《化學(xué)鍍鎳表面處理車間生產(chǎn)工藝及產(chǎn)線設(shè)計(jì)》10000字（論文）

第第頁(yè)共22頁(yè)化學(xué)鍍鎳表面處理車間生產(chǎn)工藝及產(chǎn)線設(shè)計(jì)TOC\o"1-3"\h\u12583摘要 123912第一章緒論 3185811.1化學(xué)鍍鎳技術(shù)概述 3204661.1.1化學(xué)鍍鎳原理及基本溶液組成 3217881.2化學(xué)鍍鎳工藝的研究進(jìn)展 4210021.2.1活化工藝 4234081.2.2對(duì)化學(xué)鍍鎳的展望 536781.3化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)線設(shè)計(jì)概述 6228221.4化學(xué)鍍鎳條件控制概述 66984第二章化學(xué)鍍鎳工藝概述 7178872.1鍍液組成對(duì)鍍速和穩(wěn)定性的影響 7107052.1.1鎳鹽濃度的影響 7283602.1.2絡(luò)合劑濃度的影響 7147652.1.3穩(wěn)定劑濃度的影響 718122.2pH對(duì)鍍速和穩(wěn)定性的影響 7251592.3溫度對(duì)鍍速和穩(wěn)定性的影響 8239082.4較優(yōu)工藝的確定 82862.5鍍液補(bǔ)加工藝 8259022.5.1補(bǔ)加鍍液的配制 8245672.5.2補(bǔ)加鍍液的計(jì)算及方法 931908第三章化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)線設(shè)計(jì) 1147703.1設(shè)計(jì)要求 1232233.2工藝流程 1314343.3確定化學(xué)鍍工藝設(shè)備規(guī) 3118013.3.1確定每道工序槽體尺寸、材料和設(shè)計(jì)鍍槽 3170923.4物料計(jì)算 6321133.5計(jì)算成本及利潤(rùn) 756503.5.1人員配備及工資計(jì)算 766903.6利潤(rùn)計(jì)算 10277183.7本章小結(jié) 1016978第四章結(jié)論 1225721參考文獻(xiàn) 13摘要本設(shè)計(jì)項(xiàng)目為年產(chǎn)300萬(wàn)只電子陶瓷化學(xué)鍍鎳處理車間設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)、國(guó)外的各種文獻(xiàn)的查找與分析，初步確定了車間的設(shè)計(jì)方案。生產(chǎn)綱領(lǐng)為300萬(wàn)只/年，預(yù)計(jì)每年工作251天。本設(shè)計(jì)化學(xué)鍍鎳工藝流程大概包括：除油、粗化、敏化、活化、還原、化學(xué)鍍鎳以及各流程后的水洗。經(jīng)過(guò)計(jì)算，設(shè)計(jì)出了化學(xué)鍍槽的尺寸：長(zhǎng)1400mm、寬800mm、高1000mm。通過(guò)對(duì)設(shè)備合理的布局，充分利用各設(shè)備占地面積，大大的提高了工藝的經(jīng)濟(jì)性與合理性。本設(shè)計(jì)對(duì)化學(xué)鍍鎳過(guò)程進(jìn)行了物料計(jì)算、用水用電計(jì)算，為化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)線提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時(shí)合理的配備了車間管理與監(jiān)督人員以及技術(shù)操作員，為生產(chǎn)線的穩(wěn)定提供了極好的保障。最后，本設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，證明了本設(shè)計(jì)的合理性與可行性。關(guān)鍵詞：電子陶瓷，化學(xué)鍍鎳，化學(xué)鍍槽，物料計(jì)算1緒論化學(xué)鍍鎳技術(shù)概述化學(xué)鍍鎳是在具有催化活性的基底上形成鎳鍍層的過(guò)程，首先，活化基底以在基底表面上形成具有催化活性的不連續(xù)金屬顆粒層，使化學(xué)鍍鎳可以流暢的進(jìn)行?；谋砻婵梢赃\(yùn)行,電子鍍鎳是在基材上形成具有催化活性的鎳層的過(guò)程，首先，活化基材以在基材表面上形成具有催化活性的不連續(xù)金屬顆粒層，從而在基材上進(jìn)行化學(xué)鍍鎳反應(yīng),基材表面可以平穩(wěn)運(yùn)行?