模具表面的電鍍技術(shù)課件

1、模具表面的電鍍技術(shù)2022/7/28模具表面的電鍍技術(shù) 電鍍的基本原理 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、還原成金屬金屬原子并沉積在基體表面，形成宏觀金屬層鍍層。它是物理和化學(xué)的變化或結(jié)合。模具表面的電鍍技術(shù)電鍍金屬的種類電鍍金屬的種類約有30多種，其中應(yīng)用較廣的有鍍鋅，鎘，銅，鎳，銀，錫，金，鐵，鈷，鉛，銻，鉑，鈦，鐒等十多種。除單金屬鍍層外，還有很多合金鍍層，例如鍍銅錫，銅鋅，銅鎳，鎳鐵，鉛錫，鋅錫，鋅鐵，鋅鎳，銅鎘，鋅鎘，錫鐵，錫鈷，鎢鐵等模具表面的電鍍技術(shù)電鍍

2、層的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腐蝕性、耐磨性、裝飾性、焊接性及電、磁、光學(xué)性能等。模具表面的電鍍技術(shù)鍍層使用性能防護(hù)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。防護(hù)-裝飾性鍍層，例如Cu-Ni-Cr鍍層等，既有裝飾性，又有防護(hù)性。裝飾性鍍層，例如Au及Cu-Zn仿金鍍層、黑鉻、黑鎳鍍層等。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。電性能鍍層，例如Au、Ag鍍層等，既有高的導(dǎo)電率，又可以防氧化，避免增加接觸電阻。模具表面的電鍍技術(shù)磁性能鍍層，例如軟磁性能鍍層有Ni

3、-Fe、Fe-Co鍍層；硬磁性能有Co-P、Co-Ni、Co-Ni-P等?？珊感藻儗?，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。耐熱鍍層，例如Ni-W、Ni、Cr鍍層，熔點(diǎn)高，耐高溫。修復(fù)用鍍層，一些造價(jià)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(jìn)行修復(fù)。模具表面的電鍍技術(shù)若按鍍層與基體金屬之間的電化學(xué)性質(zhì)分類，可分為陽極性鍍層和陰極性鍍層。凡鍍層相對(duì)于基體金屬的電位為負(fù)時(shí)，鍍層是陽極，稱陽極鍍層，如鋼上的鍍鋅層；當(dāng)鍍層相對(duì)于基體金屬的電位為正時(shí)，鍍層呈陰極，稱為陰極鍍層，如鋼上的鍍鎳層、鍍錫層等

4、。 鍍鋅鋼例子：熱鍍鋅管是使熔融金屬與鐵基體反應(yīng)而產(chǎn)生合金層，從而使基體和鍍層二者相結(jié)合。熱鍍鋅是先將鋼管進(jìn)行酸洗，為了去除鋼管表面的氧化鐵，酸洗后，通過氯化銨或氯化鋅水溶液或氯化銨和氯化鋅混合水溶液槽中進(jìn)行清洗，然后送入熱浸鍍槽中。熱鍍鋅具有鍍層均勻，附著力強(qiáng)，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。熱鍍鋅鋼管基體與熔融的鍍液發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，形成耐腐蝕的結(jié)構(gòu)緊密的鋅一鐵合金層。合金層與純鋅層、鋼管基體融為一體。故其耐腐蝕能力強(qiáng)。模具表面的電鍍技術(shù)槽鍍的基本原理槽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(jī)溶液和熔融鹽。 當(dāng)直

5、流電通過兩電極及兩極間含金屬離子的電解液時(shí)，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。以鍍鎳為例：將金屬制件浸在金屬鹽（NiSO4）的溶液中作為陰極，金屬鎳板作為陽極，接通直流電源后在制件上就會(huì)沉積出金屬鍍鎳層。模具表面的電鍍技術(shù)槽鍍的常見材料【基底材料】能與其表面上沉積金屬或形成膜層的材料?！咎砑觿垮円褐泻懈倪M(jìn)溶液的電化學(xué)性能或改善鍍層質(zhì)量的少量添加物。使鍍層產(chǎn)生光澤的稱光亮劑；使鍍層得到整平的稱整平劑；使電解液穩(wěn)定的稱穩(wěn)定劑。添加劑對(duì)陰極極化過程的影響，有兩種觀點(diǎn)。一種吸附理論認(rèn)為有些添加劑具有表面活性作用，能吸附在電極的表面阻礙金屬的析出，提高了陰極極化作用改善鍍層

6、質(zhì)量；一種理論認(rèn)為添加劑在電解液中形成膠體，吸附了放電金屬離子，構(gòu)成膠體金屬離子型的絡(luò)合物，使陰極極化作用增大，膠體與金屬離子結(jié)合牢固阻礙了金屬離子的放電?！颈砻婊钚詣考幢砻鏉櫇駝?。處理溶液在添加量低的情況下，也能顯著降低界面張力的物質(zhì)。為減少各類處理溶液對(duì)基板表面的張力，按照溶液的特性添加一定量的表面活性劑?！颈砻婊罨瘎糠肿觾?nèi)親水基和親油基化合物，兩界面相吸附，界面自由能降低。油在水中被乳化生成可溶性化合物。模具表面的電鍍技術(shù)【潤濕劑】能降低制件表面與溶液間界面張力，使制件表面易于被溶液潤濕的物質(zhì)。電路板微孔鍍覆中的各種處理溶液大部分要添加潤濕劑，使孔壁絕緣材料的表面具有對(duì)液體的親和力，

