电镀工艺(ISC)

SWRY半成品培训教材研发部钢线项目组201012工艺流程1放线脱脂炉子流沙床水冷碱洗水冲洗酸洗水冲洗镀铜水冲洗镀锌水冷MF(中频扩散)热水洗水冲洗磷酸浸水冲洗皂浸收线简介2中拉钢丝需要根据成品要求，进过热处理工艺。热处理的主要目的：----重新获得拉拔性能----得到最佳的金相组织----得到经湿拉后想要的抗拉强度热处理分为两个步骤：奥氏体化和淬火。•拉拔前，钢的组织由不同方向分布的渗碳体的晶粒组成，之间的间隙（晶界）有杂乱的Fe3C填充。•在拉拔过程中，钢丝的良好结构会被破坏，晶粒被拉长，断裂。钢丝硬度增加，延展性变差，无法进一步拉拔。•经过炉子升温使晶粒重新形成渗碳体。•在炉子中，被破坏的Fe3C重新融合；在流沙床中重新排列。热处理完成之后，需要进行电镀黄铜工艺，黄铜在湿拉过程中起到润滑作用。3放线为了避免CA钢丝在放线时绞丝，通过飞轮的张力带给予钢丝一定的张力。•钢丝的张力根据钢丝的直径来确定，用脱脂槽和炉子间的平台上的张力仪来进行测量。•不同的直径控制相应的张力，因此，每次更换直径后要调整放线张力。4脱脂在生产中，脱脂槽必须始终工作，它首先洗去钢丝表面因拉拔而残余的硼砂皂粉，而后涂上均匀一致的脱脂液。目的：•获得均匀一致的表面色泽，使钢丝在炉内能均匀地接受幅射来的热量，获得一致的机械性能。•涂上的皂粉在炉中炭化，可使钢丝迅速升温。温度温度最低为85℃，较低的温度将影响脱脂液的流动，使钢丝不能均匀的涂层，致使钢丝的面缩率会大，强度偏低。浓度钢丝表面的皂粉多少将影响钢丝在炉中的升温速度；钢丝表面的硼砂多少将影响炉子的燃烧气氛。通过添加水的流量控制脱脂槽中的硼砂浓度。炉子5炉子5钢是一种许多元素组成的混合物，其中铁和碳是两种主要元素。碳以渗碳体存在Fe3C。钢丝的抗拉强度:•的数量和分布决定•的厚度和相互之间的距离决定在拉拔过程中，钢丝的组织会发生变化，晶粒被拉长，断裂。并造成加工硬化，最终导致钢丝不能被进一步拉拔。经过炉子使晶粒重新形成珠光体。炉子5钢的组织由不同方向分布的渗碳体的晶粒组成，之间的间隙（晶界）有杂乱的Fe3C填充。在拉拔过程中，钢丝的良好结构会被破坏，晶粒被拉长，断裂。钢丝硬度增加，延展性变差，无法进一步拉拔。经过炉子升温使晶粒重新形成渗碳体。在炉子中，被破坏的Fe3C重新融合；在流沙床中重新排列。炉子总共分为五个区域，钢丝在炉子的第四区达到940℃以上，第五区提供一个扩散（溶解）的时间，即钢丝的保温时间。仅需提供的热量为钢丝的损失热量，不要使钢丝升温。炉子5炉温：炉子各区温度等于设定温度，尤其最后区的温度和燃烧压力。在炉子中的钢线温度曲线图炉子5燃烧状况：•在炉前观察，炉内颜色必须一致。不能看到炉内有漂渺的烟气。•颜色必须是炽热色。在炉子中的燃烧气氛示意图炉子5炉压：炉内压力要高于炉外压力。如炉压不足，空气会渗透进炉内并破坏钢丝，使我们不能得到需要的氧化皮，并有脱碳风险。炉子5★FeO表面膜不完整，不能阻止钢丝继续和气氛接触。★Fe3O4表面膜较完整、较薄，能及时阻止钢丝进一步氧化。此时CO含量不能超过3%，CO2约97%，水气（H2O）最好没有。炉子中的气体发生如下反应:CH4CO+H2CO2+H2OO2O2钢丝表面将会产生氧化物FeO，Fe3O4，Fe2O4。