專利名稱：電解法生產(chǎn)鎳箔的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電解生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，更確切地說(shuō)用電解沉積生產(chǎn)鎳箔的工藝方法。
鎳箔是電子、電訊、儀表等工業(yè)用的一種原材料，近些年來(lái)，對(duì)薄的鎳箔的需求量與日俱增，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，鎳箔在上述工業(yè)上應(yīng)用時(shí)，一般是將其粘接在其它材料上使用，這就要求鎳箔不僅要有高的機(jī)械強(qiáng)度，均勻的厚度，而且要具有較高的粘接性能。
制取鎳箔的方法主要有壓延法和電解法(電鑄法)兩種。壓延法生產(chǎn)鎳箔的形成過(guò)程是由厚到薄，生產(chǎn)薄鎳箔(例如厚度小于50微米的鎳箔)，需要多次反復(fù)軋制，生產(chǎn)過(guò)程長(zhǎng)，成本高，產(chǎn)品的寬度和厚度均受到很大限制，鎳箔的粘接性能也差，電解法(電鑄法)生產(chǎn)鎳箔的形成過(guò)程是由薄到厚，但通過(guò)電沉積一次成材，成品率較高，加工成本低，尤其是特別適合于寬而薄的鎳箔的生產(chǎn)。
美國(guó)專利文獻(xiàn)US3，963，587介紹了一種從硫酸鎳浴液中電解生產(chǎn)無(wú)接頭環(huán)狀鎳箔的工藝方法，其陰極為具有鉻表面的鋁輥，陽(yáng)極為SDN鎳，電解液的組成為總鎳10.0-16.0盎司/加倫，氯化物以NiCl2.6H20計(jì)為0.9-4.5盎司/加倫，硼酸4.5-6.0盎司/加倫，電解液的PH為3.8-4.1，電解液的溫度為140°-160°F，電解液還需要加入添加劑甲基苯磺酰胺(2-MBSA)，陰極電流密度隨過(guò)程而變化，沉積在輥上的環(huán)狀鎳箔以溫差法取下，箔厚100-150微米，環(huán)的周長(zhǎng)為300-2000毫米。
美國(guó)專利文獻(xiàn)4，290，858敘述了一種從含有1，3，6-萘三磺酸(NTSA)添加劑的硫酸鎳浴液中電解生產(chǎn)厚度為25-100微米鎳箔的方法，其電解液的組成為75-90克/立升金屬鎳，30-40克/立升硼酸，4-6克/立升氯化鎂，電解液的PH值為3.8-4.2，用不銹鋼陰極，陽(yáng)極用SDN鎳，陰極的電流密度為50-100安培/平方米，電解液的溫度45-60℃電解液通過(guò)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行凈化。
日本專利文獻(xiàn)特開(kāi)平1-222084介紹了一種制取金屬鎳箔的工藝方法，其電解液的組成為NiSO4.7H2O 30克/立升，NiCl2.6H2O 45克/立升，H3BO350克/立升，電解液的pH值為3.5-4.0，電解液的溫度為40-60℃，用不銹鋼帶式陰極，電解液中還含有光亮劑，陰極的電流密度200-1000安培/平方米，鎳箔的厚度為1-40微米。
美國(guó)專利文獻(xiàn)US3，844，906介紹了一種電解法制取鎳箔的工藝方法，電解液的組成為總鎳12.0-16.0盎司/加倫，NiX26H2O 0.11-0.23克分子/加倫，硼酸4.5-6.0盎司/加倫，電解液的PH值為3.8-4.9，陰極的電流密度為200-500安培/平方英尺，電解液的溫度為140-160°F，也是用電解法凈化電解液。
本發(fā)明的目的就在于研究出一種從硫酸鎳浴液中用輥式旋轉(zhuǎn)陰極連續(xù)電解生產(chǎn)機(jī)械強(qiáng)度高的，厚度均勻的有較高粘接性的帶式鎳箔的工藝方法，在該工藝方法中硫酸鎳浴組成最簡(jiǎn)單，陰極電流密度高，可以用電解鎳邊角料作為陽(yáng)極，這種工藝方法設(shè)備簡(jiǎn)單，加工成本低廉。
本發(fā)明的一種電解法(電鑄法)生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，以電解鎳作陽(yáng)極，電解液的組成為NiSO4.7H2O 240-360克/立升，NiCl2.6H2O 8-40克/立升，H3BO330-45克/立升，以可旋轉(zhuǎn)的鈦輥筒或可旋轉(zhuǎn)的不銹鋼的輥筒作為陰極，在陰極的旋轉(zhuǎn)下進(jìn)行電解沉積，作為陽(yáng)極的電解鎳置于陽(yáng)極籃內(nèi)，使鎳電解沉積在陰極上，電解液的PH值為1.8-3.4，電解液從電解槽的上部溢出進(jìn)行電解凈化，過(guò)濾，預(yù)熱使凈化后的電解液的溫度達(dá)到電解槽中電解液的溫度后，從電解槽的底部進(jìn)入電解槽，電解液從電解槽溢出的流量與經(jīng)凈化后預(yù)熱的電解液進(jìn)入電解槽的流量相等。