；瘜W(xué)鍍鎳原理及基本溶液組成電鎳涂層是基材上的REDOX反應(yīng)，還原劑產(chǎn)生電子，使銅離子接收電子并在鎳金屬層上被還原[12]，用次磷酸鹽作為還原劑的化學(xué)鎳涂層有兩個(gè)最基本的化學(xué)反應(yīng)[1]：H2PO2-+H2O→HPO3-+3H++2e-（1-1）Ni2++2e-→Ni（1-2）化學(xué)鍍鎳的溶液組成通常含有鎳鹽，還原劑，絡(luò)合劑，緩沖劑，促進(jìn)劑，穩(wěn)定劑，增白劑，潤(rùn)濕劑等[13]。鍍層的組成不僅取決于鍍液的性質(zhì)（例如沉積速率，穩(wěn)定性）等），還影響鍍鎳的質(zhì)量（結(jié)合力等），并且在環(huán)境污染的成本和水平方面也起著至關(guān)重要的作用，這就是為什么化學(xué)鍍鎳溶液也是一種化學(xué)鍍鎳工藝的重要組成部分。（1）鎳鹽：鎳鹽的來(lái)源比較廣泛可以是硫酸鎳，氯化鎳，乙酸鎳等。當(dāng)鎳濃度高時(shí)鍍液中的鹽含量低，鍍覆速度緩慢，并且隨著鎳鹽濃度的增加鍍覆速度加快；當(dāng)濃度增加到一定峰值時(shí)，鍍覆速度沒(méi)有明顯變化。最常用的是因?yàn)橹圃爝^(guò)程略有不同，并且有兩種類型的硫酸鎳結(jié)晶水。（2）還原劑：最常用的還原劑是次磷酸鈉，原因是其價(jià)格低廉，涂層溶液易于控制，次磷酸鈉易溶于pH為6的水中。它是溶解在NaOH中并加熱的白磷產(chǎn)物。[3]目前，中國(guó)的次磷酸鈉產(chǎn)量很高，除國(guó)內(nèi)需求外，還出口了大量次磷酸鈉。（3）絡(luò)合劑：除化學(xué)鍍鎳溶液中的主要鹽和還原劑外，最重要的組分是絡(luò)合劑，鍍液的性能和使用壽命之間的差異主要由選擇和搭配決定。絡(luò)絡(luò)合劑的功能是提高沉積速率，并且有大量關(guān)于提高鍍液速率的數(shù)據(jù)。（4）穩(wěn)定劑：化學(xué)鍍液是不穩(wěn)定的熱力學(xué)系統(tǒng)。由于各種原因，例如局部過(guò)熱、pH值或一些雜質(zhì)，它必然影響一些活性粒子。會(huì)導(dǎo)致溶液的短期分解而逃逸出大量的氣泡，從而造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。厚涂層不會(huì)再次開(kāi)始，穩(wěn)定劑在固體表面上的吸附會(huì)抑制次磷酸鹽乳汁的脫水，但不會(huì)阻止次磷酸鹽的氧化。[4]也可以說(shuō)穩(wěn)定劑掩蓋了催化活性中心并防止了成核反應(yīng)，但不影響工件表面正常的化學(xué)鍍鎳工藝，我們可以使用穩(wěn)定劑。過(guò)去，大致分為四類：第六主要元素Se和Te的化合物；某些含氧化合物；重金屬的金屬離子；可溶性有機(jī)物。（5）促進(jìn)劑:增加了化學(xué)鍍層的沉積速度，在溶液中還加入了一些化學(xué)物質(zhì)，它們具有提高鍍速的作用。在電解中許多絡(luò)合劑起促進(jìn)劑的作用。（6）鍍鎳電解過(guò)程中產(chǎn)生的氫離子緩沖液，使鍍覆過(guò)程中溶液的pH值逐漸降低，從而穩(wěn)定了鍍層的速度并確保了鍍層的質(zhì)量；化學(xué)鎳的鍍層系統(tǒng)-涂層必須具有緩沖能力，也就是說(shuō)在涂層過(guò)程中pH值不會(huì)太大，可以在一定的pH范圍內(nèi)保持正態(tài)性[2]。一些弱酸（或堿）及其鹽類形成混合物，從而平衡了少量的外來(lái)酸或堿，會(huì)在溶液的pH值上稀釋并在很小的范圍內(nèi)波動(dòng)，這類物質(zhì)稱為緩沖劑，通常用于電解質(zhì)化合物中的一元或二元有機(jī)酸和鹽不僅僅具有這種能力。使用鎳離子進(jìn)行膚色處理，還具有緩沖性能。HAC-NAAC體系，常用于酸中使用浴液，具有良好的緩沖效果，但是乙酸的絡(luò)合度很低，通常不用作絡(luò)合劑。（7）在化學(xué)鍍鎳溶液中的其他成分中加入少量的表面活性劑，有助于氣體的泄漏，降低鍍層的孔隙率[3]，通過(guò)使用表面活性劑和泡沫，當(dāng)氣體混合時(shí)，鍍層過(guò)程會(huì)形成一層白色泡沫。在涂料溶液的表面上，它不僅可以減少涂料溶液的蒸發(fā)損失，保溫性，酸度，還可以去除氣泡之間的許多縣城漂浮物，并易于保持零件和電解液的純度?；瘜W(xué)鍍鎳工藝的研究進(jìn)展1.2.1活化工藝眾所周知，電解前的活化對(duì)電解本身有很大的影響，活化的效果直接取決于能否進(jìn)行化學(xué)鍍，涂層是否均勻，涂層和基體的結(jié)合力?？梢苑譃殁Z活化過(guò)程和鈀活化過(guò)程。鈀活化工藝鈀活化溶液由于其特殊的性能是目前最有價(jià)值的工業(yè)活化溶液，首先，它具有高的催化活性，可以吸附反應(yīng)性分子；其次，鈀的還原電位較高，并且易于還原成金屬鈀。活化過(guò)程可分為膠體鈀活化過(guò)程和離子鈀活化過(guò)程。膠體鈀的活化過(guò)程膠體鈀是由還原反應(yīng)形成的鈀金屬組成，通常認(rèn)為膠體鈀的膠束是“雙電層”結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示。