3.模具电镀工艺

3.模具电镀工艺

电镀工艺过程包括镀前表面处理、电镀和镀后处理三部分。

(1)工件镀前表面处理

工件进入电镀液之前的一切加工处理和清理工序总称镀前处理(或预处理)。金属零件镀前处理质量的好坏是能否获得优质电镀层的重要环节。生产实践表明,电镀层出现脱壳、起泡,甚至镀不上等质量事故,大多数并不是由电镀工艺本身所造成,而是由镀前处理不当和欠佳所致。

1)金属表面状态。零件表面的氧化膜和锈蚀物、油污或其他有机物电镀之前必须除去,消除表面的粗糙状态,达到清洁和一定的表面粗糙度,并进行电镀前的活化处理。

2)电化学性质。电镀是金属和电解液接触界面上的电化学反应过程,它要求保证电解液和金属零件表面间良好的接触,如果金属表面附着各种污物,将成为阻碍电解液和金属表面直接接触的中间夹层,使零件表面产生介电、钝态、电阻大等不良状况,会阻碍电流的通过,给金属离子放电带来阻力,降低电镀层结合力,甚至产生疏松、起泡、脱皮等质量事故。

3)维护电镀液。零件的油污、氧化物等杂质会污染电解液,增加电解液中的有害杂质,导致电解液不能正常工作,造成不应有的损失。

(2)电镀方式

电镀方式分为挂镀、滚镀、刷镀和连续镀等,电镀方式的选择主要与待镀件的尺寸和批量有关。电镀液有酸性溶液、碱性溶液和中性溶液。无论采用何种镀覆方式,与待镀制品和镀液接触的镀槽、吊挂具等均应具有一定程度的通用性。

1)挂镀。挂镀适用于一般尺寸的制品,为电镀生产中最常用的一种方式。电镀时,将工件悬挂于用导电性能良好的材料制成的挂具上,然后浸没于欲镀金属的电镀溶液中作为阴极,在两边适当的距离放置阳极,通电后使金属离子在零件表面沉积。

挂镀的特点是:适合于各类零件的电镀;电镀时单件电流密度较高且不会随时间而变化,槽电压低,镀液温升慢,带出量小,镀件的均匀性好;但生产率低,设备和辅助用具维修量大。

2)滚镀。滚镀是电镀生产中的另一种常用方法。它是将欲镀零件置于多角形的滚筒中,依靠工件自身的重量来接通阴极,在滚筒转动的过程中实现金属电沉积的方法。

与挂镀相比,滚镀最大的优点是节省劳动力,提高生产率,设备维修费用少且占地面积小,镀件镀层的均匀性好。但是,滚镀的使用范围受到限制,镀件不宜太大和太轻。单件电流密度小,电流效率低,槽电压高,槽液温升快,镀液带出量大。

3)刷镀(电刷镀)。刷镀也被称为涂镀、局部镀、选择性电镀,其基本原理与普通电镀原理完全相同。有饱吸电解液包套的阳极与作为阴极的工件表面接触,并作相对运动,电解液中的离子在阴、阳极间进行电化学反应,使金属离子沉积,在零件表面形成金属镀层。

4)连续电镀。连续电镀主要用于薄板、金属丝和带的电镀,在工业上有着极其重要的地位。镀锡钢板、镀锌薄板和钢带、电子元器件引线、镀锌钢丝等的生产都采用了连续电镀技术

连续电镀有三种进行方式:垂直浸入式、水平运动式和盘绕式。垂直浸入式节省空间,但操作难度较大;水平运动式操作方便,但设备占地面积大,维修量大;盘绕式占地面积小,但一次只能加工一根金属丝。(https://www.daowen.com)

(3)电镀工艺过程

1)经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极,用镀覆金属制成阳极,两极分别与直流电源的正极和负极连接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后,电镀液中的金属离子,在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入电镀液,以保持被镀覆的金属离子的浓度。

2)在有些情况下,如镀铬,采用铅、铅锑合金制成不溶性阳极,它只起在有些情况下传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度,需要依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。电镀时,阳极材料的质量、电镀液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量,需要适时进行控制。

3)在模具上应用较多的是镀硬铬,镀铬层硬度为900~1200HV,可有效提高耐磨性,且不引起工件变形,对形状复杂的模具十分有利。

① 镀层厚度。镀层厚度一般为0.03~0.30mm,如果镀铬层厚度选择不合理,就会造成模具的过早损坏,当承受高压力或冲击时,镀层易剥落。冷镦模和冲裁模不宜使用,只适合加工应力较小的拉深模、塑料模等。

② 镀硬铬的配方。铬酐(CrO3)140~160g/L,硫酸(H2 SO4)1.4~1.6g/L,其余为蒸馏水。

③ 工艺条件。温度为57~63℃,电压为12V,电流密度为45~50A/dm2

4)电镀产生的污水(如失效的电解质)是水污染的重要来源之一。废弃时,需要进行无公害处理。

(4)镀后钝化处理

1)无铬钝化液是以多种缓蚀剂、封闭剂、防锈添加剂配制而成的中性无色透明液体,可用于发蓝、磷化的后处理钝化封闭,也可用于机械加工工序之间的防锈。

2)锌合金、镀锌件无铬钝化液是以多种缓蚀剂、封闭剂、防锈添加剂配制而成的中性无色或浅棕色透明液体,是一种新型环保无铬钝化剂。

3)HH912-2铜、铜合金防变色剂是以多种优质化工原材料复配而成的高浓缩透明液体,铜合金防变色剂不含重铬酸盐和亚硝酸钠,pH值为5~6.5,无毒、无害、无刺激性气味,不燃不爆,使用安全。

4)锡防变色剂是以多种优质化工原料复配而成的水溶性无色至浅棕色透明浓缩水溶液。锡防变色剂的最佳使用方法为:在电镀锡后,经热水洗后的零件立即在该液中作浸渍处理。

5)HH972封闭剂是一种水溶性封闭剂,无毒、无腐蚀、不燃、不爆,主要用于钢铁常温发蓝的后处理,能显著提高常温发蓝膜的耐磨性、耐蚀性和耐油性,也适合于镀锌、镉件的直接封闭或钝化后封闭,使镀层的耐蚀性大为提高。