分享——化学镀Ni-P在塑料模具表面的应用

小黄豆 · 发表于 2010-12-20 10:29

众多文献显示[12-13]，镀层中含磷量较高且呈非晶态结构时，耐蚀性最好。同时，镀层表明形貌对耐蚀性的影响也不可忽视。表面无缺陷，大小均匀、表面光滑的胞状组织比大小不均匀、表明粗糙、凸凹明显的胞状组织耐蚀性好[6]。
　　进一步的研究表明，对于高磷镀层，提高热处理温度，延长热处理保温时间[9]对镀层耐蚀性具有相当大的影响。随热处理温度的升高和保温时间的延长，高磷镀层的耐蚀性先下降，在500℃热处理时耐蚀性最差，然后耐蚀性逐渐增强，在750℃热处理时耐蚀性最好。其原因主要有三个方面。镀层经500℃热处理，镀层组织由非晶态向晶态转变，出现晶界、相界等晶体缺陷；由于析出Ni3P，引起镀层体积收缩而导致晶界增多，而且Ni3P相在500℃左右均匀弥散分布，使得镀层基体相中磷含量降低，使镀层电位负移且容易形成原电池，加剧腐蚀[14]；同时，Ni3P的析出使合金镀层晶格尺寸发生了变化，造成应力集中。以上因素造成镀层在500℃热处理后的耐蚀性稍有降低。而在750℃高温热处理时，成为晶态组织的镀层经高温加热、保温，镀层经历聚集长大，晶界总面积减小，减小了腐蚀发生的可能性；其次镀层在空气中高温退火时表明形成了一层致密的、较厚的氧化膜，阻止了腐蚀的进行；第三，高温长时间热处理，使镀层与钢基体之间形成了较宽的连续坚固的Ni－Fe扩散层[11]，加强了镀层与基体的结合，使镀层抗蚀性上升。
　　3化学镀复合热处理在模具表面处理上的应用
　　模具生产技术水平的高低，不仅是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，而且在很大程度上决定着这个国家产品质量、效益及新产品开发能力。我国模具的低水平问题早已是公认的事实。我国目前的模具开发制造水平比国际先进水平至少相差10年[15]。而如前述，化学镀Ni-P合金有良好的耐磨、耐腐蚀和润滑性能，经热处理后有较高的硬度（400℃保温1h可达1100HV），镀层与基体具有良好的结合力(工艺合理可达1200Mpa)，且镀层均匀，对于盲孔、沟槽、螺纹等均可获得均匀的镀层[16]。而这些优点对于形状复杂的模具成型部件，是非常适用的，所以这些年来，化学镀在模具上的应用也日益广泛。
　　3.1化学镀Ni-P合金在塑料模具上的应用
　　化学镀Ni－P合金在塑料模具上的应用最早也最为广泛[16-19]。目前已经在注塑模具、挤塑模、拉伸模等[16]模具上广泛应用，取得了良好的应用效果。
　　高进等对塑料成型模具表面进行了化学镀Ni-P实验[20]，还与采用其他表面处理工艺的试样进行了比较，结果表明化学镀Ni－P合金镀层除了有良好的表面硬度和耐磨性以外，镀层还具有较好的强韧性且与基体结合良好。
　　高红霞等在45钢塑料模具表面进行了Ni-P-SiC-PTFE化学复合镀工艺，实验，得到自润滑性和耐磨性优良的复合镀层。
　　傅建等在45钢调质态基体进行化学镀试验，取得了良好的效果[21]。Ni-P合金化学镀对模具工作面强化方法成功地应用于成都某塑料厂分厂。根据用户反馈的消息，Ni-P化学镀对于提高模具使用寿命和工作面的光亮度很有帮助，而且还节省了费用。
　　那明君等采用化学镀制模工艺来代替传统的制模工艺[17]，不仅使材料费降低10％～50％，缩短了制模周期，减少了加工费用，而且经哈尔滨工艺标牌厂生产表明，该技术有推广应用价值。
