酸性硫酸鹽鍍銅電流下降而電壓升高故障的分析

霍大勇

（喀什師范學院，新疆 喀什 844006）

酸性硫酸鹽鍍銅電流下降而電壓升高故障的分析

霍大勇

（喀什師范學院，新疆 喀什 844006）

通過10個故障實例，從設備、陽極、鍍液成分、電鍍溫度等4個方面分析了酸性硫酸鹽鍍銅生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)“電鍍電流下降

酸性硫酸鹽光亮鍍銅；故障分析；直流母排；溫度；陽極

金屬表面鍍銅是裝飾性和功能性電鍍的常用工藝，硫酸鹽鍍銅是其中的一種，在電鍍行業(yè)中得到了廣泛的應用。電鍍設備（含電源、交/直流輸電線路、掛具）、工藝、鍍液成分、陰陽極設置是影響生產(chǎn)的基本環(huán)節(jié)，所有環(huán)節(jié)的故障最終都會反映在產(chǎn)品質(zhì)量上。生產(chǎn)現(xiàn)場常常會反復處理某一個故障而無果，根本原因是不同部門的工作人員往往單獨從設備或者工藝中尋找解決方法，影響了對故障的綜合判斷?！半婂儠r電流下降而直流電壓上升”是典型的與各個基本環(huán)節(jié)都相關的故障現(xiàn)象。本文總結了處理這種故障的經(jīng)驗供同行參考，把故障查找環(huán)節(jié)分為設備、電鍍陽極、鍍液成分和電鍍溫度 4個部分，為便于討論，選取的故障實例是單一誘因，即分析原因之一時，假定其他3個方面都正?？煽?。這在實際現(xiàn)場處理時是可行的。

1　設備故障

當鍍槽及其輔助輸電線路安裝、維護不當時，會產(chǎn)生額外的接觸電阻，因為電鍍電源的特點是低電壓大電流，所以增加的電阻會造成線路上的熱損耗，導致有效電流降低。在此按電鍍電源、直流母排、鍍槽銅棒電極槽內(nèi)電鍍陰陽極的順序分析了4個典型故障。

1. 1【例1】整流器直流輸出端接觸電阻增大

1. 1. 1故障現(xiàn)象

一條新安裝的電鍍生產(chǎn)線試鍍光亮銅，出現(xiàn)電流下降、同時直流電壓上升的情況，暫停直流電源后再開機電流正常，但幾分鐘后故障重現(xiàn)。分別在硅整流電源上、直流母排進入工房的首端、直流母排與鍍槽電極的連接處裝上3個電壓表，電壓顯示相同。

1. 1. 2現(xiàn)場分析及處理

停車后，用電橋檢測直流回路各連接處的電阻，發(fā)現(xiàn)整流器直流輸出端接觸電阻增大。在運行中用滴水法檢查，確認母排螺栓對接點和鍍槽銅棒電極接觸點均正常，而整流器直流輸出端螺栓松脫。加裝彈簧墊片并重新緊固螺栓后，故障排除。

滴水法查過熱點，就是用冷水滴在母排上觀察其狀態(tài)變化以確認發(fā)熱部位，進而找到電阻過大的故障點［1］。

1. 2【例2】直流母排連接故障

1. 2. 1故障現(xiàn)象

例1中的生產(chǎn)線運行月余后，又出現(xiàn)與例1相同的故障。電源輸出端顯示的電壓高于母排入車間部位和鍍槽處1 ～ 2 V。

1. 2. 2現(xiàn)場分析及處理

停電狀態(tài)下測量母排電阻，其正負極均高于允許值。通電試運行，用滴水法檢查，發(fā)現(xiàn)部分銅母排對接點過熱，為故障點。

拆開故障連接點，用細砂紙研磨故障生成的氧化層，涂上導電凡士林膏，將鐵螺栓更換為銅螺栓，加裝彈簧墊片緊固后，故障排除。

用普通螺栓連接銅母排且未采取防氧化措施，導致銅母排運行后發(fā)生氧化腐蝕，連接處接觸電阻增大，從而產(chǎn)生故障。

1. 3【例3】電極銅棒與鍍槽接觸不良

1. 3. 1故障現(xiàn)象

例1中的生產(chǎn)線在運行半年后出現(xiàn)與例1相同的故障。電源輸出端、母排入車間部位電壓均高于鍍槽處1 V。

1. 3. 2現(xiàn)場分析及處理

用木棒敲擊電極銅棒，故障消失，半小時左右又出現(xiàn)。用滴水法檢查發(fā)現(xiàn)電極銅棒連接點過熱，為故障點。通過研磨修復鍍槽連接銅棒的卡接機構，對銅棒非導電部分做絕緣包扎（用塑料布包裹非導電部分）防腐蝕，同時盡量避免工件出入鍍槽時溶液滴落在銅棒上，并囑咐當班人員每班清潔銅棒和卡緊結構，排除了故障。