在電解沉積過(guò)程中，電解液在極區(qū)循環(huán)速度為1-6米/分為佳，在電解沉積過(guò)程中電解液的溫度保持在50-70℃之間，又以在61°-70℃為佳，電解液的溫度太低，低于50℃鎳箔應(yīng)力大，且易析出氫氣，產(chǎn)生氫脆，溫度太高，高于70℃，溶液的蒸發(fā)損失增大，電解液的組成以NiSO4.7H2O 280-330克/立升，NiCl2.6H2O 10-35克/立升，H3BO338-45克/立升為佳。
在電解沉積過(guò)程中，陰極的電流密度的大小對(duì)鎳箔的質(zhì)量有著顯著的影響，在低電流密度區(qū)鎳箔的機(jī)械性能差，這是由于鎳箔結(jié)晶組織粗大而造成的;而在高電流密度區(qū)，鎳箔的機(jī)械性能下降，這是由于在高電流密度下極區(qū)產(chǎn)生一定的濃差極化，導(dǎo)致堿式鹽在陰極上析出，鎳箔結(jié)晶疏松，表面粗糙造成的，所以在電解沉積過(guò)程中陰極的電流密度為800-3000安培/平方米，又以1400-2200安培/平方米為佳。
電解液的PH值對(duì)鎳的電解沉積及鎳箔的質(zhì)量也有著顯著的影響，陽(yáng)極電流效率隨著電解液PH值的減小而增加，說(shuō)明增加酸度有助于陽(yáng)極的溶解，但是PH值低時(shí)陰極電流效率降低，鎳箔的機(jī)械性能也不佳，這是由于氫在陰極上析出而造成的，酸度越高氫氣析出的越多，氫的析出一方面伴隨著氫化鎳的生成和解離，使鎳箔產(chǎn)生一定的應(yīng)力，機(jī)械性能變差，同時(shí)降低了陰極的電流效率，PH值高時(shí)鎳箔的抗拉強(qiáng)度下降，這是由于陰極區(qū)出現(xiàn)堿式鹽沉淀夾雜在鎳箔中造成的，在同一電流密度下，在低電流密度區(qū)，伸長(zhǎng)率δ(又叫延伸率)隨著PH的增加而增加，在高電流密度區(qū)，伸長(zhǎng)率δ隨著PH值的增加而下降，綜合考慮電解液的PH值控制在1.8-3.4，又以在2.4-3.4為更佳，由于PH值的高低，對(duì)鎳箔的質(zhì)量有較大的影響，所以必須控制電解液的PH值，用硼酸為緩沖劑，來(lái)維持溶液穩(wěn)定的PH值，硼酸可有效地抑制陰極過(guò)程由于鎳的析出而引起的PH值的迅速升高，同時(shí)還有提高陰極極化，改善鎳箔性能的作用，所以電解液中含有30-45克/立升硼酸，又以含有38-45克/立升硼酸為好。
用電解鎳作陽(yáng)極時(shí)，在較高的陰極電流密度下易于產(chǎn)生陽(yáng)極鈍化，必須加入一定量的陽(yáng)極活化劑氯化鎳，氯離子對(duì)鎳陽(yáng)極產(chǎn)生一定的活化作用，氯化鎳含量低時(shí)，鎳箔機(jī)械性能受其影響小，當(dāng)氯化鎳含量大時(shí)，鎳箔的抗拉強(qiáng)度隨著氯化鎳含量的增加而提高，氯化鎳含量在10-35克/立升時(shí)，陰極電流效率和陽(yáng)極電流效率最接近，氯化鎳在該范圍內(nèi)可以穩(wěn)定離子濃度。當(dāng)氯化鎳含量增加到55.6克/立升時(shí)，在沉積過(guò)程中鎳箔就可能從陰極上自動(dòng)脫落，而且隨著氯化鎳含量的增加，鎳箔表面麻坑缺陷增加。
電解沉積法生產(chǎn)鎳箔，電解液中的雜質(zhì)對(duì)鎳箔的生產(chǎn)工藝及鎳箔的質(zhì)量有效大的影響，微量雜質(zhì)鐵、銅、鋅、硝酸根和有機(jī)雜質(zhì)的存在，不僅對(duì)過(guò)程的操作有影響，而且對(duì)鎳箔的機(jī)械性能也有很大影響，另外，由于使用可溶性陽(yáng)極，不可避免地要產(chǎn)生陽(yáng)極泥，因此除了對(duì)原料硫酸鎳，作為陽(yáng)極的電解鎳等原材料的純度有一定的要求外，還必須對(duì)電解液作凈化處理，用本領(lǐng)域所屬的普通技術(shù)人員均知的方法進(jìn)行凈化，將從電解槽上部溢流出的電解液通過(guò)活性炭吸附處理，除出有機(jī)雜質(zhì)，然后進(jìn)行小電流密度的電解凈化，其陰極的小電流密度為0.1-0.5安培/平方分米，凈化電解槽中采用波浪型陰極，電解凈化后的電解液用滌綸布過(guò)濾除去微小的固體顆粒，再將凈化后的電解液予熱到50-70℃，又以61-70℃為佳，從電解槽的底部進(jìn)入電解槽，凈化預(yù)熱的電解液進(jìn)入電解槽的流量與從電解槽上部溢出的待凈化的電解液的流量相等。