　　3.2化学镀Ni-P合金在压铸模具上的应用
　　压铸模具由于在高温使用，并且有熔融状态的金属液体腐蚀、冲刷，所以工作条件苛刻，对模具表面的要求也更高。所以有些表面技术如：电镀可以应用于其他模具，但对压铸模就不太适用了。
　　据报道[2]，1995年东风汽车集团化油器厂的铜合金压铸模具（3Cr2W8V），工作温度为1000℃左右，采用化学镀复合热处理工艺强化后，平均使用寿命提高50％以上。
　　3.3化学镀Ni-P合金在冲压模具上的应用
　　陈钰秋等采用化学镀Ni－P-SiO2合金复合热处理技术在冷作模具钢GD钢表面进行了实验[22]，结果表明，镀层经处理后，硬度明显提高，为进一步工业应用提供了参考价值。
　　3.4化学镀Ni-P合金在铸造模具上的应用
　　铸造模具因为使用温度高，所以应用其上的表面技术也要经受较为苛刻的工作条件。
　　据报道[23]，黄石东贝集团铸造公司的铝合金铸造模具，经过表面化学镀Ni-P合金复合热处理后，提高了表明硬度、耐磨性能，缩短了50％的加工周期。该模具主要用于生产汽车制动器卡钳体的生产，产品外观平整光滑，精度达到要求，预期该模具可以完成超过10000台套的产品铸造。
　　1993年东风汽车公司铸造一厂的水轮叶泵铸造模具[2]，采用化学镀Ni-P合金复合热处理后，镀层与基体结合牢固，耐蚀和耐磨性能优异，大幅提高了模具的使用寿命。该模具使用2年后仍在正常工作。
　　3.5化学镀技术在快速原型模具上的应用
　　快速原型技术制造模具是近年来发展起来的新技术，其极高的材料利用率、较低的制造成本和较短的制造周期使得这种技术成为21世纪制造业的重要组成部分。
　　刘传慧等将复合化学镀技术应用于熔融沉积产生的快速原型ABS零件芯模上[24]，得到Ni-P/PTFE复合镀层，使得该零件芯模更加耐磨、耐腐蚀，而且表明具有不粘性和导电性，使该芯模进行硅胶注塑时脱模容易，经久耐用，也使得电铸成型有了实施的条件。
　　吴福生等人研制出适合于精密模具开发的电铸化学镀镍工艺[25]，可以在以成型机制作的快速原型芯模上制备导电层。并在此基础上开发了用于精密模具制造的电铸成型机。
　　金洙吉等人经过大量实验，探索出一种在LOM纸质原型上进行化学镀铜的工艺[26]，可在LOM纸质原型一层均匀的导电层，为后续的电铸做好准备，从而把LOM工艺快速制造原型、电铸工艺精确复制原型和电弧喷涂紫铜快速背衬的特点结合在一起，快速制造出了EDM电极。经实验证明，该方法的电极性能良好、尺寸精度较高、完全能满足电火花加工的需要，为电火花加工电极及模具的快速经济制造提供了新的途径。
　　4结语
　　化学镀Ni-P合金技术可在被处理零件表面形成厚度均匀的镀层，镀层内应力为拉应力类型。
　　经过热处理之后，镀层由非晶体转变为晶体，镀层与基体结合力增强，耐腐蚀性与热处理温度密切相关，在高温750℃处理后的镀层耐蚀性最好。
　　化学镀Ni-P合金复合热处理技术在模具表面处理上的应用日益广泛，尤其在塑料模具上的应用日渐成熟，在铸造模具和压铸模具上也有一定程度的应用，在冷冲压模具上的应用较少，在快速原型制造模具上的应用主要限于制备导电层，其他方面的应用仍在研究中。

hu98804304 · 发表于 2010-12-20 20:07

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