電刷鍍技術(shù)在模具制造修復(fù)中的實際應(yīng)用
| 模具在國民經(jīng)濟中具有極其重要的作用，目前，我國模具技術(shù)不能完全適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，水平比發(fā)達國家落后近20年。主要問題是制造周期長、壽命短、精度低，生產(chǎn)只能滿足需要量的一半左右，所以當(dāng)前迫切的問題是提高模具壽命。而提高模具壽命最簡單、最經(jīng)濟、最現(xiàn)實的方法是采用電刷鍍技術(shù)。 電刷鍍技術(shù)在我國研究開發(fā)、應(yīng)用推廣已有二十多年歷史，這一新技術(shù)解決了許多國家重點工程中的維修等關(guān)鍵問題，創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益30億元以上。電刷鍍技術(shù)曾獲得國家科技進步一等獎，是國家連續(xù)三個五年計劃重點推廣的新技術(shù)。 電刷鍍的應(yīng)用情況 電刷鍍技術(shù)在模具制造及失效修復(fù)中，應(yīng)用廣泛。對于一些大型、不易搬動的模具，由于電刷鍍的設(shè)備比較簡單，工藝靈活，攜帶方便，可以去現(xiàn)場進行表面刷鍍。對于模具型腔局部缺陷，或使用后有磨損的部位也可采用表面刷鍍進行修補。由于修復(fù)周期短，經(jīng)濟效益大，修復(fù)費用一般只占工件成本的0.5%~2%，而且修復(fù)后表面的耐磨性、硬度、表面粗糙度等都能達到原來的性能指標(biāo)，因此起到表面強化的目的。將電刷鍍技術(shù)應(yīng)用于模具，可使汽車零件（如曲軸、連桿、齒輪等）的熱鍛模壽命提高20~100%，其主要原因是電刷鍍層有良好的紅硬性、耐磨性和抗氧化能力 ；電刷鍍也可大幅度提高冷作模具的壽命，這歸功于電刷鍍層有高的硬度和良好的抗粘著性能 ；采用非晶態(tài)電刷鍍層，可使各種冷熱模具的使用壽命進一步提高壽命50~200%。 電刷鍍的基本原理 電刷鍍技術(shù)需采用專用的直流電源設(shè)備，電源的正極接鍍筆，作為刷鍍時的陽極 ；電源的負(fù)極接工件，作為刷鍍時的陰極。鍍筆通常采用高純度細石墨塊作陽極材料，石墨塊外面包裹一層棉花和耐磨的滌棉套。刷鍍時使浸滿鍍液的鍍筆以一定的相對運動速度在工件表面上移動，并保持適當(dāng)?shù)膲毫?。在鍍筆與工件接觸的部位，鍍液中的金屬離子在電場的作用下擴散到工件表面，并在表面獲得電子被還原成金屬原子，沉積結(jié)晶形成鍍層，隨著刷鍍時間的增長，鍍層增厚，從而達到鍍覆及修復(fù)的目的。電刷鍍的設(shè)備主要包括電源裝置、鍍筆與陽極以及各種輔助材料。 電刷鍍電源裝置 電刷鍍電源是電刷鍍工藝過程中的主要設(shè)備，它由主電路和控制電路組成。 電刷鍍的表面準(zhǔn)備及溫度控制 刷鍍前模具零件需進行表面準(zhǔn)備，使待鍍的工件顯露出新鮮、潔凈的基體，以便與鍍層結(jié)合得足夠牢靠。表面準(zhǔn)備包括鍍前表面加工、表面脫脂及表面除銹等。在刷鍍模具的整個過程中，模具和鍍液都應(yīng)在40~50℃下進行操作。 電刷鍍?nèi)芤? 電刷鍍技術(shù)的關(guān)鍵是電刷鍍液的配方。 ◆ 表面預(yù)處理溶液 表面預(yù)處理溶液主要有電解脫脂的電凈液和對表面進行電解刻蝕的活化液。 ◆ 模具常用電刷鍍?nèi)芤? ① 特殊鎳 硫酸鎳395~397g/L 氯化鈉14~16g/L 乙酸68~70g/L 鹽酸20~28g/L ② 鎳-鎢D合金鍍液 硫酸鎳395g/L 鎢酸鈉23 g/L 硼酸31 g/L 檸檬酸42 g/L 硫酸鈷2 g/L 無水硫酸鈉6.5 g/L 硫酸鎂2 g/L 硫酸錳2 g/L 冰醋酸20mL/L 甲酸35 mL/L 氟化鈉5 g/L 十二烷基硫酸鈉0.01~0.001g/L 除了鎳-鎢合金外，近年來發(fā)展的鎳-鈷合金由于硬度高達550HBW，耐磨性好，鍍層應(yīng)力低，也特別適合模具表面的刷鍍。 