{[Pdθ]m·nSn2+·2(n·x)Cl-}-2xCl-（鈀核）（吸附層）（擴(kuò)散層）（膠團(tuán)）（2）離子鈀活化過(guò)程離子鈀活化液本質(zhì)上是鈀配合物的水溶液，當(dāng)鈀配位離子在基體表面達(dá)到平衡后，被還原成具有金屬催化活性的金屬顆粒[4]。使用時(shí)間長(zhǎng)，不會(huì)發(fā)生沉淀分離，壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性好，并且可以克服膠體鈀活化過(guò)程，該過(guò)程已在基材表面吸附了一層Sn2+，這影響了涂層的均勻性和附著力。(2)無(wú)鈀活化工藝在大規(guī)模生產(chǎn)中，鈀活化的消耗是相當(dāng)大的，這增加了電解質(zhì)鍍鎳的成本，此外，在電解過(guò)程中不可避免地鈀顆粒會(huì)掉入涂層溶液中，鈀的強(qiáng)催化活性影響涂層溶液的穩(wěn)定性，目前一些研究利用過(guò)渡金屬的強(qiáng)配位作用在表面和金屬之間形成化學(xué)鍵，這是由于親水基團(tuán)（如-COOH，-SO3H或-ConH2）在表面處理后在基材上的分布處理后，可以形成與金屬離子的絡(luò)合物，然后通過(guò)還原獲得活性金屬。[5]無(wú)鈀活化法成本低，污染小，可以節(jié)省貴金屬，但催化性能低，尚無(wú)報(bào)道報(bào)道無(wú)鈀活化法在生產(chǎn)中的應(yīng)用。1.2.2對(duì)化學(xué)鍍鎳的展望電鍍涂料可以應(yīng)用于各種材料和表面，并且該涂料可以通過(guò)不同的類型和成分滿足各種性能的要求，因此無(wú)電鍍膜作為一種出色的表面處理技術(shù)已在幾乎所有行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，電解在許多方面仍有待進(jìn)一步研究和發(fā)展，特別是在以下方面：（1）尋找和使用新的還原劑以獲得化學(xué)鍍銅的新技術(shù)。（2）大型的研發(fā)特殊用途的功能性涂層的數(shù)量。（3）關(guān)于顆粒表面的改性，研究了各種顆粒表面的電解過(guò)程。（4）由于應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和化學(xué)涂層技術(shù)的范圍，這種涂層具有造成這個(gè)第八種污染問(wèn)題已引起世界各地研究人員的關(guān)注，因此化學(xué)鍍膜廢水的凈化和回用已成為一個(gè)新的研究方向。1.3化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)線設(shè)計(jì)概述電鍍鎳板廣泛用于電子，機(jī)械，塑料，冶金，陶瓷，航空航天等領(lǐng)域[5]，保持溶液穩(wěn)定并保持涂層成分均勻的最重要因素之一是制造工藝的合理設(shè)計(jì)。電解過(guò)程的生產(chǎn)包括溫度，pH值和濃度的控制，無(wú)電子鍍鎳溶液副產(chǎn)物的分解過(guò)程，洗滌液的計(jì)劃和鈀回收過(guò)程的選擇以及選擇。電解供應(yīng)包括保護(hù)罐，加熱裝置，過(guò)濾器設(shè)備，攪拌器等，電解的主要缺點(diǎn)是涂料溶液的穩(wěn)定性差。[6]電解技術(shù)去除副產(chǎn)物的方法主要包括化學(xué)沉淀法和化學(xué)沉淀法。電滲析技術(shù)，對(duì)耳鼻喉科的一些研究國(guó)內(nèi)和國(guó)際上都有從電解電鍍液中去除副產(chǎn)物的報(bào)道，一些研究人員正在嘗試使用電滲析法。夏振華通過(guò)將活性炭添加到鍍液中到吸附穩(wěn)定劑中，并在鎳顆粒排出后使鍍液完全分解，使絡(luò)合劑和濾液中的堿通過(guò)，從而消除了鍍液中的硫酸根離子。通過(guò)添加要恢復(fù)的組件以供重復(fù)使用。1.4化學(xué)鍍鎳條件控制概述工藝狀態(tài)的控制：（1）調(diào)整pH值以降低pH值，降低鍍膜速度（反應(yīng)速度降低50％），增加磷鍍膜的含量；但是，如果pH值太低(pH<3)，沉積，pH值高時(shí)，自然分解能力強(qiáng)，鎳沉淀在罐壁上，因此，必須將pH值調(diào)節(jié)在規(guī)定范圍內(nèi)，還原劑的濃度不要太高。通過(guò)催化脫氧還原鎳金屬上的Ni2+-離子，從而提供活性氫原子；亞硫酸氫鈉具有極限濃度，如果超過(guò)此極限，不僅對(duì)鎳沉積無(wú)益，而且會(huì)導(dǎo)致鍍液分解。溫度波動(dòng)不應(yīng)太大加熱器可以增加鎳的活化能并加快沉積速度更好地將溫度控制在規(guī)格的上限，溫度過(guò)低，影響電導(dǎo)率，反應(yīng)非常緩慢，涂層非常薄，外觀質(zhì)量差（有光澤的黑色）：產(chǎn)生白色沉淀，如果溫度太高，溫度波動(dòng)太大，則關(guān)閉涂層[6]?