為了收集在電解沉積過(guò)程中的陽(yáng)極泥，盛有作為陽(yáng)極的電解鎳的陽(yáng)極籃外包有由滌綸布制成的陽(yáng)極袋，以便將陽(yáng)極泥過(guò)濾除去。
鎳箔的電解沉積是在一個(gè)內(nèi)裝有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的鈦輥筒或可旋轉(zhuǎn)的不銹鋼輥筒作為陰極，電解鎳(盛陽(yáng)極籃內(nèi))作為陽(yáng)極，盛有硫酸鎳溶液的電解槽內(nèi)進(jìn)行，盛在陽(yáng)極籃內(nèi)的作為陽(yáng)極的電解鎳是電解鎳的邊角料加工成炔或餅狀，陽(yáng)極籃由鈦制成，將硫酸鎳電解液控制在一定的溫度(50-70℃，又以61-70℃為佳)及控制電解液在極區(qū)一定的循環(huán)速度，在一定的電流密度下進(jìn)行電解，鎳離子沉積在緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的陰極輥筒上，再連續(xù)地從陰極輥筒上剝離下鎳箔，按本領(lǐng)域所屬普通技術(shù)人員所知的方法進(jìn)行水洗，烘干，卷取鎳箔而成為連續(xù)成卷的鎳箔，在電流密度等條件一定時(shí)，調(diào)節(jié)作陰極輥筒的轉(zhuǎn)速，而生產(chǎn)出不同厚度的鎳箔，電解液連續(xù)凈化，循環(huán)使用，陽(yáng)極鎳定期補(bǔ)充，極距可控制在25毫米-50毫米之間。
本發(fā)明的工藝方法不但可以用于鎳箔的制造，也可以用于銅箔、鐵箔等各種箔材的生產(chǎn)。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)就在于1.本發(fā)明的工藝方法采用了可旋轉(zhuǎn)的鈦輥筒或可旋轉(zhuǎn)的不銹鋼輥筒作為陰極可以連續(xù)生產(chǎn)各種長(zhǎng)度、各種寬度、各種厚度的鎳箔，例如厚度15微米、25微米、50微米、100微米等的鎳箔，電解液的溫度控制在50-70℃，電解液PH為1.8-3.4等工藝條件，生產(chǎn)出來(lái)的鎳箔機(jī)械強(qiáng)度高，厚度偏差小又具有較高的粘接性能，陽(yáng)極電流效率陽(yáng)極電流效率高，外觀質(zhì)量好，鎳箔表面光滑潔凈。
2.本發(fā)明的工藝方法所采用的硫酸鎳浴液組成最為簡(jiǎn)單，不加任何有機(jī)物質(zhì)的添加劑，光亮劑等，用電解鎳的邊角料作為陽(yáng)極，價(jià)格低廉、降低了加工成本，用可旋轉(zhuǎn)的鈦輥筒、可旋轉(zhuǎn)的不銹鋼輥筒作為陰極耐腐蝕，壽命長(zhǎng)，采用了大的陰極電流密度，單位時(shí)間內(nèi)鎳箔的產(chǎn)量高。
3.本發(fā)明的工藝流程設(shè)備簡(jiǎn)單，鎳箔的成品率高，加工成本低。


圖1 電解槽結(jié)構(gòu)示意圖1.為作為陰極的可旋轉(zhuǎn)的鈦輥筒(-)，所畫(huà)出的箭頭為陰極的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。2.為盛有作為陽(yáng)極的電解鎳的鈦陽(yáng)極籃(+),3.為電解槽，4為收卷機(jī)，5為鎳箔，6為經(jīng)凈化預(yù)熱的電解液的進(jìn)入電解槽的進(jìn)口(箭頭為電解液進(jìn)入方向)，7為電解槽的電解液溢流口。(箭頭為電解液溢出方向)。
用以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的工藝方法作進(jìn)一步的說(shuō)明，將有助于對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)的理解，而不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書(shū)來(lái)決定。
