模具表面的電鍍技術(shù)
/ 2021/6/5 12:40:30
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電鍍技術(shù)是一種用電化學(xué)方法在基體（金屬或非金屬）表面沉積金屬或金屬化處理的技術(shù)。它能使均勻溶解在溶液中的金屬離子，有序地在溶液（即鍍液）中和基體表面接觸獲得電子、還原成金屬原子并沉積在基體表面，形成宏觀金屬層——鍍層。
電鍍技術(shù)包括了技術(shù)原理、結(jié)合和鍍覆工藝、鍍液和設(shè)備等基本要素。經(jīng)過近200年的發(fā)展史，現(xiàn)代的電鍍技術(shù)已是一類綜合應(yīng)用了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)成就、十分重要的表面工程技術(shù)，具有非常寬廣、深入的應(yīng)用領(lǐng)域。
一.電鍍層分類
電鍍的目的是：改善材料的外觀，提高材料的各種物理化學(xué)性能，賦予材料表面特殊的耐蝕性、耐磨性、裝飾性、焊接性及電、磁、光學(xué)性能等。鍍層一般為幾微米到幾十微米厚。
鍍層種類很多，按使用性能分類，可分為：
①防護性鍍層，例如鋅、鋅-鎳、鎳、鎘、錫等鍍層，作為耐大氣及各種腐蝕環(huán)境的防腐蝕鍍層。
②防護-裝飾性鍍層，例如Cu-Ni-Cr鍍層等，既有裝飾性，又有防護性。
③裝飾性鍍層，例如Au及CH-Zn仿金鍍層、黑鉻、黑鎳鍍層等。
④耐磨和減磨鍍層，例如硬鉻、松孔鍍、Ni-SiC、Ni-石墨、Ni-PTFE復(fù)合鍍層等。
⑤電性能鍍層，例如Au、Ag鍍層等，既有高的導(dǎo)電率，又可防氧化，避免增加接觸電阻。
⑥磁性能鍍層，例如軟磁性能鍍層有Ni-Fe、Fe-Co鍍層；硬磁性能有Co-P、Co-Ni、Co-Ni-P等。
⑦可焊性鍍層，例如Sn–Pb、Cu、Sn、Ag等鍍層，可改善元件可焊性，在電子工業(yè)中廣泛應(yīng)用。
⑧耐熱鍍層，例如Ni-W、Ni、Cr鍍層，熔點高，耐高溫。
⑨修復(fù)用鍍層，一些造價較高的易磨損件，或加工超差件，采用電鍍修復(fù)尺寸，可節(jié)約成本，延長使用壽命，例如可電鍍Ni、Cr、Fe層進行修復(fù)。
電鍍硬鉻和硬鎳是我國
塑料模具表面處理的傳統(tǒng)技術(shù)，是用電化學(xué)方法在經(jīng)過鏡面加工的
模具表面沉積薄層金屬或合金的一種濕式鍍覆。由于該技術(shù)可在接近室溫的條件下進行，模具自身的性能幾乎不受影響，也不必?fù)?dān)心變形，同時電鍍層的摩擦系數(shù)低，而顯微硬度可高達800HV，因此，它可用于提高普通塑料模的耐磨性。但其鍍層孔隙較大，耐蝕性不高，并具有尖端效應(yīng)，模具溝槽、深孔處無法處理。因此，它不適用于某些多孔、多凹槽、形狀復(fù)雜及耐蝕性要求較高的塑料模具。
二.電鍍的基本原理
電鍍是指在直流電的作用下，電解液中的金屬離子還原，并沉積到零件表面形成有一定性能的金屬鍍層的過程。電解液主要是水溶液，也有有機溶液和熔融鹽。當(dāng)直流電通過兩電極及兩極間含金屬離子的電解液時，金屬離子在陰極上還原沉積成鍍層，而陽極氧化將金屬轉(zhuǎn)移為離子。
金屬離子按如下步驟沉積：
①傳遞步驟
液相中的反應(yīng)粒子（金屬水化離子或配合離子）向陰極表面?zhèn)鬟f的步驟，有電遷移、擴散及對流三種不同方式。
②前置化學(xué)步驟
研究表明，直接參加陰極電化學(xué)還原反應(yīng)的金屬離子往往不是金屬離子在電解液中的主要存在形式。在還原之前，離子在陰極附近或表面發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化，然后才能放電還原為金屬。
③電荷轉(zhuǎn)移步驟
反應(yīng)粒子在陰極表面得到電子，形成吸附原子或吸附離子的過程稱為電荷轉(zhuǎn)移步驟，又稱為電化學(xué)步驟，是電荷從陰極表面轉(zhuǎn)移到反應(yīng)粒子的過程，這是電沉積過程的重要步驟。
④結(jié)晶步驟
吸附原子通過表面擴散，到達生長點而進入晶格，或吸附原子相互碰撞形成新的晶核并長大成晶體。
金屬離子以一定的電流密度進行陰極還原時，原則上，只要電極電位足夠負(fù)，任何金屬離子都可能在陰極上還原，實現(xiàn)電沉積。但由于水溶液中有氫離子、水分子及多種其他離子，使得一些還原電位很負(fù)的金屬離子實際上不可能實現(xiàn)沉積過程。所以，金屬離子在水溶液中能否還原，不僅決定于其本身的電化學(xué)性質(zhì)，還決定于金屬的還原電位與氫還原電位的相對大小。若金屬離子還原電位比氫離子還原電位更負(fù)，則電極上大量析出氫，金屬沉積極少。金屬離子還原析出的可能性是獲得鍍層的首要條件，而要獲得質(zhì)量優(yōu)良的鍍層，還要有合理的鍍液組成和合理的工藝控制。
電鍍層的質(zhì)量體現(xiàn)于它的物理化學(xué)性能、力學(xué)性能、組織特征、表面特征、孔隙率、結(jié)合力和殘余內(nèi)應(yīng)力等方面。這些特性除取決于鍍層金屬的本性外，還受到鍍液、電鍍規(guī)范、基體金屬及前處理工藝等的影響。