實例1: 電動機軸孔沖模的電刷鍍修復(fù)處理 沖模下模刃口加工超差0.1mm，材料為Cr12，淬火后進行尺寸修復(fù)。首先用特殊鎳鍍打底層，然后鍍鎳鎢D為工作層。其工藝操作如下： （1）用有機溶劑丙酮脫脂。 （2）用電凈液脫脂，模具零件接負(fù)極，工作電壓12~15V，時間15~30s，刃口處表面水膜均勻攤開不呈珠狀。 （3）以清水徹底沖洗。 （4）用 鉻活化液活化，模具零件接正極，工作電壓12~15V，時間10~30s ；然后將電壓降低到10~12V，時間10~20s，使工件表面呈銀灰色。 （5）用特殊鎳鍍液鍍底層，無電擦拭3~5s，模具零件接負(fù)極，工作電壓18~20V，閃鍍3~5s，然后工作電壓降至15V，陰陽極相對運動速度10~15m/min，鍍層2mm。 （6）用鎳鎢D鍍液鍍工作層，工作電壓為10~15V，陰陽極相對運動速度6~20m/min。鍍層厚度直到規(guī)定尺寸。工作前，鍍液溫度應(yīng)加熱至30~50℃。 實例2: 組合模具尺寸恢復(fù)和表面強化 材料為T10A鋼，經(jīng)多年使用后，單面磨損0.2mm，為恢復(fù)尺寸且表面強化，首先鍍打底層（特殊鎳），然后鍍鎳—鎢D合金作為耐磨表面。T10A屬于中碳鋼，其操作工藝如下： （1）用砂紙和油石打磨表面。 （2）用有機溶劑擦拭。 （3）用電凈液脫脂，模具工作零件接負(fù)極，工作電壓10~14V，陰陽極相對運動速度4~8m/min，電凈時間盡量短，以減少模具工作零件滲氫量，模具工作零件表面上水珠均勻攤開，無干斑。 （4）用清水徹底清洗。 （5）用鹽酸、氯化鈉配制的活化液活化，模具工作零件接正極，工作電壓10~14V，陰陽極相對運動速度6~8m/min，活化時間應(yīng)根據(jù)鍍筆和模具工作零件被鍍面大小而定，一個部位的接觸時間為30~60s，模具工作零件表面呈均勻的黑灰色即可。 （6）用清水徹底清洗。 （7）用硫酸、硫酸銨配制的活化液活化，模具工作零件接正極，工作電壓18~25V，一個部位的接觸時間為30~60s，使模具工作零件表面呈銀灰色為止。 （8）用清水徹底清洗。 （9）與例1中的(5)相同。 （10）與例1中的(6)相同。 電刷鍍技術(shù)研究的新進展 ◆ 電刷鍍非晶態(tài)鍍層 一般的電刷鍍層是晶態(tài)的，如果采用特殊鍍液，使刷鍍時沉積的金屬離子在鍍層中進行不規(guī)則排列，即可獲得無定形結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)鍍層。這種鍍層具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，是提高模具壽命的經(jīng)濟方法。表1為非晶態(tài)電刷鍍在模具上的應(yīng)用效果。 在常溫條件下，應(yīng)用刷鍍的方法，使用Co-Ni-P系列合金刷鍍液，可以獲得非晶態(tài)刷鍍層。其中以低Co++濃度加入含鈮添加劑的鍍液獲得刷鍍層，性能最為優(yōu)異。該鍍層在常溫和高溫度下均具有較高的硬度和良好的耐磨性。 ◆ 電刷鍍復(fù)合鍍層 復(fù)合刷鍍是復(fù)合電鍍的一種，其本質(zhì)是通過電化學(xué)沉積在工件基體表面獲得復(fù)合材料（復(fù)合鍍層）。目前鎳基鍍液復(fù)合刷鍍用的較多，例如在快鎳鍍液中加入二硫化鉬作自潤滑涂層 ；加入三氧化二鋁作耐磨和防腐涂層，加入金剛石微粉作高抗磨涂層。 熱鍛模應(yīng)用Ni-Co-ZrO2復(fù)合電刷鍍，鍍層有良好的耐磨性、抗粘著、抗高溫氧化和耐高溫疲勞等性能，與基體結(jié)合良好，可使壽命提高。研究證實，復(fù)合鍍層的強化機理主要是細晶強化和第二相粒子強化，其強化作用取決于第二相顆粒彌散情況及其被基體金屬嵌合的牢固程度。 |
