专利名称：一种薄板表面镀铬的方法
技术领域：
本发明涉及一种钢板表面镀铬的处理方法，尤其涉及一种薄板表面镀铬的方法。
背景技术：
一百多年来，镀锡钢板一直是主要的罐头容器材料和外壳等包装材料，全世界目 前年产量大约2000万吨，但由于锡资源有限，于是人们就开始试制薄板表面不镀锡的“无 锡钢板”，来代替镀锡板。在研究其他表面处理薄板钢板的开始时期，大多是“转化涂层”即在水溶液中使铁 表面产生化学转化层，试制了浸渍铬酸处理钢板、电解磷酸盐处理钢板等、也曾试制过镀镍 钢板、真空镀铝钢板等，这些材料同电镀锡板相比，耐蚀性不够好，工艺处理时间比镀锡时 间长得多，生产工艺设备复杂，不能符合大规模工业性生产和使用的要求。随后，日本首先成功地获得一种特殊的“无锡钢板”——电镀铬酸处理钢板，其特 点为其表面由极薄的金属铬层和水合氧化铬层复合构成，该技术立即受到广泛的重视和采 用，美、英、西德、法国等很快相继生产和使用。查阅公开发表的资料，带钢表面镀铬的工艺在国际上有两种方法，即一步法和两 步法。两种方法的工艺和设备配置完全不同。一步法设备配置较为简单，但无法准确控制金 属铬和氧化铬的量金属铬太多(大于250mg)，产品的耐蚀性不一定提高，不仅增加成本， 而且过多的镀层在加工变形时由于其脆性而容易产生微裂纹，反而有损于产品成型制罐后 的耐蚀性；氧化铬太多，使产品的颜色发暗，影响外观；氧化铬太少，多孔粘结性差。根据资料介绍和生产使用经验表明，氧化铬层对于产品的耐蚀性和其它能来说同 金属铬层同样重要，金属铬层的孔隙可被非晶质的水合氧化铬层封闭，从而提高耐蚀性，此 复合层又共同提供了优良的涂料附着性和涂后的耐蚀性。所以，在生产过程中最关键的是 准确控制各工艺参数，以保持复合层的合适组成，此表层的组成为 冷轧薄板厂电镀铬机组镀铬板机组是引进日本新日铁工艺技术，在带钢前处理的 基础上，采用CrC^+NH/镀液，通过两步法获得性能优良的镀铬板，即首先在1个预浸槽4电 镀槽和2个回收槽内对镀液浓度、温度、电流密度等参数进行设定和控制获得金属铬层，然 后通过第二步，在1个预浸槽和1个氧化铬槽(氧化铬槽在两步法中是用来电镀氧化铬，在 一步法中是调整镀铬板表面色泽)内再次对镀液浓度、温度、电流密度等参数进行设定和 控制获得氧化铬层。两步法虽然可以较为准确控制金属铬和氧化铬的量，不会因为过多的金属铬影响 镀铬板经过加工变形后的耐腐蚀性，或是过多的氧化铬使表面色泽发暗，影响外观；但投 资、生产成本相对较高，环保排放压力较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄板表面镀铬的方法，在两步法设备配置基础上，通过 工艺参数、流程优化，同步生成金属铬和氧化铬，最后通过水溶液调节氧化铬总量，形成性 能色泽明亮的镀铬板。本发明的技术方案如下在现有设备配置的条件下，通过对前处理酸洗工艺以及 电镀参数进行优化，特别是碱洗、酸洗溶液浓度控制、电镀段电流效率、电镀浓度进行严格 控制，同时将电镀回收槽镀液放空，置换脱盐水，关闭电镀氧化铬槽体整流器，仅仅依靠4 只电镀槽生成金属铬层和氧化铬层，形成合格的电镀铬钢板。本发明的目的是这样实现的一种薄板表面镀铬的方法，其包含以下步骤1)碱洗包括a)碱液浸洗、b)电解清洗、c)碱冲洗；2)酸洗包括a)电解酸洗、b)酸冲洗；3)电镀包括a)镀铬、b)冲洗；4)涂油。优选地，所述步骤l)a)中碱液为活性碱，浓度为30士5g/l，碱液温度45士5°C。优选地，所述步骤1) a)中碱液还添加电解清洗添加剂25 (低温清洗剂)，添加的量 为每lm3碱液加3kg电解清洗添加剂。