钢帘线生产工艺

钢帘线生产工艺1、钢丝生产工艺流程钢帘线的生产工艺如图1所示，该工艺对直径为Φ5.5mm的热轧线材进行初拉至Φ3.15mm或Φ2.4mm，加热奥氏体化，再经铅浴淬火处理，中拉后进行二次热处理，镀铜、镀锌，在最终的湿式拔丝中进行600~1000m/min的高速拔丝，再进一步通过对超细丝施加强烈的扭转应力使之形成帘线，经矫直后送检。钢帘线不但强度高而且非常细（达Φ0.15~0.38mm），在最终的湿式拔丝以及进一步的帘线生产等过程中，很容易发生断线，导致生产率下降以及帘线质量低下。图1钢帘线的生产工艺现场的工艺流程如下图2所示：图2现场钢帘线生产工艺流程2、盘条的处理盘条在拉拔前要进行预处理，主要是对盘条表面进行清理，使之适合拉拔的要求，减少拉拔阻力，保证成品表面质量。热轧盘条冷却及中间处理后表面产生氧化皮及由于储存等原因产生的表面杂质，都要在拉拔前加以清除。清除盘条表面氧化层（锈层）和其它杂质的方法主要有机械方法和化学方法。机械除皮是将盘条的氧化皮用施加外力的方法使之疏松、破裂、剥落。可用剥壳机、抛光、喷砂和钢丝刷清理等方法。一般用剥壳机，盘条经过多次弯曲而使氧化皮剥落。化学去锈法是利用氧化皮与化学溶剂的化学反应使氧化皮与铁基体剥离并溶解，一般用酸洗法。现场酸洗工艺采用电解液酸洗，两次酸洗配比分别为H2SO4：200g/L±20、Fe2+：50g/l(max)、槽液温度：50℃(max)以及H2SO4：350g/L±50、Fe2+：≤50g/l(max)、槽液温度：50℃(max)。为了能使盘条表面杂物彻底清除，往往是机械法与化学法并用。盘条在拉拔前还需经过干燥、涂硼处理以改善拉拔中的润滑条件[1]。3、电镀工艺镀铜是钢丝进行表面处理的主要工艺之一,在金属制品行业中的用量仅次于镀锌而居第二位,但其使用目的和所具功能却比镀锌更为广泛和重要。它除了和镀锌一样具有防蚀和装饰功能之外,有时是为了提高钢丝的导电性能,有时是为了增加钢丝进一步拉拔时的润滑性能,有时是为了增加钢丝和橡胶的结合强度,还有时是为了在其上更便于实施镀锡和镀银等,随着科学技术和现代工业的迅速发展,钢丝镀铜技术近年来也获得了迅速发展。目前国内钢丝镀铜主要有两大类工艺方法:化学镀铜和电镀铜。化学镀铜设备简单,无需直流电源,但所得镀层结合强度较差,镀液成分不够稳定,而且不易形式厚镀层,对于钢丝镀铜后需要进一步拉拔的情况受到限制。因此,目前仅限于镀铜层较薄的二氧化碳气体保护焊丝和镀铜质量要求相对较低的包装用扁丝等产品上,其他如铜包钢丝、胶管钢丝、钢帘线钢丝等产品则不宜采用,而且实际上二氧化碳气体保护焊丝和包装用扁丝也有相当一部分已经采用了电镀铜工艺。因为电镀铜质量较高,镀层和钢丝基体结合牢固,镀层可根据需要镀至所需厚度,特别适合于钢丝镀铜后还需要继续拉拔的场合。因此,对钢丝表面镀铜质量要求较高的产品,大都选择了电镀铜的工艺方法。目前国内钢丝镀铜工艺概况大体可用下表表示:柠檬酸盐预镀铜——硫酸盐镀铜化学镀铜钢丝镀铜电镀铜氰化镀铜无氰镀铜两步镀铜一步镀铜——无氰常温快速一步镀铜焦磷盐预镀铜——硫酸盐镀铜氰化预镀铜——硫酸盐镀铜DIL预镀铜——硫酸盐镀铜预镀镍——硫酸盐镀铜据调查,目前国内钢丝电镀工艺中氰化镀铜仍占相当比例,而无氰镀铜基本上都采用预镀———正镀两步镀铜工艺,即为了保证镀层和钢丝基体具有良好的结合强度,先选择一种电镀铜工艺来进行预镀。但适合预镀的镀铜工艺往往电流密度范围狭窄,沉积速度太慢,镀一般机械零件尚可通过延长电镀时间来增加其厚度,但钢丝镀铜属高速电镀,施镀时间有的仅为数十秒钟,为了在极短的施镀时间内沉积出足够的铜层厚度,预镀之后的正镀一般均采用了沉积速度较快的硫酸盐镀铜工艺[2]。3.1工艺流程由于钢丝拉拔分为干式拉丝和湿式拉丝，初拉和中拉采用干式拉丝，最终细拉采用湿式拉丝，且润滑条件要求较高，要求总压缩率大，部分压缩率小，还要使得钢丝拉拔后具有一定的镀层厚度。