；瘜W(xué)鍍鎳工藝概述2.1鍍液組成對(duì)鍍速和穩(wěn)定性的影響2.1.1鎳鹽濃度的影響通常，沉積速率隨著鎳濃度的增加而增加，但是如果鎳鹽含量太高，則沉積速率太快并且容易失控，從而導(dǎo)致涂料溶液的自分解。時(shí)間，鎳鹽的含量也會(huì)因配體和還原劑的數(shù)量而增加，通常在20g/L?35g/L的范圍內(nèi)。2.1.2絡(luò)合劑濃度的影響在該涂料溶液中，每個(gè)鎳離子可以與6個(gè)水分子弱結(jié)合并串聯(lián)，如果絡(luò)合劑包含一個(gè)以上的化合物基團(tuán)，則可以通過(guò)氧和氮之間的氮配位鍵建立鎳環(huán)鍵。0.1摩爾離子-涂料溶液，為了絡(luò)合所有鎳離子，需要包含約0.3mol的兩個(gè)配體的絡(luò)合劑亞磷酸鹽聚集，濃度增加，亞磷酸鹽-鎳沉淀，浴液加熱后形成糊狀，加入絡(luò)合劑可以大大改善顆粒尺寸。鎳的耐受性擴(kuò)展了鍍液的替換范圍。2.1.3穩(wěn)定劑濃度的影響穩(wěn)定劑不能過(guò)量使用，過(guò)量會(huì)降低涂布速度，沉重的物質(zhì)將無(wú)法開(kāi)始涂布，因此必須謹(jǐn)慎使用。所有穩(wěn)定劑均具有一定的催化毒性，通過(guò)過(guò)度使用可防止沉積反應(yīng)，但也會(huì)影響涂層的韌性和顏色，使涂層變脆并降低其耐腐蝕性，結(jié)果表明，稀土還可以用作穩(wěn)定劑，復(fù)合稀土的穩(wěn)定性優(yōu)于單一稀土。[7]穩(wěn)定劑的濃度不能太高，否則會(huì)“中毒”固體催化表面并導(dǎo)致整個(gè)鍍液失效。如Pb2+<3g／L、Cd2+10g／L、K+l0320g／L、Sn2+、Sb2+可達(dá)l00g／L，鄰苯二甲酸酐lg／L～2g／L。含硫穩(wěn)定劑的用量也是mg·L級(jí)，可單獨(dú)亦可與重金屬穩(wěn)定劑并用。2.2pH對(duì)鍍速和穩(wěn)定性的影響(1)當(dāng)pH值增大時(shí)，沉積速度隨之提高；反之沉速減緩。對(duì)于酸性鍍液，pH<3時(shí)，沉積反應(yīng)實(shí)際上已終止。(2)當(dāng)pH值增大時(shí)，所得沉積層含磷量降低。(3)增大pH值會(huì)降低次磷酸鹽還原劑的利用率，此時(shí)，相當(dāng)部分還原劑消耗于析氫。(4)對(duì)于酸性化學(xué)鍍鎳液，當(dāng)pH值增大時(shí)，亞磷酸鹽的溶解度降低，亞磷酸鎳沉淀析出將有觸發(fā)鍍液自然分解的危險(xiǎn)[7]。如果pH值繼續(xù)提高，那么，次磷酸鹽氧化成亞磷酸鹽的反應(yīng)將由催化反應(yīng)(僅在催化表面上進(jìn)行的反應(yīng))，轉(zhuǎn)化為自發(fā)性的均相反應(yīng)(反應(yīng)在鍍液本體內(nèi)部可進(jìn)行，不需要在催化表面進(jìn)行)。2.3溫度對(duì)鍍速和穩(wěn)定性的影響鍍液溫度是影響無(wú)電子鎳板沉積速率的最重要因素之一，其沉積速率幾乎隨溫度呈指數(shù)增長(zhǎng)，為了達(dá)到較高的沉積速度，許多鍍液使用盡可能高的工作溫度。pH值在4?5范圍內(nèi)，工作溫度低于70％，反應(yīng)實(shí)際上無(wú)法進(jìn)行，通常保持在90℃?95℃。堿性涂料溶液可以在稍低的溫度（低于45°C）下使用，通常僅在活化的非導(dǎo)電表面上形成薄涂層，然后通過(guò)電鍍進(jìn)行增稠，但是浸浴溫度不能太高（超過(guò)95℃）通常是由于沉積太快且不受控制，還會(huì)導(dǎo)致磷酸鹽快速增加，這將觸發(fā)鍍液的自分解。2.4較優(yōu)工藝的確定施鍍工藝流程:除油→粗化→敏化→活化→化學(xué)鍍鎳(1)活化除石墨碳活化液為:NaH2PO2·H2O30～50g/L,Na3C6H5O710～20g/L,NaF3～8g/L,室溫2～4min。化學(xué)鍍鎳配方[8]:硫酸鎳25～30g/L,次亞磷酸鈉25～30g/L,乙酸鈉20～25g/L,乳酸5～9g/L,檸檬酸鈉30～40g/L,pH=5～7,80～90℃,1～2h。2.5鍍液補(bǔ)加工藝2.5.1補(bǔ)加鍍液的配制1、可選用不銹鋼、搪瓷、塑料材質(zhì)的化學(xué)鎳鍍槽。2、用純水把鍍槽清洗干凈，然后在槽內(nèi)加入槽容積一半左右的純水。3、將計(jì)算好的120ml/L的Ni-809B的量加入到槽內(nèi)攪拌均勻，在攪拌的同時(shí)緩緩加入計(jì)算好的60ml/L的Ni-809A的量。[8]需注意不可將A劑和B劑同時(shí)加入鍍槽中，避免鍍液產(chǎn)生鎳的氫氧化物沉淀而影響鍍液的穩(wěn)定性能。4、繼續(xù)補(bǔ)加純水到鍍槽的總體積。