优选地，所述步骤l)b)中电解清洗中，电解液为活性碱，浓度为30 士 5g/l，碱液温 度45士5°C，电流密度设定标准=20士 10A/dm2，电极有效长度为1. 50 1. 70m、极板材质 =SS41、厚度15 18讓，极间距=上部40 士 3讓，下部40 士 3讓。优选地，所述步骤1) c)中碱冲洗是浓度为60ppm的低氯离子水流量1251/min以上压力2kg/cm2以上温度40°C士5。碱冲洗的目的是防止碱液进入酸洗槽，与酸液混合而发生中和和污染。优选地，所述步骤2)a)中电解酸洗液为硫酸，浓度25士3g/l，Fe++离子浓度25g/ 1以下，硫酸温度32士5°C，每个道次的电流值I = QVff/1, 200A其中，I :1个道次的相应电流AQ:通电量 c/dm2V 机组速度 m/minW:带钢宽度mm电极板材质铅锡合金极间距=上部40讓士3讓；下部40讓士3讓。优选地，所述步骤2)b)中酸冲洗是用氯离子60ppm以下的水冲洗流量2001/min以上循环泵流量lm7min压力2kg/cm2以上温度30°C士5。页酸冲洗的目的是在酸洗后通过浸渍和喷淋去除带钢表面的酸洗残余物。一定量的 硫酸根离子混入到镀液中是可以接受的，但是过量的混入会产生不好的影响。优选地，所述步骤3)镀铬采用依次排列的1个预镀槽，4个电镀槽，2个回收槽，1 个预浸槽，1个电镀槽和3个清洗槽。电镀机组采用特制的镀铬极板，其有效长度为500mm，电解液属强酸型六价铬溶 液，六价铬在水溶液中主要以重铬酸根和铬酸根两种形式存在。在电解液(Cr03)浓度 为150g/L，高电流密度的条件下，在带钢通过极板有效面积区域发生Cr042_+8H++6e- = Cr+4H20反应，使金属铬层沉积在钢带上；而在电镀槽内未被极板有效面积覆盖的区域发 生Cr20广+14H+ ^ 2Cr3++7H20反应，使氧化铬层沉积在钢带上，从而达到一步法镀铬的 效果。一步法是在同一个槽体内发生两个不同的化学反应。其中，镀液中阴极过程生成的 三价铬虽不直接参与电极反应，但它们的存在和含量对镀铬层质量至关重要。三价铬是水 合氧化铬的重要组分，若含量低，胶体膜(氧化铬膜)难形成或者薄而多孔，硫酸易将其溶 解；三价铬浓度高的话，胶体膜厚而致密，硫酸难以溶解，铬层只能在原晶粒上长大，导致结 晶粗糙，镀层暗而无光泽，所以镀铬中一定要严格控制硫酸根离子和三价铬离子的浓度。另 外镀液的温度也及其重要，温度过高会导致氧化铬层厚度难以控制，温度过低会导致金属 铬电镀效率下降。具体条件为(1)预浸槽和电镀槽溶液浓度Cr03 150 士 5g/l ；NH4F 3.5±0.2g/lCr3+ 彡 5g/lFe3+ 彡 5g/lCF ( 30ppmH2S04 彡 0. 09g/l(2)温度37 39 °C(3) 1#回收槽脱盐水(Cr03微量)温度40 50°C
(4) 2#回收槽脱盐水(Cr03微量)温度40 50 V(5)调整槽(带稀溶液的槽子，调整氧化铬的最终含量)溶液条件Cr03 75 士 3g/lNH4F 1.5 士 0.2g/lH2S04 彡 0. 08g/l(6)电镀电流条件电镀电压30V电流密度 100 120A/dm2电流效率20%电镀电流
G ■ V ■ W1 =- X 9.65X10-2