實(shí)施例1電解槽結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。以電解鎳作陽(yáng)極，作為陽(yáng)極的電解鎳置于鈦絲編制的陽(yáng)極籃內(nèi)，作為陽(yáng)極的1號(hào)電解鎳的純度為99.6%，由電解鎳邊角料加工成塊狀，以可以旋轉(zhuǎn)的鈦輥筒作為陰極，作為陰極的可旋轉(zhuǎn)的鈦輥筒由純鈦板卷焊經(jīng)強(qiáng)力旋壓而制成，表面拋光光潔度 10，鈦輥筒的尺寸為Φ350×400毫米，電解槽由聚丙烯塑料制成，電解液的組成為NiSO4.7H2O 340克/立升，NiCl2.6H2O 25克/立升，H3BO335克/立升，所用的硫酸鎳、氯化鎳為工業(yè)純，硼酸為化學(xué)純，維持電解液的PH值為3.0，電解液從電解槽的上部溢流出，通過(guò)活性炭吸附處理，除去有機(jī)雜質(zhì)，再進(jìn)行電解凈化，電解凈化時(shí)控制陰極的電流密度為0.3安培/平方分米，凈化電解槽中的陰極采用波浪型陰極，電解凈化后的電解液用滌綸布過(guò)濾除去微小的固體顆粒，再予熱到62±1℃，從電解槽的底部進(jìn)入電解槽，電解液從電解槽的上部溢出的流量與經(jīng)電解凈化予熱的電解液進(jìn)入電解槽的流量相等，兩極的極距為50毫米，將硫酸鎳電解液控制在62°±1℃，控制電解液在極區(qū)的循環(huán)速度為5米/分，陰極的電流密度為2200安培/平方米進(jìn)行電解沉積，鎳離子沉積在緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的作為陰極的鈦輥筒上，再?gòu)拟佪佂采蟿內(nèi)ユ嚥?，用去離子水進(jìn)行水洗，烘干卷取鎳箔，成為連續(xù)成卷的鎳箔，鎳箔的寬度400毫米、500米長(zhǎng)，厚度為25微米，厚度偏差＜±4%，抗拉強(qiáng)度850N/mm2，延伸率(伸長(zhǎng)率)δ3.5%(鎳箔的抗拉強(qiáng)度和延伸率又叫伸長(zhǎng)度δ是在AG-25TA機(jī)上測(cè)試的)，粘接力1.4kgf/cm，成品率95%，陰極電效率92%，鎳箔純度99.8%，針孔＜1孔/平方米，外觀光滑，潔凈。
實(shí)施例2其操作方法和設(shè)備與實(shí)施例1同，唯不同的是電解液的組成為NiSO4.6H2O 260克/立升，NiCl2.6H2O 15克/立升，H3BO330克/立升，維持電解液的PH值為3.4，電解凈化時(shí)控制陰極的電流密度為0.25安培/平方分米，電解凈化后的電解液予熱到64±1℃，從電解槽的底部進(jìn)入電解槽，兩極的極距為25毫米，電解液控制在64°±1℃，控制電解液在極區(qū)的循環(huán)速度為4米/分，陰極的電流密度為1200安培/平方米進(jìn)行電解沉積，鎳箔的寬度400毫米、厚度為50微米，厚度偏差＜±5%，抗拉強(qiáng)度750N/mm2，延伸率(伸長(zhǎng)率)δ＞4.0%，粘接力1.2kgf/cm，外觀光滑，潔凈。
實(shí)施例3其操作方法和設(shè)備與實(shí)施例1同，唯不同的是電解液的組成為NiSO4.7H2O 360克/立升，NiCl2.6H2O 40克/立升，H3BO340克/立升，維持電解液的PH值為2.2，電解凈化時(shí)控制的陰極電流密度為0.45安培/平方分米，電解凈化后的電解液予熱到67±1℃，從電解槽的底部進(jìn)入電解槽，兩極的極距為50毫米，電解液的溫度控制在67°±1℃，控制電解液在極區(qū)的循環(huán)速度為2.5米/分，陰極的電流密度為2600安培/平方米進(jìn)行電解沉積，鎳箔的寬度400毫米、厚度為100微米，長(zhǎng)500米，厚度偏差＜±5%，抗拉強(qiáng)度1000N/mm2，延伸率(伸長(zhǎng)率)δ＞3.5%，粘接力1.3kgf/cm，外觀光滑，潔凈。
權(quán)利要求