5、攪拌均勻后測(cè)試鍍液pH值，用10%的氨水或10%硫酸調(diào)節(jié)鍍液pH值到4.8±0.5。6、加熱鍍液，并將鍍液溫度穩(wěn)定在86~92℃之間，這樣即可進(jìn)行試產(chǎn)。2.5.2補(bǔ)加鍍液的計(jì)算及方法1.先取100毫升去離子水，然后加入10ml鍍液，加入10ml氨水，紫脲酸氨指示劑0.02克，后用0.1mol的EDTA溶液滴定至紫色為終點(diǎn)。2.補(bǔ)加量硫酸鎳（克）=（27—2.7乘以EDTA滴定數(shù)）再乘以開(kāi)缸體積L，等于的數(shù)值就是硫酸鎳要補(bǔ)加的數(shù)值（單位克）。3.補(bǔ)加次亞磷酸鈉的數(shù)值是，用得出的硫酸鎳乘以1.12得出的就是次亞磷酸鈉該補(bǔ)加的數(shù)值（單位克）。4.補(bǔ)加醋酸鈉的數(shù)值是用得出的硫酸鎳乘以0.74得出的就是醋酸鈉的補(bǔ)加數(shù)值（單位克）。補(bǔ)加添加劑的數(shù)值是用得出的硫酸鎳乘以0.37得出的就是添加劑的補(bǔ)加數(shù)值（光亮劑A與絡(luò)合劑B的總合，各取一半）（單位毫升）。乳酸是補(bǔ)加是硫酸鎳的補(bǔ)加數(shù)乘以0.185（單位毫升）第三章化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)線設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)綱領(lǐng)：300萬(wàn)只/年。設(shè)備年時(shí)基數(shù)：為全年工作時(shí)間扣除設(shè)備檢修及因此其他原因引起的停工時(shí)間，已知工作日251天（全南出去休假日和固定節(jié)日）。251×24－（251×24）×4％=5783h（4％為設(shè)備年時(shí)技術(shù)損失率）（3）已知化學(xué)鍍鎳中基本反應(yīng)原理如下：H2PO2-+H2O→HPO3-+3H++2e-（1-1）Ni2++2e-→Ni（1-2）3.2工藝流程化學(xué)鍍鎳工藝過(guò)程表如表1所示表3-1化學(xué)鍍鎳工藝過(guò)程表工序名稱材料組成工作條件備注名稱含量（g/L）T（℃）t（min）pH值除油乙醇室溫38粗化CrO3H2SO44035050~6010增加敏化時(shí)膠體吸附量敏化SnCl·2H2O37％鹽酸3050mL/L室溫89~10水解生成Sn(OH)Cl水洗浸洗三次活化Pdcl2鹽酸0.410室溫5使Pd2+還原成Pd還原NaH2PO220503使殘留在陶瓷表面的的Pd2+還原水洗浸洗三次化學(xué)鍍鎳NaHPO2Na3C6H5O7NH4CLNiSO4·7H2OBSO添加劑氨水231230200.133~4235水洗浸洗三次6.5吹干電吹風(fēng)檢驗(yàn)3.3確定化學(xué)鍍工藝設(shè)備規(guī)3.3.1確定每道工序槽體尺寸、材料和設(shè)計(jì)鍍槽1確定槽體材料和尺寸電鍍銅電鍍槽與電鍍槽的不同之處在于，它不需要外部電源，電鍍銅鍍層可以沉積在某些催化活性材料的表面上，因此所選材料必須是惰性的才能對(duì)電子作出反應(yīng)無(wú)銅板反應(yīng)可制成鐘形，圓筒形，方形等各種形狀，方形浴由于易于制造和操作方便而被廣泛使用PP塑料（聚丙烯）是一種高密度無(wú)側(cè)鏈的線性聚合物優(yōu)異的綜合性能，可在100℃以下的環(huán)境中長(zhǎng)期使用，并且對(duì)化學(xué)鍍銅呈惰性。[9]因此車間采用PP塑料方形涂料罐。已知每年要求的產(chǎn)量是300萬(wàn)只，設(shè)備年時(shí)基數(shù)為5783h，化學(xué)鍍液負(fù)載量為0.6-1.5dm2/L計(jì)算時(shí)取1dm2/L。固定尺寸計(jì)算過(guò)程如下：車間每小時(shí)生產(chǎn)量為3000000/5783=520只/小時(shí)，化學(xué)鍍時(shí)間為58min，輔助時(shí)間取2min，即每小時(shí)出貨1批，則沒(méi)批貨產(chǎn)量為520/1=520只，已知化學(xué)鍍液負(fù)載量為0.2只/毫升，則所需鍍液體積為：V鍍液=520×0.2×0.001=0.208L根據(jù)所需鍍液體積，設(shè)計(jì)鍍槽的長(zhǎng)：1400mm；寬：800mm；高1000mm（取液面至槽沿的距離為100mm），數(shù)量為3。已知除灰過(guò)程所需時(shí)間為8min，設(shè)計(jì)槽體規(guī)格為1400mm×800mm×1000mm，數(shù)量為1?；罨^(guò)程所需時(shí)間為5min，設(shè)計(jì)槽體規(guī)格為1400mm×800mm×1000mm，數(shù)量為1。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)過(guò)頂槽配置表如表3-2所示，槽位排序和工序一致。