脱脂槽中添加硼砂:BoraxxH2O----H2↑+O2↑CO+O2---CO2炉子5面缩率：面缩率是反映晶粒大小的数据。•面缩率高，钢丝的延展性好，强度不够。（加热太慢或加热不够。）•面缩率低，钢丝比较脆，强度因杂质聚积而不够。晶粒度：通过金相检测晶粒度的大小来设定最佳的保温温度。•晶粒度太大，则保温度太高，适当降低炉温；•晶粒度正常，不要轻易改变第六区的温度，应通过改变前几区的温度来调节第六区的燃烧压力。因此，必须通过炉子设定严格控制面缩率流沙床6~1000℃流沙床淬火：流沙床淬火一种将钢丝在沸腾的锆砂中冷却淬火并保温的工艺。淬火目的：得到利于拉拔的最佳金相组织---索氏体wire560℃600℃600℃空气+天然气600℃1#2#3#4#流沙床6冷却速度•冷却速度过快：会的得到坚硬的马氏体组织，根本不能拉拔。•冷却速度太慢：会先析出铁素体，铁素体组织较软，冷作硬化减弱，强度降低。转变温度：•转变温度太高：珠光体组织粗大，渗碳体片间距大，机械性能低。•转变温度太低：产生贝氏体甚至马氏体，拉拔性能差。水冷&碱洗水冷水冷：水冷是利用自来水降低从流沙床中出来的钢丝表面温度。循环泵：水冷槽中共有两个循环泵，正常时有一个运行，如温度过高两个泵会同时运行，此泵的运行有碱洗的温度来控制。碱洗原理：阴极：2H++2e⇌2H↦H2↑阳极：4OH-⇌O2↑+2H2O+4e•利用H+的极强还原性，在阴极将Ｆｅ３＋↦Ｆｅ２＋，改变氧化物的性质，致使氧化皮表面产生裂纹，从而可以去除一部分氧化物颗粒。•通过改变阴阳极，利用阴极产生的大量H2冲掉掉落在原来阳极位置的氧化物颗粒。7水冲洗8目的：利用串联水冲洗的方式彻底清洁钢丝，避免槽液之间的相互污染、反应。擦液杆：在吸气孔前面也会有擦液杆，必须调整好高度。吸气装置钢丝浸入一个水冲洗槽后，经过吸气口，随后再进入下一个水冲冼槽。9酸洗酸洗原理：酸洗过程中钢丝与HCL反应生成H2，利用H2剥落氧化皮。酸洗效果判定：用手掌外侧轻触酸洗水冲洗后钢丝，•不沾染黑色表示酸洗质量较好；•有擦不掉的黑色，表示过酸洗；•能擦掉的黑色表示酸洗不够。镀铜电镀：溶液中的金属离子通过外加电源(整流器)，产生电极差，从而沉积在另一种金属的表面。电镀的条件：----阳极：铜粒/阳极板----电解液：焦铜溶液/硫酸锌溶液----阴极：钢丝----整流器10可溶性阳极：因为电位差造成阳极不断溶解（如ISC镀铜槽中的铜粒），生产中需要检查添加。不溶性阳极：阳极是不变化的（如ISC镀锌槽中的阳极板），必须要有个反应槽补充溶液中不断减少的金属离子。镀铜10Fe＋Cu2＋↦Cu＋Fe2＋因为Fe比Cu活泼，所以置换出Cu。K6[CU(P2O7)]⇌6K++[CU(P2O7)2]6-CU(P2O7)26-⇌Cu2++2P2O74-电解液中Cu2+以络合物存在，浓度很小，避免了用Cu2+镀铜的不足。镀铜10镀铜10镀槽中铜粒要平整，否则钢丝上的镀铜量会不一致。如有断丝,则原本该根钢丝上所承受的电流会附加至相邻两根钢丝上,造成镀层偏差。镀铜10因为溶液中Cu2+以络合物存在，浓度很小，所以电流密度较小，小于12A/dm2。