1. 4【例4】掛具掛鉤接觸電阻增大

1. 4. 1故障現(xiàn)象

在小件工藝品光亮鍍銅試產(chǎn)時出現(xiàn)部分工件鍍層發(fā)花、發(fā)霧故障，但同掛的個別工件鍍銅效果好。電鍍過程中電流下降，同時直流電壓上升。

1. 4. 2現(xiàn)場分析及處理

鍍液配比和溫度控制均正常；電源設備也完好，無斷電現(xiàn)象。對比出現(xiàn)故障和效果較好的鍍件發(fā)現(xiàn)，效果好的鍍件掛鉤彈性好，而故障掛件處的掛鉤夾不緊。對掛具做彈性加緊處理后試鍍，故障排除。

較小的工件在電鍍過程中會因鍍槽內(nèi)氣體析出、熱交換而擺動，就會引發(fā)上述故障。

1. 5技術要點

（1） 定期保養(yǎng)直流電源，保證直流輸出回路接觸良好。

（2） 銅母排的連接螺栓應采用銅螺栓，以避免接觸面不同而發(fā)生金屬之間的化學腐蝕作用［1］。

（3） 為避免氧化腐蝕［1］，銅母排的表面宜鍍錫處理。

（4） 母排對接部分的尺寸需大于等于其寬度，如圖1所示，即b ≥a。對接表面應涂導電膏（或中性凡士林膏）以減小接觸電阻［1］。

圖1　銅排對接示意圖Figure 1　Diagram for butt connection of direct-current copper bus

（5） 鍍槽上的卡具要與銅棒相配合，卡接要緊密。

（6） 夾具與電極的接點需選擇恰當并保證具有彈性［2］。

（7） 在掛具掛鉤上設置緊固螺釘，保證其與陰極銅排接觸良好。

2　陰陽極設置不當

2. 1【例5】鍍槽的裝載量過大

2. 1. 1故障現(xiàn)象

山區(qū)某工廠“銅床架”酸性硫酸鹽光亮鍍銅生產(chǎn)線運行正常，產(chǎn)品質(zhì)量好。后在該生產(chǎn)線穿插進行小件工藝品掛鍍生產(chǎn)，實行的方法是待小件工藝品夠一槽的容量時集中鍍一次。生產(chǎn)過程中銅床架一直生產(chǎn)完好；而小件則質(zhì)量不穩(wěn)定。期間陽極鈍化時有發(fā)生，伴“電流下降、同時直流電壓上升”，需經(jīng)常處理。

2. 1. 2現(xiàn)場分析及處理

分析出問題的產(chǎn)品批次，發(fā)現(xiàn)單槽鍍銅時小件較多的批次產(chǎn)品質(zhì)量出問題較多。分析認為在銅陽極固定的情況下，鍍槽超量掛鍍小件產(chǎn)品，需提高電流，導致陽極電流密度增加，極化作用加大，陽極易鈍化。通過計算鍍槽的小件容量，合理裝載，故障排除。

2. 2【例6】陽極材料不足

2. 2. 1故障現(xiàn)象

例5中的生產(chǎn)線運行2年后出現(xiàn)電流下降、同時直流電壓上升的現(xiàn)象并逐漸加劇。雖保養(yǎng)了設備和鍍槽，更換了新的電鍍液，但故障依舊。

2. 2. 2現(xiàn)場分析及處理

由于陽極損耗未及時補充，陽極有效面積大大減少，造成槽內(nèi)電阻增加。補充新的陽極后故障排除。

2. 3技術要點

（8） 應根據(jù)電流密度的工藝要求合理調(diào)節(jié)鍍槽的裝載量［2］。（9） 每生產(chǎn)批次完成后應清洗陽極，按需補充陽極材料。

3　鍍液成分失調(diào)導致其導電性降低

3. 1 【例7】硫酸銅含量高

3. 1. 1故障現(xiàn)象

正常運行中的硫酸鹽光亮鍍銅生產(chǎn)線在冬季時陽極頻繁鈍化，并伴有電流下降、電壓升高的故障。

3. 1. 2現(xiàn)場分析及處理

分析鍍液發(fā)現(xiàn)陽極鈍化時，硫酸銅含量偏高。這是由于鍍液溫度降低，陽極表面結晶析出，致使其有效面積減小，電流密度增大。此時陽極電勢變正，使陽極鈍化，操作電流減小。通過養(yǎng)護陽極，改善鍍液配比，提高環(huán)境溫度后故障排除。