1.一種電解法生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，以電解鎳作陽(yáng)極，其特征是，(1)電解液的組成為NiSO4.7H2O 240-360克/立升，NiCl2.6H2O 8-40克/立升，H3BO330-45克/立升，(2)以可旋轉(zhuǎn)的鈦輥筒或可旋轉(zhuǎn)的不銹鋼輥筒作為陰極，在陰極的旋轉(zhuǎn)下進(jìn)行電解沉積，作為陽(yáng)極的電解鎳置于陽(yáng)極籃內(nèi)，(3)電解液的pH1.8-3.4，(4)電解液從電解槽的上部溢出進(jìn)行電解凈化，過(guò)濾，予熱使凈化后的電解液的溫度達(dá)到電解槽中電解液的溫度后，從電解槽的底部進(jìn)入電解槽，電解液從電解槽溢出的流量與經(jīng)凈化后予熱的電解液進(jìn)入電解槽的流量相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種電解法生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，其特征是，在電解沉積過(guò)程中，電解液在極區(qū)循環(huán)速度為1-6米/分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種電解法生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，其特征是，在電解沉積過(guò)程中電解液的溫度保持在50-70℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種電解法生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，其特征是，在電解沉積過(guò)程中電解液的溫度保持在61-70℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種電解法生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，其特征是，在電解沉積的過(guò)程中，陰極的電流密度為800-3000安培/平方米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的一種電解法生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，其特征是，在電解沉積的過(guò)程中，陰極的電流密度為1400-2200安培/平方米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的一種電解法生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，其特征是，電解液的PH值控制在2.4-3.4。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的一種電解法生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，其特征是，電解液的組成為NiSO4.7H2O 280-330克/立升，NiCl2.6H2O 10-35克/立升，H3BO338-45克/立升，
9.根據(jù)權(quán)利要求1的一種電解法生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，其特征是，從電解槽上部溢流出的電解液通過(guò)活性炭處理，再以陰極的電流密度為0.1-0.5安培/平方分米進(jìn)行電解凈化后，用滌綸布過(guò)濾，予熱到50-70℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的一種電解法生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，其特征是，盛有作為陽(yáng)極的電解鎳的陽(yáng)極籃外包有滌綸布制的陽(yáng)極袋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電解方法，更確切地說(shuō)用電解沉積法生產(chǎn)鎳箔的工藝方法，本法以電解鎳為陽(yáng)極，以可旋轉(zhuǎn)的鈦輥筒為陰極，在陰極的旋轉(zhuǎn)下進(jìn)行電解沉積，電解液中含有NiSO
文檔編號(hào)C25D1/04GK1110726SQ9410441
公開(kāi)日1995年10月25日 申請(qǐng)日期1994年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月25日
發(fā)明者李日輝, 趙奇金, 趙德厚, 張碧田, 崔鴻玉 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院