电流密度过大，电镀时找不到足够的Cu2+，会把H+镀到钢丝上，产生析氢。在铜粒保养时仅能有一个槽的泵可以被关掉，保养另一个槽之前，其他泵必须运行（泵位于开的位置，所有钢丝被焦铜溶液覆盖）。镀层不平整，疏松，湿拉拉拔时铜损变高。因此，如某一个泵坏了，必须马上修复，否则会增加其它槽的电流密度。另外还要定期检测每个槽的电流密度，看一下电流分布。镀铜镀铜槽调整槽的作用：•调整Cu2+的浓度，电流加大，则Cu2+下降。•调整PH值：OH-+4e=H2O+O2↑，如电流偏大，则PH值会下降。根据CU(P2O7)26-⇌Cu2++2P2O74-，在溶液中添加P2O74-也能抑制Cu2+的产生，降低溶液中Cu2+的浓度，实际生产中添加焦磷酸钾。10阴极辊阳极效率大于阴极效率。溶液中的Cu2+会越来越高，PH值也越来越高，所以要使用一个不溶性的阳极来调整。镀锌11锌槽中的反应：•阴极(Cathode)：Zn2++2e-—Zn2H++2e-—H2•不溶解性阳极（InsolubleAnode）：4OH-+4e-—2H2O+O2镀锌Fe＋Zn2⇌↦Zn＋Fe2＋因为Fe比Zn活泼，所以置换出Zn。•硫酸锌镀槽中有断丝，则原本该根钢丝上所承受的电流不会附加至相邻两根钢丝上，基本不会造成镀锌影响。所以，ISC有断丝，要尽快将断丝接好，否则相邻的两根钢丝Cu％会偏高。11钢丝在镀锌槽中的位置正确，才能保证钢丝同一圆周面镀层均匀。热水洗•镀锌以后的钢丝在进入MF前，首先要热水洗。•热水洗的作用是清洗、预热钢丝并且使钢丝尽快干燥。•生产中必须保证钢丝进MF前完全干燥，否则MF提供的功率有一部分会用作蒸发钢丝上的水分，使得用作镀层扩散的功率会减少，影响镀层扩散。12MF（中频扩散）13•黄铜是铜和锌的合金，而ISC电镀是分两部实现的，钢丝表面铜和锌是两个界限分明的两层。•MF是利用导体穿过通电的螺旋型线圈受热升温的原理，改变电流可调节加热的深度。•在MF中，钢丝外层的镀层被升温到560℃左右，Zn和Cu相互扩散，形成黄铜合金。MF（中频扩散）13黄铜由α相和β相组成低铜63%高铜67%α相α相/β相4控制标准钢丝镀层铜含量钢丝镀层铜克重钢丝表层铜含量黄铜镀层在扩散中的表现：•温度越高，扩散越彻底。•铜含量越高，越容易扩散。•镀层重量越高，越不容易扩散。扩散与梯度、铜含量的关系：•增加MF功率，梯度将下降，但增加了ZnO的量。ZnO在磷酸浸中会被除去，则平均铜含量会上升。磷酸浸14•在MF加热过程中，镀层表面的Zn会氧化成ZnO，氧化锌很坚硬，湿拉拉拔时不易变形，造成断丝。H3PO4＋ZnO↦Zn2＋＋PO43-＋H2O。•磷酸的浓度由电导控制，但溶液中如果Zn2＋浓度过高，会使电导值上升，影响磷酸的添加。皂浸•皂浸过程中钢丝表面被涂上一层润滑剂，它可以使钢丝变得滑爽，提高钢丝的排线质量。•预涂上一层皂液，经充分干燥后也能阻止钢丝表面氧化，同时给湿拉拉拔提供预先的润滑层。15收线16•对与半成品来说即最终产品，钢丝的产品性能直接影响到WWD的生产。•收线共有46个收线轴，两个备用轴，两个废品轮收线轴。•通过编码器来调整主要的排线距离，生产中可以通过机械扳手微调排线装置。Bettertogether