60 ■ c ■ n G (mg/m2) =〔 C (g/F) /96500 (C)〕XI (A) /ff (mm) X 60/V (mpm) X n X 1061(A) = G (mg/m2) X W (mm) X V (mpm) /C (g/F) X 60 X n X 96500 (C) X 1(T6= G (mg/m2) X W (mm) X V (mpm) /C (g/F) X 60 X n X 9. 65 X 1(T2其中I:总电流AG:理论镀铬量mg/m2V:工艺段速度m/minW 板宽 mmC:铬电化学当量=52.01/6 g/Fn 阴极电流效率假设镀铬量为70mg/m2，板宽800mm，n 0. 2，工艺段速度 400mpm，则电镀总电流为 电流密度电流密度范围100 120A/dm2X104其中Dk表示电流密度；L表示极板长度；W表示带钢宽度 优选地，所述步骤3) a)中阳极板采用边部遮挡结构，有效面积为500mmX 1200mm。优选地，所述步骤4)静电涂油机通过旋转式雾化器将油雾化，雾化器与高压供电 连接在一起，使雾化的油粒子带上电荷。在旋转式雾化器的作用下，油微粒形成一个均勻的 分散烟雾，由于同性电荷排斥和异性电荷吸引的原理，烟雾中带电粒子和接地带钢之间的 形成静电引力，雾化油被吸附到移动的带钢上。雾化油的均勻性保证了在整个带钢宽度上 的均勻沉积。涂油量可以根据用户需要进行设定，设定范围为1. 25 12. 5mg/m2。本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效 果1)本发明通过工艺流程和工艺参数优化，实现一步生产带钢表面镀金属铬和氧化 铬最佳组合的电镀铬钢板，使镀铬后的钢板具有镀着量小、生产成本低、涂料附着性好、耐温性及耐硫耐碱性好的特点；
2)本发明充分利用氟化氨添加剂的优势，克服了传统一步法工艺的弱点，可以获得镀层明亮1均匀的镀铬板，进一步提高镀铬板表面质量；
3)本发明通过降低酸洗浓度1关闭镀氧化铬单元1用清水替代回收槽循环镀液等工艺流程及参数调整，可以节省能耗，降低环保排放压力，降低生产和维护成本。
以下结合附图和具体实施例来对本发明作进一步说明。
图l为使用本发明的薄板表面镀铬的方法形成的电镀铬钢板断面 图2为现有碱洗工艺设备配置 图3为现有酸洗工艺设备配置 图4为现有电镀工艺设备配置 图5为阳极板布置 图6为阳极板结构 图7为不同添加剂的镀铬板粘结性对比 图8为不同添加剂的镀铬板表面外观对比图。
图中预浸槽l1电解槽21洗刷槽31冲洗槽41电解酸洗槽51冲洗槽61预浸槽71电镀槽81回收槽91调整槽lo1冲洗槽111阳极131带钢141阳极遮挡板151有效面161导电排(铜制)181油膜191氧化铬层201金属铬层2l1钢板2具体实施方式
本发明的实施例的具体步骤以及工艺参数如下
一1碱洗
如图2所示，该设备使带钢经过溶液去处粘附在带钢表面的油和污物，它包括一个预浸槽l，浸洗带钢进行初步脱脂；2个电解槽2，通过安装在电解液中带钢两面的电极作用进行脱脂；1个刷洗槽3进行物理脱脂；2个冲洗槽4，通过高温水喷淋去除带钢表面的碱液。
l1碱浸洗
碱浓度活性碱35g／l
溶液温度45℃
添加剂电解清洗添加剂25(低温清洗剂)；
21电解清洗
液体活性碱
温度45℃
浓度35g／L
电源8．OKA，30V，2套
电极1200ram宽，1650ram长，16mm厚，数量8块
电解电流密度设定标准20A／dm’
31刷洗0114]液体活性碱
0115]温度45°C
0116]浓度35g/L
0117]4、冲洗
0118]液体脱盐水
0119]温度45°C
0120]浓度微量
0121]流量1301/'min以上
0122]二、酸洗段
0123]如图3所示，为了去除带钢表面的氧化物，带钢将进入流酸溶液中，同时由装在溶 夜槽中带钢两边的电极进行电解酸洗。它由两个电解酸洗槽5、两个冲洗槽6组成。冲洗槽
中喷淋出高温水冲洗掉硫酸根离子。
0124]1、电解酸洗
