模具电镀镍钨合金工艺和解析

OVWilliam

　　1前言
　　模具的质量与制件质量紧密相关。许多模具(如压铸模)的表面必须进行电镀，以提高其耐蚀性、耐磨性、抗氧化性及硬度等性能。传统的镀铬技术尽管工艺成熟，质量比较稳定，但因为六价铬是一种有毒的物质，严重污染环境。因此，消除污染，保护环境，清洁生产，走可持续发展的道路。
　　电镀镍钨合金是提高模具质量、延长模具寿命、清洁生产的良好选择。镍、钨金属硬度高、耐磨性好，与熔融态基体粘附温度高。镍钨合金镀层结晶细致光亮、耐磨性好，与基体结合力强、硬度高，高温下维氏硬度达到1000以上。该技术近年来受到各方的关注，将逐步取代模具电镀铬，但是，该技术目前普遍存在镀层粗糙、不均、麻点等缺陷，严重制约其应用发展。
- q% K$ |( a0 H  E! ^$ R6 P　　2镀液配方及工艺流程
+ }) }2 M" K# y　　镀液主要由钨酸钠、硫酸镍和柠檬酸钠组成，其含量分别为40～45g L、20～30g L、40～50g L。
# v; l# y% r- i" e　　工艺流程：
　　喷砂→检查→除油→清洗→电镀→检验
　　3镀层质量缺陷及其原因分析
　　常见镍钨镀层质量缺陷是麻点较多，侧面及球面的镀层粗糙有白色颗粒，中央镀层与侧面、角部和R处严重不均，甚至角部、R处出现微细裂纹等。
　　3.1麻点
　　麻点是镀层上的微小白色、黑色点状缺陷，形状多样，有些明显而规则，易发现，相对好控制；少量的肉眼“看不见”的，只能用仪器检查。
　　原因分析：
　　模具基体的砂眼、气孔、点蚀、粘附物等不良引起；模具在喷砂时粘附砂粒，或砂质不良，或砂质被杂质、油、异物、尘埃等污染引起；模具在除油时粘附的乳化物、清洗时水中的杂质等；配液时使用的压缩空气、纯水及其管路、工具及环境中的杂质等污染引起；镀液、活化液中的未溶化的盐颗粒、酸化的电极金属物等均可引起麻点。
　　上述麻点直观可见，而模具表面的有些薄层粘附物，经分析主要为镀前污染砂质中的碳类化合物。它牢固，粘附力强逐渐会变成耐酸碱、抗振动的高粘度胶状物。在除油、清洗时不易去除，一旦疏忽，流入电镀工序，必然被镀层覆盖，肉眼不易发现，也无法弥补。
　　3.2镀层粗糙
" y# v) i" K. m　　原因分析：
5 \4 Q9 J5 |' U% `　　镀液基本组成是硫酸镍、柠檬酸钠、钨酸钠等，还有盐类、有机配合物等。试验发现：模具电镀的缺陷主要与镀液中的杂质含量有关。化学药品的纯度不高，镀液中的异物，镀液的频繁使用，使镀液中金属杂质Cu、Fe、Cr、Co含量超出了允许范围等，均可导致镀层粗糙、麻点增加及白色颗粒。
0 T2 r1 I( @* y3 A5 `　　3.3镀层厚度严重不均
. g" y1 Q7 u) e+ b　　中央与侧面、角部、R处镀层严重不均，甚至角部、R处出现微细裂纹。
　　原因分析：
$ f; L! ^8 }" s　　镀液使用较长时间后，镀层出现缺陷的几率增加，侧面及球面的白色颗粒，角部、R处的微细裂纹尤为明显。试验发现：当镀液中的杂质Cu、Fe、Cr、Co含量分别显着增加到20、20、20、50mgl时，电镀质量明显下降。
7 l6 N, `, S! w. c& V　　试验还发现：电镀电流的分布情况直接影响镀层的均匀度。模具的边缘、角部、R处电流密度明显比其它部位的高，相应金属沉积量多，镀层厚度大。正常情况下，中央与侧面、角部、R处的镀层厚度差为4μm左右。电流分布不均会导致镀层厚度差达到15μm以上，严重时镀层因为局部金属沉积量过多而脱落。
  R' _8 l0 C+ ?　　另外，模具的形状、结构、材料等也影响镀层的质量。
% {* p, @4 u; ?6 U　　4对策
　　(1)喷砂前，检查、消除模具基体的砂眼、气孔、点蚀、粘附物等。
　　(2)喷砂时先检验砂质，若有杂质、异物、油污等污染，应立即彻底更换。喷砂后及时清扫模具表面残存的砂粒及其它粘附物。
8 y' g4 H: `+ v! d9 c) _　　(3)除油前先检验除油液表面，若有油状乳化剂聚集，应及时喷淋冲散；除油后模具表面若有油状乳化物粘附，必须清洗干净。
: a: U! r& w1 |, A7 p0 V　　(4)酸活化时要严格控制时间，避免模具过腐蚀；同时，控制好模具下槽深度，防止电极板、连接件等腐蚀。其腐蚀物会污染镀液，导致电镀不良。
　　(5)镀液配制时化学药品尽量纯度高，并及时分析杂质含量。另外，镀液要定时分析，过滤，并定期更换。
, b' F3 r- b; _' Y) C7 _/ z　　(6)根据模具结构形状，科学地设计合理的电流均衡板，可以有效抑制金属局部沉积过厚，保证镀层质量。
　　(7)在保证模具满足生产工艺的前提下，优化模具设计，特别有利于提高镀层质量。
　　(8)及时补充阳极，修理附件，定期清理镀槽泥渣，并进行“三废”综合治理。
　　(9)净化、保护工作环境，遵守工艺规程，加强操作人员责任心，避免环境、机械杂质进入镀液。
　　5结束语
　　电镀镍钨合金新技术，有着广阔的应用前景。但提高电镀质量，必须从工艺技术、生产管理等方面综合控制和管理。【MechNet】
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