表3-2固定槽配置表工序工藝槽數(shù)（內(nèi)格）鍍槽規(guī)格/mm長(zhǎng)寬高材料1除油114008001000pp2三次浸洗214008001000pp3活化114008001000pp4三次浸洗214008001000pp5化學(xué)鍍鎳114008001000pp6三次浸洗214008001000pp鍍鋅槽由PP材料和20mm厚的板制成，工作溫度低，可長(zhǎng)時(shí)間設(shè)置在90℃，圖1是設(shè)計(jì)的鎳層槽的示意圖，加熱器內(nèi)置于槽中的隔板和下面的空氣被攪拌。過(guò)濾器將溶液從下方泵入板式槽的下部。圖3-1化學(xué)鍍鎳槽示意圖2確定加熱方式及加熱器規(guī)格加熱熔池所需的熱量包括加熱熔池所需的熱量，將工件送入儲(chǔ)罐和從儲(chǔ)罐中取出以獲取熱量以及儲(chǔ)罐側(cè)面的熱量。鍍液升溫每小時(shí)所需要的熱量Q1可由下式近似計(jì)算Q1=[V1d1c1(t2-t1)/h+V1q1]β(2-1)式中Q1—鍍液升溫每小時(shí)所需熱量，kJ/h；V1—鍍槽工作體積，L；d1—溶液密度，kg/L；c1—溶液比熱容t2—工作溫度，℃；t1—起始溫度，℃；h—升溫所需時(shí)間q1—單位體積溶液每小時(shí)散熱平均值，kJ/（L·h）；β—附加熱損失系數(shù)，有保溫層的槽取1.1-1.5，無(wú)保溫層的槽取1.15-1.3。保溫時(shí)每小時(shí)所需熱量Q2主要是零件進(jìn)槽時(shí)加熱所需的熱量，由下式計(jì)算。Q2=[W2C2（t2-t1）+V1q1]β（2-2）式中Q2—保溫時(shí)每小時(shí)所需熱量，kJ/h；w2—單位時(shí)間放入槽內(nèi)零件重量（包括掛具和吊籃)，kg/h；c2—工件比熱，kJ/（kg·℃），陶瓷取0.85；t1—零件入槽前的溫度，℃；q1—保溫時(shí)單位體積每小時(shí)耗熱量，kJ/（L·h）。電加熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度高，熱效率高，加熱速度快，安全可靠，控制精度高，壽命長(zhǎng)，保溫成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各種加熱場(chǎng)合。電加熱器功率的計(jì)算如下：N=Q/（η·ω·τ）（2-3）式中N—電加熱功率，kW；Q—溶液升溫或工作時(shí)所需熱量，kJ/h；η—效率，取0.81；ω—熱功當(dāng)量，ω=3594.8kJ/（kW·h）τ—預(yù)計(jì)加熱到工作溫度的時(shí)間。電解過(guò)程中，必須加熱5種活化液和化學(xué)鍍鎳涂層TT=4h，將每個(gè)浴液從20°C加熱到40°C，并計(jì)算出所需的熱量。已知：V1=1440L，d1c1=4.1，t2=40℃，t1=20℃，q1=18，β取1.15，代入式（2-1）得：Q1=[1440×4.18×（40-20）/1+1440×18]×1.15=1.7×105kJ/h則由式（2-3）計(jì)算所需的電加熱器功率為N=Q1/（3594.8×0.81×4）=14KW.選擇鹽城市鑫聯(lián)電器廠生產(chǎn)的功率為15Kw的氟化鐵龍膽加熱器，它是由優(yōu)質(zhì)的氟塑料材料制成，根據(jù)氟材料的理化特性，并加以改進(jìn)并開(kāi)發(fā)具有高化學(xué)穩(wěn)定性，強(qiáng)酸，強(qiáng)堿性，氧化性，氧化性和王水溶液的材料，長(zhǎng)期安全健康，幾乎所有介質(zhì)都不會(huì)粘附在設(shè)備表面而不會(huì)引起污垢。[10]所需的電加熱裝置的數(shù)量為5。根據(jù)等式（2-2）和（2-3），在絕緣條件下，電加熱器的加熱功率約為2.5KW。3確定溶液攪拌方式及氣泵規(guī)格電鍍鎳板通常在空氣中攪拌，這有利于增加溶液中的溶解氧和氧化銅的氧化，從而提高鍍液的穩(wěn)定性，所用空氣必須為無(wú)油壓縮空氣，并提供通過(guò)高效節(jié)能的氣泵，壓縮空氣消耗量的計(jì)算方法是：每平方米液位約0.8m/min的壓縮空氣量，而壓縮空氣的壓力可計(jì)算為每米深度0.016MPa的量[9]?；瘜W(xué)鍍銅槽需要打氣，已知液面面積為1.12m2，鍍液深度為0.8m,那么壓縮空氣的消耗量為1.12×0.8m2/min=0.9m2/min=54m/h,所需壓縮空氣的壓力為0.016MPa/mx0.9m=14.4kPa.根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇型號(hào)為XGB-1100旋渦式氣泵，該氣泵最大流量為180m/h,最大正壓為19kPa,功率為1.1kW,滿足生產(chǎn)線要求。所需氣泵數(shù)量為3。