模具表面处理之镀硬铬知识介绍

表面处理之镀硬铬知识介绍一、引言:镀铬技术的分类及应用二、镀硬铬原理和主要性能特点三、镀铬过程介绍和质量影响因素四、镀铬前后注意事项以及模具的保养五、M1模具项目实例目录在高速、高压冲压作业过程中，模具和制件会产生巨大的摩擦，由于铁和铁的巨大摩擦，模具和材料上极易产生擦伤和烧坏等不良现象，增加了产品的返修和报废率。电镀硬铬技术可以大大提升耐久性，保证模具稳定的精度，生产效率也会显著提升。电镀硬铬技术运用在汽车大型覆盖件模具及拉延深度较深的模具表面热处理、汽车冲压模具附属零件表面热处理、锻造用模具和铸造用模具表面热处理，核心在于模具耐磨性、平滑性和耐腐蚀性的提高。(1)防护装饰性镀铬利用铬镀层的钝化能力、良好的化学稳定性和反射能力，铬层与铜、镍及铜锡合金等组成防护装饰性体系，广泛用于汽车、自行车、缝纫机、钟表、仪器仪表、日用五金等零部件，特点是既能保持产品表面的光亮和美观，又可以提高防锈性能。这类铬层的厚度一般为0.25µm~1µm。走进镀铬技术：镀铬可按其工艺及溶液不同来分类，所得到的铬层可应用于不同的场合。镀铬技术的分类及应用钢笔配件门把手(2)镀硬铬(耐磨铬)铬层具有高的硬度和低的摩擦系数，机械零部件镀硬铬后可以提高其抗磨损能力，延长使用寿命。硬铬可用于切削及拉拔工具，各种材料的模具、轴承、轴、量规、齿轮等，还可用于修复磨损零件的尺寸。这类铬层的厚度根据需要而变，从1µm到几个mm。以上两种镀铬技术是目前最应用最广泛的镀铬技术。此外还有镀乳白铬，松孔镀铬，镀黑铬等镀铬技术。用户根据其目的来判断要镀那种铬。镀硬铬钛泵（耐腐蚀）镀硬铬电视模具硬质铬电镀原理电镀是指通过电化学方法在固体表面上沉积一层金属或合金的过程，本质是电解池原理（将电能转化为化学能）。所谓硬质铬电镀，是按照JIS标准硬度在HV750(HRC60)以上，膜厚在5um以上。几乎所有的模具素材均可以进行电镀。电镀过程中，电解液为铬酸溶液，待镀物件为阴极，电镀的析出过程如下：用特定的电压和电流密度在阳极上进行氧化反应，同时产生氧气体，在阴极上起还原反应，产生氢气，从而析出铬并附着于待镀物件上。(1)铬的性质：铬是一种微带天蓝色的银白色金属，电极电位为负，但它有很强的钝化性能，在大气中很快钝化，显示出具有贵金属的性质，所以钢铁零件镀铬层是阴极镀层。铬层在大气中很稳定，能长期保持其光泽，在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐以及有机酸等腐蚀介质中也非常稳定，但可溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中。铬层硬度高(HV900～110kg／mm2)、耐磨性好、反光能力强以及有较好的耐热性，在500℃以下光泽和硬度均无明显变化，温度大于500℃开始氧化变色，大于700℃时才开始变软。(2)硬度及电泳液温度：对比各种热处理形式，情况如下页表l所示。通过比较，我们发现，对于车身上的大件如侧围、翼子板等大型模具的凸凹模本体，因其模具型腔大型面复杂且壁厚不一致，受热后容易发生热变形，镀Cr处理温度一般在50～70℃，属低温处理，处理后模具不会产生变形，其表面硬度一般可控制在HRC65以上，高于拉延所需的硬度要求。(3)高耐磨性：经镀铬处理后的模具型腔比未处理的模具型腔光洁度效果有明显改善，有效地降低了摩擦系数，提高了模具使用寿命。模具在生产过程中因各种原因产生的拉毛等问题得到有效解决，下图是某车型侧围镀铬前后光洁度对比。(6)可反复处理：已经做过电镀处理的模具，因长期使用时模具的磨损，在铬层脱落前可重复多次电镀，重复电镀不破坏模具本身，只是增加剥离原电镀层所产生的费用，1t以下的剥离费用是500元左右，1～20t的剥离费用是6000元左右。(7)镀铬处理适用材料：有一定含碳量的各种钢材，硬质合金都可以形成镀铬层，如HT300、SKD11、DC53、Crl2、Crl2MoV／MoCr和GGG70L等。