0125]浓度25g/l
0126]溶液硫酸
0127]Fe3+离子浓度25g/l以下
0128]温度32°C
0129]阳极1200醒宽，1650匪长，30匪厚，数量8块
0130]基体材质，Pb_Sn+SS400
0131]2、酸洗冲洗
0132]液体脱盐水
0133]温度32°C
0134]浓度微量
0135]、流量2301/'min
0136]压力2.8kg/cm2 温度
0137]水质氯离子(Cl_)30ppm
0138]三、电镀0139]如图4所示，由1个预浸槽7、4个电镀槽8、2个回收槽9、2个调整槽10，3个冲洗 槽11组成。通过在不溶性阳极，带钢作阴极的电镀液中建立电解电流，在带钢表面电镀铬。
0140]1、电镀铬溶液条件0141]预浸4曹和电镀槽溶液浓度0142]Cr03150g/l ；0143]nh4f3. 5g/l0144]Cr3+3g/l0145]Fe3+2g/l0146]cr15ppm0147]h2so40.08g/l0148]温度:39°C0149]1#回收槽脱盐水，温度45°C
2#回收槽脱盐水，温度45 °C调整槽槽溶液条件Cr03 77g/lNH4F 1. 5g/lH2S04 0 . 06g/l2、电镀电压30V电流密度 100A/dm2电流效率 20%阳极13的布置和结构如图5、图6所示，阳极板上设有阳极遮挡板15，有效面16 露出，带钢14从两个阳极13中间穿过。四、涂油涂油量设定4mg/m2。使用本发明的薄板表面镀铬的方法形成的电镀铬钢板断面图如图1所示在钢板 22上依次镀有金属铬层21、氧化铬层20，表层为油膜19。以下表为采用本发明的方法进行实践取得成功的实施例，产品规格如实施例1、2、 3、4
10
〔0165:1 如图7所示，本发明的镀铬板与现有技术的A、B公司的镀铬板在粘结性上有很大 的提高，涂料附着性好。如图8所示，镀层的明亮度也有显著改善，提高了镀铬板的表面质 量。而且，按照本发明方法对薄板表面进行镀铬，可以准确控制金属铬和氧化铬的量，实现 一步生产金属铬和氧化铬最佳组合的电镀钢板。同时，它还可以节省能耗，降低环保排放压 力，降低生产和维护成本，可广泛用于盖子、饮料食品罐、杂罐、美术罐、电饭煲、热水瓶、家用洗尘器的外壳等包装材料，因而具备良好的推广及应用前景。 要注意的是，以上列举的仅为本发明的几个具体实施例，显然本发明不限于以上 实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出 或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
一种薄板表面镀铬的方法，其特征在于包含以下步骤1)碱洗包括a)碱液浸洗、b)电解清洗、c)碱冲洗；2)酸洗包括a)电解酸洗、b)酸冲洗；3)电镀包括a)镀铬、b)冲洗；4)涂油。
2.如权利要求1所述的薄板表面镀铬的方法，其特征在于步骤l)a)中碱液为活性 碱，浓度为30士5g/l，碱液温度45士5°C。
3.如权利要求2所述的薄板表面镀铬的方法，其特征在于步骤1)a)中碱液还添加电 解清洗添加剂，添加的量为每Im3碱液加3kg电解清洗添加剂。
4.如权利要求3所述的薄板表面镀铬的方法，其特征在于步骤l)b)中电解清洗中， 电解液为活性碱，浓度为30士5g/l，碱液温度45士5°C，电流密度设定标准=20士 10A/dm2， 电极有效长度为1.50 1.70m，厚度15 18mm，极间距=上部40 士 3mm，下部40 士 3mm。
5.如权利要求3所述的薄板表面镀铬的方法，其特征在于步骤1)c)中碱冲洗是用浓 度为60ppm的低氯离子水流量1251/min以上 压力2kg/cm2以上 温度40°C 士5。