4確定抽風(fēng)機(jī)規(guī)格在需要配備通風(fēng)系統(tǒng)的有害氣體生產(chǎn)工廠或工作場(chǎng)所的生產(chǎn)中，每平方米側(cè)的一般過(guò)程運(yùn)行量可計(jì)算為3500-4000m3/h左右的廢氣量[15]。該生產(chǎn)線具有總電解量鍍鎳和除油每個(gè)需要通風(fēng)裝置的5個(gè)槽，每個(gè)槽的總側(cè)面面積為8m2，所需排氣總量為4000×8=32000m3/h，型號(hào)4-72-10C離心可以選擇風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的最大流量可以達(dá)到43722m/h，達(dá)到生產(chǎn)線的要求。3.4物料計(jì)算化學(xué)鍍鎳物料計(jì)算：本設(shè)計(jì)產(chǎn)量為年產(chǎn)300萬(wàn)只，每只陶瓷殼體鍍鎳面積為100cm2，鍍層厚度為0.4μm。M1=m1×(1+μ)M2=m2×(1+μ)M3=m3×(1+μ)M4=m4×(1+μ)M5=m5×(1+μ)M=M1+M2+M3+M4+M5M、M1、M2、M3、M4、M5分別為投入藥品實(shí)際質(zhì)量、檸檬酸鈉、七水硫酸鎳、氯化銨、次磷酸鈉、BSO添加劑的實(shí)際投入質(zhì)量。m、m1、m2、m3、m4、m5分別為投入藥品理論質(zhì)量、檸檬酸鈉、七水硫酸鎳、氯化銨、次磷酸鈉、BSO添加劑的理論投入質(zhì)量。μ為損失率約為5％。M1=320.2×(1+5％)=336.21kgM2=533.3×(1+5％)=560.50kgM3=801×(1+5％)=841.05kgM4=507.3×(1+5％)=532.66kgM5=108×(1+5％)=113.40kg投入量如下表3-3所示：表3-3藥品投入量理論投入量(kg)損失率(％)實(shí)際投入量(kg)檸檬酸鈉320.25336.21七水硫酸鎳533.3560.50氯化銨801841.05次磷酸鈉507.3532.66BSO添加劑108113.40總計(jì)2269.82383.293.5計(jì)算成本及利潤(rùn)3.5.1人員配備及工資計(jì)算車間人員主要包括車間監(jiān)控員和技術(shù)員，一臺(tái)監(jiān)控器，兩臺(tái)螺絲監(jiān)控器，十名技術(shù)員，監(jiān)控器的工資為每月6000元，副監(jiān)控器為每月5500元，技術(shù)操作員為每月4000元，表3-1人員和工資的計(jì)算。表3-4車間人員工資表職務(wù)月工資（元）人數(shù)年工資（元）班長(zhǎng)6000172000副班長(zhǎng)55002132000技術(shù)操作員4000104800001水消耗計(jì)算已知漂洗液處理工藝淡水產(chǎn)量約為1m3/h,由5.7知漂洗槽水消耗量約為1.44m3/h,則由漂洗過(guò)程產(chǎn)生的水消耗量約為0.44×4=1.76m3/h。采用敞開(kāi)水槽表面散濕量的計(jì)算公式估算水的蒸發(fā)量W:w=(a+0.00363v)×10-5×(P2-P1)×F式中:a—不同水溫下擴(kuò)散系數(shù)，kg/(N·s),40℃下為0.0056；v—空氣流速，取0.3m/s:P2—相應(yīng)蒸發(fā)表而溫度下飽和空氣水蒸氣分壓力，pa；P1—相應(yīng)周圍空氣溫度下飽和空氣水蒸氣分壓力，pa;F—蒸發(fā)面積，m2。取溶液溫度為40℃,空氣溫度為20℃,則P2=7375.75pa,P1=2338.59pa。已知F=1.6×1×5=8m2，則w=(0.0056+0.00363×0.3)×10-5×(7275.75-2338.59)×8=2.6×10-3kg/s,即0.009m/h。則水消耗量為0.009+1.76=1.769m3/h,即年消耗量為1.769×5783=10230m3。水費(fèi)大概為3元/噸。2電消耗量計(jì)算鐵氟龍電加熱器總功率：75kW，JHZ-15-XY過(guò)濾機(jī)總功率：3.3kW，XGB-1100漩渦式氣泵功率：3.3kW，4-72-10C離心通風(fēng)機(jī)電功率：30kW。以上電器總用電功率為111.6kW。則電年消耗量為111.6×5783=645382.8kW·h。3化學(xué)藥品消耗計(jì)算電解過(guò)程主要包括除油，活化，還原和化學(xué)鍍膜四個(gè)過(guò)程，每個(gè)過(guò)程的化學(xué)消耗量是分別計(jì)算的。計(jì)算依據(jù)：每種成分的總損失率為5％；添加成分可使化學(xué)鍍?cè)∵B續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行。