(5)极高的耐腐蚀性能：铬的电位比铁负，钢铁镀铬是属于阳极性保护镀层，而铬本身干大气中易形成极薄的钝态膜，在潮湿大气中也很安定，能长久保持颜色，在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐及有机酸和大多数气体中也很稳定，所以耐腐蚀性好。(4)附着力：无论配对材料是难以加工的不锈钢，还是其他各种钢材或有色金属，只要处理得当，镀铬处理都体现了较好的附着力。1、镀层厚度。主要根据板件厚度和需求的硬度值来决定。一般硬铬镀层硬度是随厚度提高而提高的，硬度的最高值在0.2㎜左右。对于汽车覆盖件的模具，镀层厚度一般在5-20um之间。2、镀铬溶液成分：2.1铬酸酐。镀铬溶液中的主盐，其含量的高低对镀液的电流效率、分散能力、镀层性能以及溶液损耗及电损耗有直接关系。含量过低，电流效率高，溶液分散能力较好，镀层的硬度也较高同时溶液的带出损失减少；含量过高，虽然镀液的导电率提高，均镀能力也随着升高。但电流效率下降槽电压升高，分散能力变差同时镀液的带出损失较大，镀层的硬度也较低。铬酸酐在镀硬铬溶液中的浓度为200～250g/L。2.2硫酸。镀铬溶液中最主要的主要添加剂，其含量应为CrO3的1％，生产时铬酸酐与硫酸根的比例可控制在（80～120）：1。当比例小于100∶1时，镀层的光亮度虽然能够提高，但镀液的分散能力及电流效率会降低，严重时工件凹陷部位难以沉积上镀层并且镀层有发花现象。同时镀液中的Cr3+含量上升；当比例大于此值时镀层颜色发灰，也较为粗糙，同时光泽性差。2.3三价铬。其作用主要是在工件表面形成一层胶体膜，与硫酸根的作用正好相反，提高极化度。含量一般控制在2～4g/L，含量低时镀液呈棕红色，分散能力下降，镀层光泽性不好，同时镀后工件的水洗性也不好；含量偏高时溶液呈棕黑色槽电压升高光亮区变窄甚至镀层发暗。其含量如果大于10g/L须用小阴极大阳极电解的方法进行调整。这里需要说明的是用国内生产的铬酸酐新配的槽液，如果没有特殊要求，可不必为增加三价铬而进行专门的电解处理。3、镀液温度与阴极电流密度。在镀铬过程中阴极电流密度与温度之间存在着相互依赖的关系，对镀层的亮度、硬度都有很大影响。通过调整温度和电流密度，可以获得光亮铬、硬铬和乳白铬三种不同性能的镀铬层。在低温高电流密度区，铬镀层呈灰暗色或烧焦，这种镀层具有网状裂纹、硬度大、脆性大；高温低电流密度区，铬层呈乳白色，这种组织细致、气孔少，无裂纹，防护性能较好，但硬度低，耐磨性差；中温中电流密度区或两者配合较好时，可获得光亮镀铬层，这种铬层硬度较高，有细而稠密的网状裂纹。1．提高模具表面硬度（可达HRC60-75）、耐磨性、耐腐性和抗高温氧化性能；2．减少由于粉尘、颗粒引起的斑点不良；3．提高模具表面抗摩擦能力，防止拉毛刮伤等问题产生；4．经过镀硬铬处理的模具可达到甚至超过硬质合金的性能指标，不仅大幅度降低材料成本，而且可以简化模具制造加工工艺和热处理工艺，降低生产成本；5．模具维修简单化，从而降低了维修工时；6．降低了拉延油的使用量；7．提高模具的档次和附加值；8．提高模具寿命并有效保护模具本体。9、可再生性，如果磨损，可以剥离后再镀。简易过程说明：1、将模具导板、限位器等非电镀可拆卸零件拆卸下来。2、将模具放入脱脂槽进行除油清洁处理。3、用清水清洗，清洗完毕后，检查模具表面是否有表面缺陷，如存在焊接缝隙和焊接不平整面，需重新进行补焊、打磨抛光后再次清洗。4、将清洗好的模具进入热水槽进行预热，时间为2-3min。然后进入电镀槽，进行阴阳极的相关准备，模具开始电镀，电镀时间一般为1.5h左右。5、镀好的模具进入中和槽；将带电子的铬原子中和掉，再进行水洗；洗净后，进入烘箱进行干燥去氢，这个过程需要2-3h。6、对模具表面进行抛光处理，检查电镀结果，整个过程结束。镀铬前：1、镀铬前需针对模具上砂孔，裂纹以及R角不顺等相关问题进行修复，修复完毕后上机试模确认其生产状况（若OK，批量生产后进行第二步骤；若NG，模具继续调整直至OK为止）2、模具送出前，全周用砂纸进行精修：120#-240#-400#，尤其是走料R角处。