn’texertedadequately,soincreasingthecurrentdensityofelectroplatingandimprovingproductioneffic

6、iencyhavegreatsignificance.Furthermore,alotofmetalresourcesuchasNiandCoisconsumedontheassistantcathodeintheprocessofelectroplating,it’saseverewaste.Sodeviceofnewkindofassistantcathodeequipmenttoreducewastehasgreatpracticalsignificance.Theeffectsofcurrentdensityontheperfo

7、rmanceofNianditsalloycoatingswereresearcheddetailedly.Microhardnessinstrument,microscope,roughnessinstrument,coppercoulombandmicrometerwereusedtotestthecoatings.Theresultsshowedthataftercurrentdensityincreasedof10%forNiandNi-Fefromsulphamateelectrolyteand5%forCo-Nifromvi

8、triolicelectrolytes,theperformanceof3coatingschangedlittle,onlythicknessuniformityofcoatingshadobviousc