因此现场镀敷工艺采取先镀铜、后镀锌，然后加热回火，经热扩散得到铜锌合金。热扩散后还要经过磷化，镀黄铜钢丝在磷酸溶液中处理，去除微量氧化锌层并形成磷化膜，磷化膜具有微孔结构，具有良好的延展性，有利于随后的湿拉。钢丝镀敷层的主要目的在于防蚀和提高附着力。电镀黄铜作业线如下图3所示：通过合股成绳，把湿拉后的单丝捻制成各种结构的钢帘线，检查合格后包装入库。图3电镀黄铜作业线示意图3.2相关镀液配方及工艺规范拉拔形成的钢丝有较强的弹性,需要进行回火处理,使其弹性达到使用要求。钢丝在450℃左右被从熔融的铅槽内穿过,并在煤夹(无法燃烧的煤块)层槽内保温片刻,出槽后在空气中自然冷却,此时的钢丝弹性均可达到设计要求。熔铅槽与煤夹槽是连体的两个等面积的钢板槽,铅槽底部安装数支不锈钢电热管,以作熔融铅块的热能源。3.2.1酸洗钢丝经高温回火处理后,表面的有机物均被高温碳化。钢丝表面残留新生的碳化物及氧化层会影响镀层与钢丝基本的结合力,故需进行酸洗,确保干净的钢丝基体进入镀铜工序,沉积出结合力牢固的合格铜层。两种酸洗槽下方要备有酸洗液溢流槽回收,可让酸洗液循环,冷却及补充。电解酸洗液配方及工艺规范:H2SO4150~200mL/L若丁1~2g/L阴极电流密度8~10A/dm2时间3~5s线速度20~30m/min3.2.2碱性镀铜（焦磷酸盐镀铜）钢丝在酸性镀铜之前,先在碱性焦磷酸铜镀液中沉积一层薄铜,以增强钢丝与酸铜加厚镀层之间的结合力。虽然焦铜液中没有活化力很强的氰化物,但含有大量的柠檬酸铵及一定量的氨水,它们在镀液中除具有改善镀液分散能力,促进阳极溶解,增强镀液缓冲作用,提高镀层光亮度外,还备有一定能量阻止铜离子在钢丝表面上产生置换反应。况且,钢丝进入焦铜液之前已附有较大的阴极电荷,焦铜液中铜离子在阴极电荷作用下,只有沉淀到钢丝上去的可能,不会与钢丝产生置换反应。为了防止镀液过热并提高镀液清洁度,也需要在槽镀下方备有与酸铜相同的溢流槽。焦磷酸盐镀铜液配方及工艺规范:Cu2P2O780~90g/LK4P2O7320~380g/L(NH4)2HC6H5O720~25g/LNH4OH2~3mL/LpH值8.2~8.8温度30~50℃阴极电流密度5~10A/dm2线速度20~30m/min沉积速度10~15m/min3.2.3酸性镀铜（硫酸铜镀液）钢丝经过焦磷酸铜预镀后,进入酸性镀铜液中加厚沉积,以此满足合金黄铜组成中铜含量比例。钢丝在酸性镀铜液中沉积,其阴极电流密度比一般镀酸铜用的电流密度高十几倍,镀液温度随着阴极电流密度上升而升高。钢丝在硫酸铜单盐液中沉积,镀液中不加任何添加剂,槽温不超过45℃也无妨。但是,过高温度对镀层结构会产生一定的不良影响,如镀层粗糙、结构疏松等。因此,镀液温度仍需控制在38~40℃内。因此,在镀槽下方需装置溢流槽,让镀液不断地从镀槽某一段的溢流孔流入溢流槽内冷却,并从溢流槽抽滤到上方镀槽内去循环使用。为了防止镀层产生毛刺或结瘤等毛病。酸铜槽可分两部分组成,在两个槽钢丝出口处各加一道垫圈式的刷洗工序,刷洗掉铜镀层上初生的毛刺式结瘤萌芽。酸性镀铜液配方及工艺规范:CuSO4·5H2O170~200g/LH2SO425~30mL/L温度25~50℃阴极电流密度30~45A/dm2线速度20~30m/min沉积速度60~70m/min3.2.4酸性镀锌（硫酸盐镀锌）硫酸盐镀锌是覆盖铜层上的镀层,其镀层厚度是铜层总厚度的37%,沉积电流密度基本上与钢丝单镀锌的电流密度相似,镀槽结构、溢流方法等与酸性镀铜相同。硫酸盐镀锌液配方及工艺规范:ZnSO4·7H2O350g/LNa2SO4·7H2O70g/LMgSO4·7H2O50g/LpH值3~4温度30~50℃阴极电流密度25~35A/dm2线速度20~30m/min沉积速度30~35m/min3.2.5金属镀层热扩散成黄铜丝钢丝分别在镀铜槽及镀锌槽内沉积出黄铜组成的成分比后,流入420~450℃的高温热扩散轮上运转前进,由热扩散轮传递给镀有铜、锌镀层的钢丝之热能,使两种金属分子增加运动能量,并在运动中相互扩散到对方金属结构的空隙中去,在热扩散轮上受热1~2s,钢丝外表面上铜层(约1.4~1.8mm)、锌层(约0.6~0.8mm)的单金属镀层就相互扩散成总厚度为2~3mm的柠檬黄的合金黄铜丝。