3、非模具本体之附件在镀铬前必须拆除，以防在镀铬过程中被腐蚀损坏，主要包括以下：格纳，顶料机构，AIR气管，检知线路及检知器，耐磨板，定位具，保护板，垫块以及非必要之锁付螺丝。4、模具精修完毕后，需清洗整理并拍照存证（防止模具送出损坏时的责任判定）。5、模具上防黄油防止运输过程潮湿生锈。6、镀铬的模具须以工程样件覆盖并用薄膜、牛皮纸等保护固定，并标识“防水、防碰、防压”后方可运出。镀铬过程中：1、欲镀零件无论材质如何，只要工件较大，均需预热处理，因为镀硬铬时间较长，镀层较厚，内应力大且硬度高，而基体金属与铬的热膨胀系数差别较大。如不预热就施镀，基体金属容易受热膨胀而产生“暴皮”现象，预热时间根据工件大小而定。2、挂具（用于悬挂工件并将电流导至工件的框架）用材料必须在热的铬酸溶液中不溶解，也不发生其他化学作用。夹具还应有足够的截面积，且与导电部件接触良好。否则因电流大，槽电压升高，局部过热。夹具结构应尽量采用焊接形式连接；夹具非工作部分应用聚氯乙烯塑料布或涂布耐酸胶绝缘。3、装挂时应考虑便于气体的逸出，防止“气袋”形成，造成局部无镀层或镀层厚度不均。4、复杂零件镀铬应采用象形阳极，圆柱形零件两端应加阴极保护，避免两端烧焦及中间镀层薄的现象；带有棱角、尖端的零件可用金属丝屏蔽。5、为提高镀层的结合力，可进行反电、大电流冲击及阶梯式给电。反电时间为0．5～3min，阴极电流密度为30～40A/dm2。大电流冲击为80～120A/dm2，时间为l～3min。6、对于易析氢的钢铁部件，应在镀后进行除氢处理。镀铬后：1、模具吊运分解将工程样件及保护薄膜、牛皮纸去除。2、确认模具与镀铬前拍照存证的状况比是否有异常。3、模具擦拭，用小于逃气孔孔径0.2左右的钻头对逃气孔逐个进行清理，清理完毕后再用气枪将杂物吹出；4、模面用400#砂纸/油石精修。5、模具上易剥落的油漆去除后模具清洗整理。6、将镀铬前拆除的相应附件按编号进行还原。7、模具组合上机TRY。8、生产状况OK后模具刷漆（防止镀铬后模具油漆易剥落造成品质不良）1、模具使用过程中a.不要冲击电镀表面：因坚硬的镀层附着在模具表面．如直接对其碰撞等则会造成镀层的剥落。特别是钢丝绳零件及工具的掉落等对其表面的碰撞等；b.对于电镀后初次试模及生产初期的使用必须在初始时进行表面涂油处理。镀层本身具滑动性，没有油份固摩擦阻力会造成疲劳剥落。因此在初次使用镀层时一定要在镀层表面涂油．提高其滑动性来延长使用寿命。c.生产过程中，作业人员要及时擦拭原材料表面．每隔50件擦拭模具一次(包括凸模、凹模、压边圈)2、模具维护过程中a.电镀后发生拉毛时的处置(生产初期)：在电镀后生产的初期发生拉毛情况时。首先要确认发生的部位。修整时．不要有刮料现象。焊接母材砂眼：使用砂纸(#250以上)用指尖压住后沿扳村流入方向对砂眼进行研磨。镀层剥落：使用砂纸(#180左右)沿板材流入方向对剥落部位进行研磨。最后用油石推磨。b.点检及保养：通常的点检保养时进行对镀层表面伤情的确认。bl.因磨损而发生的凹凸、划伤时使用砂纸(#400以上)进行研磨。b2.发生镀层剥落时与生产初期的拉毛修整相同的方法进行修整。一般的汽车模具在年生产纲领为6万件时或因周围生产环境的恶劣会不可避免地持续镀铬层的脱落现象。或者因镀铬工艺不完善也有可能出现脱落现象。即镀铬层的硬度高，一般情况模具工作面型腔实际使用厚铬镀层的硬度多在750Hv左右。太硬的镀铬层因内应力太大，会存在表面裂纹现象。模具工作面型凹模镀铬层有较低的摩擦系数，因此与镀铬层配合的凸模，二者之间配台应有有较长的使用寿命，即凸模一般也要考虑镀铬。镀铬层的油附性不好，拉延油很难在完整、光滑的铬层上形成油膜，当润滑不良时，局部易出现干摩擦现象，难以电镀处既有较高硬度、又有较大厚度的铬层，一般的镀铬修复工艺包括：镀铜—镀镍—镀铬需要注意的是，上述修复流程不可少，也就是说不在直接在模具工作面型腔镀铬，必须先镀铜处理再镀镍，最后才是镀铬。在汽车行业．以日本为首．包括美国、韩国等都相继引入了模具镀铬处理，使用后制件的返修率呈现非常明显降低趋势。降低了