3. 2【例8】硫酸含量低

3. 2. 1故障現(xiàn)象

例7中的同一生產(chǎn)線，同樣是陽極鈍化頻繁，并伴有電流下降、電壓升高的故障。

3. 2. 2現(xiàn)場分析及處理

檢查發(fā)現(xiàn)鍍液硫酸含量偏低。此時溶液導電性變差，陽極因電勢變正而鈍化，操作電流減小。通過養(yǎng)護陽極，改善鍍液配比，故障排除。

3. 3 【例9】氯離子過多

3. 3. 1故障現(xiàn)象

例7中的同一生產(chǎn)線，同樣是陽極鈍化頻繁，并伴有電流下降、電壓升高的故障。

3. 3. 2現(xiàn)場分析及處理

檢查發(fā)現(xiàn)鍍液中氯離子過多，達到140 mg/L。硫酸鹽光亮鍍銅時，當溶液中氯離子大于120 mg/L時，鍍液的陰極電流密度范圍變窄，整平性能下降，陽極鈍化，陽極有效面積減小，操作電流降低。Cl-本身能吸附在電極表面的活性點上，阻礙銅離子放電，縮小極限電流密度區(qū)，使極限電流密度區(qū)出現(xiàn)在較正的電位；同時，Cu+與Cl-在陰極表面形成難溶的CuCl膜層，起到一定的陰極極化作用［3］。通過養(yǎng)護陽極，改善鍍液配比后，故障排除。此故障中氯離子增多的原因是配制新溶液時使用了自來水。

3. 4技術要點

（10） 應控制好硫酸和硫酸銅的相對比值。

（11） 每批次需分析鍍液成分，加強鍍液保養(yǎng)維護。

（12） 用純水配制和補充鍍液［4］。

（13） 活化液禁止使用鹽酸［4］。

4　鍍液溫度不合適

4. 1 【例10】鍍液溫度低

4. 1. 1故障現(xiàn)象

某電鍍車間在冬季溫度6 °C左右時進行光亮鍍銅，出現(xiàn)陽極鈍化并伴有電流下降、電壓升高的故障。

4. 1. 2現(xiàn)場分析及處理

溫度低于10 °C時，硫酸銅在鍍液中析出結晶，同時陽極袋內(nèi)銅離子附著增加，使得陽極袋內(nèi)外的結晶嚴重，影響電力線分布，導致電流下降，電壓升高。磷銅板表面的結晶附著嚴重減少了陽極有效面積，陽極鈍化電勢升高，形成惡性循環(huán)。本例中，提高現(xiàn)場工作溫度后故障排除。

4. 2技術要點

（14） 應每班次注意巡視、檢測鍍液溫度。（15） 給生產(chǎn)線加裝冷熱雙路調(diào)溫系統(tǒng)。

5　結語

酸性硫酸鹽鍍銅過程中“電鍍電流下降、電壓升高”故障的表象是電氣故障，但其誘因不僅僅局限于電氣方面的分析。在處理其他電鍍故障時，往往也是如此。究竟是電氣、設備，還是鍍液、工藝，需全面考慮、綜合處理才能有效解決問題。從設備、電鍍陽極、鍍液成分、電鍍溫度 4個方面區(qū)分處理電鍍故障可達到事半功倍的效果。這也需要從業(yè)人員全面掌握相關的工藝、設備和電氣知識。

［1］霍大勇. 電鍍生產(chǎn)線中直流母排上的電氣問題［J］. 電鍍與涂飾， 2011， 30 （9）： 21-23.

［2］劉仁志. 電鍍實用技術問答［M］. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2011.

［3］袁詩璞， 毛茂財， 汪小英. 光亮酸銅液中Cl-含量對鍍層外觀的影響［J］. 電鍍與涂飾， 2007， 26 （10）： 11-14.

［4］張炳乾， 何長林. 電鍍液故障處理［M］. 2版. 北京： 國防工業(yè)出版社， 2006.

［ 編輯：杜娟娟 ］

Fault analysis about decreasing current with increasing voltage in acid sulfate copper plating

// HUO Da-yong

The causes of decreasing current with increasing voltage in acid sulfate copper plating were analyzed from devices anode， bath composition， and plating temperature in terms of 10 fault instances. The corresponding treatment measures were provided. Fifteen technical points to prevent faults were given.

bright acid sulfate copper plating； fault analysis； direct current bus； temperature； anode

’s address: Kashgar Teachers College， Kashgar 844006， China

TQ153.14

A

1004 - 227X （2015） 03 - 0145 - 04

2014-10-19

2014-11-30

霍大勇（1967-），男，河南社旗人，工程碩士，高級工程師，教授。1988年畢業(yè)于西安工業(yè)學院，長期在國有大型企業(yè)從事設備管理技術工作，曾任動力車間主任、機動處處長職務，現(xiàn)為喀什師范學院教師。專業(yè)方向為設備管理與維護、控制技術。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） hnnyhdy@163.com。

電壓升高”故障的原因，并給出了對應的處理方法，指出了預防類似故障的15個技術要點。