7、使處理液很易潤濕孔壁的表面，增加與溶液充分接觸?！緦?dǎo)電鹽】提高電鍍?nèi)芤簩?dǎo)電性，添加一定數(shù)量的鹽類。鍍金電解液中所添加的有機(jī)鹽類?！救ルx子水】電鍍/化學(xué)鍍?nèi)芤?，或配制或調(diào)整，或工件需要特別清洗，使用經(jīng)過陰陽兩種離子交換的樹脂處理，將其水中存在的各種離子予以吸附除去，獲得純度極高的水?！净钚蕴俊坑赡举|(zhì)粉末燒制成粒度極細(xì)的木炭粉，呈多孔結(jié)構(gòu)具有極大的表面積，有高的吸附性能，能吸附大量的有機(jī)物。用于清除電鍍液的有機(jī)雜質(zhì)，有粉狀和顆粒狀兩種類型。模具表面的電鍍技術(shù)常見的槽鍍種類鍍鋅：鋼鐵零件上鍍鋅主要作用是防腐蝕,用量占全部電鍍零件的1/3至1/2是所有電鍍品種中產(chǎn)量最大的一個(gè)鍍種。鍍鋅具有成本低、抗蝕

8、性好、美觀和耐貯存等優(yōu)點(diǎn)，在輕工、機(jī)電、農(nóng)機(jī)和國防等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。鍍鎘：鋼鐵零件上鍍鎘,在海洋和濕熱大氣環(huán)境中其保護(hù)性能比鋅好航空、航海及電子工業(yè)中的零件大多采用鍍鎘。但鎘鹽有毒且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重使鍍鎘的應(yīng)用受到限制。鍍錫：錫的腐蝕產(chǎn)物對(duì)人類無害且易于釬焊，鍍錫廣泛用于食品罐頭包裝制品、飲具、餐具及電子工業(yè)中很多需要釬焊的零件 模具表面的電鍍技術(shù)鍍鉻： 鉻在大氣中能長久保持光澤，在堿液、硝酸、硫酸及許多有機(jī)酸中不發(fā)生反應(yīng)，鍍鉻層有很高的硬度和優(yōu)良的耐磨性及較低的摩擦系數(shù)，故鍍鉻常用于防護(hù)裝飾性鍍層，防止基體金屬生銹和美化外觀，也常用于提高制品的耐磨性或修復(fù)磨損。鍍銅： 鍍銅常作為其他鍍層的

9、中間層，以提高表面鍍層和基體金屬的結(jié)合力。在電力工業(yè)中，也可用鐵絲鍍厚銅來代替純銅導(dǎo)線，以減少銅的耗用量。鍍鎳： 鍍鎳的應(yīng)用面很廣，可用于防護(hù)裝飾性和前者主要用于自行車、鐘表、家用電器、五金產(chǎn)品、汽車、照相機(jī)等零件的防護(hù)裝飾性鍍層,后者主要用于易磨損產(chǎn)品的修復(fù)電鍍.模具表面的電鍍技術(shù)槽鍍的條件1電流密度(鍍液特性，鍍件結(jié)構(gòu))2電鍍位置(陰陽極相對(duì)距離、位置)3攪拌狀況(速度穩(wěn)定度)?4電流波形(濾波度,PR,脈波等)5陽極(可溶性, 不可溶性,輔助性)6鍍液溫度(Au-50 ,Ni-55 ,SnPb-20)7PH值(酸性, 中性,堿性)8比重(粘度導(dǎo)電度)9鍍液組成分為(金屬離子含量、比例等模

10、具表面的電鍍技術(shù) 金屬離子以一定的電流密度進(jìn)行陰極還原時(shí)，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(shí)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(shí)際上不可能實(shí)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(duì)大小。 電鍍層的質(zhì)量除了取決于鍍層本身的本性外，還受到鍍液、電鍍規(guī)范、基本金屬及前處理工藝等的影響。 所以要獲得質(zhì)量優(yōu)良的鍍層，還應(yīng)有合理的鍍液組成和合理的工藝控制。模具表面的電鍍技術(shù)電鍍合金模具表面的電鍍技術(shù)為什么要用合金鍍層？對(duì)鍍層性能上的高要求品種遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單金