（1）化學(xué)鍍鎳工藝已知生產(chǎn)線綱領(lǐng)為300萬(wàn)只，每只鍍層面積約為100cm2，鍍層厚度為0.4μm，鎳鍍層密度取8.9g/cm3[11]，則年產(chǎn)鍍層質(zhì)量：m1=3000000×100×10-4×0.4×10-6×8.9×106=106.8kg；則鎳的年消耗量m=m1×1.05=112.14kg，即m七水硫酸鎳=560.7kg。由式（1-1）計(jì)算得：鍍鎳過(guò)程次磷酸鈉的年消耗量m1NaH2PO2=112.14×87×/58=168.21kg；已知每消耗1g鎳，就消耗檸檬酸鈉3g，5gNiSO4·7H2O，7.5g氯化銨，4.75g次磷酸鈉，則各物質(zhì)的年消耗量m檸檬酸鈉=3×112.14=336.42kg；m七水硫酸鎳=5×112.14=560.7kg；m氯化銨=7.5×112.14=841.05kg；m次磷酸鈉=4.75×112.14=532.66kg；生產(chǎn)線鍍液總體積V鍍液=4320L，并考慮到損失率為5％，則氨水的年消耗量為m氨水=4320×0.91×1.05=4127.76kg。BSO添加劑的年消耗量mBSO添加劑=4320×0.025×1.05=113.4kg。（2）除油工藝已知除油的乙醇每三天換一次。除油過(guò)程消耗乙醇量為m2乙醇量為m2乙醇=251/3×1120×2×0.91×=179073kg。（3）活化工藝計(jì)算依據(jù)：假設(shè)鈀離子在工件表面形成的是氮原子吸附層。已知車間生產(chǎn)綱領(lǐng)為3000000只，則鈀的年消耗量為m鈀=3000000×1×10-7/（Π×0.862×10-20×6.02×1023）×106.42×1.05=240kg，即m氯化鈀=400kg。m鹽酸=400×25=10000kg。（4）還原工藝計(jì)算依據(jù)：每消耗1gNi，就會(huì)消耗1.5g次磷酸鈉。則次磷酸鈉的年消耗量m次磷酸鈉=112.14×1.5=198.6kg。4總成本核算表3-4示出了用于生產(chǎn)鎳鍍層的工廠的成本計(jì)算結(jié)果。表3-4中的車間成本為辦公室的物料消耗，折舊成本，運(yùn)輸成本等，車間成本為剩余總成本的12％。表3-4化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)線成本計(jì)算結(jié)果列表序號(hào)消耗物單位單位/元消耗定額金額/元1NiSO4·7H2Okg2.2560.71233.542檸檬酸鈉kg3336.421009.23氯化銨kg1.3841.051093.35次磷酸鈉kg15731.6210974.36氨水kg2.54127.7610319.47BSO添加劑kg6113.4680.48乙醇kg6.11790731092345.39氯化鈀kg41040016400011鹽酸kg4.3100004300012水m37.85102308030613電KW·h0.8083645382521662.914工資282000015車間經(jīng)費(fèi)1103998總計(jì)5850622.2即化學(xué)鍍鎳的成本為5850622.2/3000000=1.95元/只3.6利潤(rùn)計(jì)算化學(xué)鍍鎳陶瓷外殼的市場(chǎng)價(jià)格約為5元/件，因此該生產(chǎn)線的年利潤(rùn)約為915萬(wàn)元。3.7本章小結(jié)本章主要進(jìn)行了化學(xué)鍍鎳車間的設(shè)計(jì)，得出以下結(jié)論：1.化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)線設(shè)計(jì)確定了化學(xué)鍍槽的尺寸為1400mm×800mm×1000mm，材質(zhì)為聚丙烯，通過(guò)計(jì)算選擇了功率為15kW的鐵氟龍電加熱器JHZ-15-XY過(guò)濾機(jī)，XGB-1100漩渦式氣泵，4-72-10C的離心通風(fēng)機(jī)等工藝設(shè)備。2.化學(xué)鍍鎳過(guò)程主要控制參數(shù)始溫度、pH和鍍液和組分濃度，采用型號(hào)為FX2N-128MR的PLC為控制核心?？刂葡到y(tǒng)硬件還包括WZC-130-F銅熱電阻，GP-11KPH傳感器，JP-06A型精密極譜分析儀，A/D轉(zhuǎn)換模塊，ZD（R）SW電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥等，結(jié)合控制軟件，整個(gè)系統(tǒng)可以通過(guò)控制電加熱器功率，現(xiàn)實(shí)溫度的控制；通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門的開(kāi)度，現(xiàn)實(shí)pH、組分濃度的控制。[11]3.設(shè)計(jì)了電滲析與化學(xué)沉淀相結(jié)合的工藝，該工藝可以去除化學(xué)鍍鎳溶液的副產(chǎn)物，并添加Ni2+和部分NaOH，從