热扩散法镀黄铜丝是用钢丝镀锌工艺在钢丝表面镀取定量的铜层和锌层,又运用分子热动力学的机理,让两种极薄镀层中的锌/铜分子在定量热能的作用下进行分子之间的互相扩散,最终达到柠檬黄的合金镀层。该工艺的最大的优点是取代剧毒的氰化物镀黄铜,实现了环保型电镀[3]。3.3电镀镀层质量、电流效率、电流密度的确定[4]3.3.1电镀电流的计算公式电镀黄铜是一个电沉积过程,服从于法拉第电解第一定律和第二定律,只要准确地设置电流,便可得到所需的铜和锌的沉积量,从而控制镀层厚度和铜锌比。以上述二定律为基础,通过一系列推导,可以得到以下二式:kD()0.99283kWVdCuL(1)kD()0.96595kWVdZnL(2)式中:Dk阴极电流密度,A�dm2;W每千克钢丝上的镀层质量,g/kg;V电镀速度即收线速度,m/min;d电镀钢丝直径,mm;L镀槽有效长度,m;k阴极电流效率,%。将电流密度乘以钢丝在镀槽中的表面积(dm2),便可计算出电流。0.1kIDdL(3)式中d以mm表示,L以m表示,表面积以dm2表示。在(1)、(2)、(3)式中,d、V、L都是已知的,我们要探讨的是W、k、kD。3.3.2镀层质量与镀层成分按国外先进公司的最新标准,普通镀层的镀层厚度(T)规定如下:当d0.27mm时,T=(0.20±0.04)m当0.27≤d≤0.32mm时,T=(0.24±0.04)m当d0.32mm时,T=(0.30±0.04)m用式(4)、(5)可以将镀层厚度换算成镀层质量:0.235TWd（黄铜）（4）0.22TWd（纯铜）（5）如果帘线单丝直径为0.22mm,按(4)式,镀层质量为3.87g/kg,这是成品丝的镀层质量。因为在热扩散时镀层损失(挥发)约0.1g/kg,在湿拉时镀层损失(磨耗)约15%,若乳化液或拉丝模质量不好,可达25%甚至更高。所以电镀半成品钢丝的镀层质量应为3.87×1.15+0.1=4.55g/kg。成品丝的镀层成分规定为:普通镀层的w(Cu)=(67.5±2.5)%,低铜镀层的w(Cu)=(63.5±2.5)%。因为在热扩散时w(Cu)约升高1%(锌比铜容易挥发),在湿拉时w(Cu)约升高0.8%。上述w(Cu)是镀层中的平均含量,但从Cu-Zn分布梯度看,镀层由表及里,w(Cu)是逐步升高的,湿拉磨损的镀层正是w(Cu)相对较低的部分;同时,目前国内外的湿拉润滑剂几乎都会溶解锌。这2个原因导致w(Cu)的升高,所以电镀半成品钢丝的镀层成分应是w(Cu)=(63.5-1-0.8)%=61.7%或w(Cu)=(67.5-1-0.8)%=65.7%。3.3.3电流效率碱性镀铜:焦磷酸盐镀液的电流效率大于90%,若镀液维护良好可达95%以上,常选用90%。酸性镀铜和镀锌:硫酸铜镀液和硫酸锌镀液的电流效率很高,可接近100%,通常选用95%,若碱性镀铜没镀好,即底没打好,钢丝到了酸性镀铜槽可引起置换反应,这是不希望发生的。3.3.4电流密度任何镀液都有一个获得良好镀层的电流密度范围,热扩散法电镀黄铜的电流密度范围见表。表1热扩散法电镀黄铜电流密度A/dm23.4黄铜镀层质量及成分的测定3.4.1原子吸收法用原子吸收分光光度计(AAS),测定黄铜镀层的质量及成分。将黄铜褪镀于溶液中并使其燃烧产生火焰。来自被测元素(Cu和Zn)辐射源的辐射线经由火焰通过,这种具有特定波长的辐射线与火焰中存在的中性原子浓度成比例地被吸收,通过与校准溶液比较获得分析结果。这是原版中规定的分析方法,新版增加了以下3种分析方法。3.4.2电感耦合等离子法用电感耦合等离子光谱仪(ICP),测定黄铜镀层的质量和成分。将黄铜褪镀于溶液中并将其导入