6.如权利要求4或5所述的薄板表面镀铬的方法，其特征在于步骤2)a)中电解酸洗 液为硫酸，浓度25士3g/l，Fe++离子浓度25g/l以下，硫酸温度32士5°C，每个道次的电流 值I = QVff/1, 200A其中，1:1个道次的相应电流A Q 通电量c/dm2 V 机组速度m/min W:带钢宽度mm 电极板材质铅锡合金极间距=上部40讓士3讓；下部40讓士3讓。
7.如权利要求6所述的薄板表面镀铬的方法，其特征在于步骤2)b)中酸冲洗是用氯 离子60ppm以下的水冲洗流量2001/min以上 循环泵流量Im3Aiin 压力2kg/cm2以上 温度30°C 士5。
8.如权利要求7所述的薄板表面镀铬的方法，其特征在于步骤3)镀铬采用依次排列 的1个预镀槽，4个电镀槽，2个回收槽，1个预浸槽，1个电镀槽和3个清洗槽，具体条件为(1)预浸槽和电镀槽溶液浓度CrO3 150士5g/l ；NH4F 3. 5 士0. 2g/lCr3+ ^ 5g/lFe3+ ^ 5g/lCF ≤ 30ppm H2SO4≤ 0. 09g/l(2)温度37 390C(3)1#回收槽脱盐水(CrO3微量)温度40 50°C(4)2#回收槽脱盐水(CrO3微量)温度40 50°C(5)调整槽溶液条件 CrO3 75 士 3g/l NH4F 1.5 士 0.2g/l H2SO4 彡 0. 08g/l(6)电镀电流条件 电镀电压30V电流密度100 120A/dm2电流效率20%电镀电流 G (mg/m2) = (C(g/F) /96500(C) ) X I (A) /W (mm) X 60/V (mpm) X η XlO6I(A) =G (mg/m2) X W (mm) X V (mpm) /C (g/F) X 60 X η X 96500 (C) X 1(Γ6=G (mg/m2) X W (mm) X V (mpm) /C (g/F) X 60 X η X 9. 65 X 10_2其中I 总电流AG 理论镀铬量mg/m2V 工艺段速度m/minW 板宽mmC:铬电化学当量=52.01/6 g/F n 阴极电流效率 Dk 电流密度A/dm2。
9.如权利要求8所述的薄板表面镀铬的方法，其特征在于步骤3)a)中阳极板采用边 部遮挡结构，有效面积为500mmX 1200mm。
10.如权利要求9所述的薄板表面镀铬的方法，其特征在于步骤4)中采用静电涂油 机通过旋转式雾化器将油雾化，雾化器与高压供电连接在一起，使雾化的油粒子带上电荷。
全文摘要
本发明公开了一种薄板表面镀铬的方法，包含1)碱洗包括碱液浸洗、电解清洗、碱冲洗；2)酸洗包括电解酸洗、酸冲洗；3)电镀包括镀铬、冲洗；4)涂油四个步骤，充分利用CrO3+NH4F镀液的性能优势，通过对前处理酸洗工艺以及电镀参数进行优化，特别是碱洗、酸洗溶液浓度控制、电镀段电流效率、电镀浓度进行严格控制，克服了传统工艺的弱点，在带钢表面生成致密的金属铬和氧化铬层，实现一步生产带钢表面镀金属铬和氧化铬最佳组合的电镀铬钢板，获得镀层明亮、均匀的优良镀铬板。同时，本方法节省能耗，降低环保排放压力，降低生产和维护成本，为提升镀铬板竞争力创造了条件，故推广及应用前景良好。
文档编号C23G1/14GK101928966SQ20091005384
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月25日 优先权日2009年6月25日
发明者朱国和, 王文, 矫大鹏 申请人:宝山钢铁股份有限公司