11、屬特殊的物理性能、化學(xué)性能、機(jī)械性能，使合金鍍層在各方面優(yōu)于單金屬鍍層模具表面的電鍍技術(shù)優(yōu)勢方面抗腐蝕性硬度耐磨、減摩性能耐高溫性能彈性焊接性外觀模具表面的電鍍技術(shù)電鍍合金的應(yīng)用和分類230種，生產(chǎn)30多種Cu-ZnCu-SnNi-FeNi-CoZn-NiZn-SnSn-NiPb-SnCd-TiAu-CoAu-NiPb-InPb-Sn-Cu模具表面的電鍍技術(shù)電鍍合金的特點(diǎn)電鍍合金與熱熔性合金相比:容易獲得高熔點(diǎn)和低熔點(diǎn)金屬組成的合金可獲得熱熔相圖所沒有的合金在相同合金成分下，電鍍合金與熱熔合金相比，硬度高，延展性差容易獲得組織致密，性能優(yōu)異的非晶態(tài)合金模具表面的電鍍技術(shù)電鍍合金鍍層與單金屬鍍層

12、相比能獲得單一金屬所沒有的特殊物理性能，如導(dǎo)磁性，減摩性（自潤滑性），釬焊性合金鍍層結(jié)晶更細(xì)致，鍍層更平整光亮可獲得非晶態(tài)結(jié)構(gòu)鍍層合金鍍層可具備比組成他們的單金屬更耐磨、耐蝕、更耐高溫，并有更高硬度和強(qiáng)度，但延展性和韌性通常有所降低模具表面的電鍍技術(shù)不能從水溶液中單獨(dú)電鍍的W、Mo、Ti、V等金屬可與鐵族金屬Fe、Co、Ni實(shí)現(xiàn)共沉積能獲得單一金屬得不到的外觀，通過成分設(shè)計(jì)和工藝控制可得到不同色調(diào)的合金鍍層，具有更好的裝飾效果模具表面的電鍍技術(shù)硫酸鹽鍍Co-NiCo：-0.277VNi： -0.246V1、電解液中金屬離子濃度的影響 (包括金屬離子濃度和金屬離子總濃度)模具表面的電鍍技術(shù)2、配

13、位劑濃度的影響：單一配位劑：氰化鍍黃銅；酸性氟化物鍍Sn-Ni混合配位劑：堿性氰化物鍍Cu-Sn模具表面的電鍍技術(shù)3、添加劑的影響添加劑與配位劑相比，其影響要小得多添加劑含量達(dá)到一定值后，鍍層組成可基本不變添加劑通常對(duì)簡單鹽鍍液有明顯影響添加劑對(duì)合金成分的影響常有選擇性模具表面的電鍍技術(shù)三、在合金共沉積理論中的陰極極化曲線氰化物鍍液電沉積Ag-Zn合金極化曲線模具表面的電鍍技術(shù)氰化物鍍液電沉積Ag-Cd合金極化曲線模具表面的電鍍技術(shù)金屬共沉積的條件1、條件合金中的兩種金屬至少有一種金屬能單獨(dú)從其水溶液中電沉積出來金屬共沉積的基本條件是兩種金屬的析出電位要十分接近或相等模具表面的電鍍技術(shù) 通常將

14、金屬在陰極表面開始析出時(shí)的電位稱為該金屬的析出電位，也稱沉積電位。 金屬的析出電位：模具表面的電鍍技術(shù)2、實(shí)現(xiàn)共沉積通常采取的措施模具表面的電鍍技術(shù)電刷度 定義：電刷鍍是在被鍍零件表面局部快速電沉積金屬鍍層的技術(shù)，也稱選擇電鍍、筆鍍、涂鍍、擦鍍、無槽鍍等。 本質(zhì)：依靠一個(gè)與陽極接觸的墊或刷提供電鍍需要的電解液的一種電鍍形式。模具表面的電鍍技術(shù)電刷度的原理及特點(diǎn) 電刷鍍的工作原理： 電刷鍍的工作原理示意圖。電刷鍍時(shí)，工件與專用直流電源的負(fù)極連接，刷鍍筆與電源正極連接。刷鍍筆上的陽極包裹著棉花和棉紗布，蘸上電刷鍍專用的電解液，與工件待鍍表面接觸并相對(duì)運(yùn)動(dòng)。接通電源后，電解液中的金屬離子在電場作用下

15、向工件表面遷移，從工件表面獲得電子后還原成金屬離子，結(jié)晶沉積在工件表面上形成金屬鍍層。隨著時(shí)間延長，鍍層逐漸增厚。鍍液可不斷的蘸用，也可用注射管、液壓泵不斷地滴入。模具表面的電鍍技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，攜帶方便，不須要大的鍍槽設(shè)備。工藝簡單，操作方便，凡鍍筆能觸及到的地方均可電鍍。鍍層種類多，與基體材料的結(jié)合力強(qiáng)，力學(xué)性能好。沉積速度快，生產(chǎn)效率高，操作安全，對(duì)環(huán)境污染小。模具表面的電鍍技術(shù)缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大消耗鍍液較多消耗陽極包纏材料。模具表面的電鍍技術(shù)化學(xué)鍍 化學(xué)鍍是在無電流通過(無外界動(dòng)力)時(shí)借助還原劑在同一溶液中發(fā)生氧化還原作用，從而使金屬離子還原沉積在自催化表面表面上的一種鍍覆方法?；瘜W(xué)鍍

16、與電鍍的區(qū)別在于不需要外加直流電源，無外電流通過，故又稱為無電解鍍。所以化學(xué)鍍可以敘述為一種用以沉積金屬的、可控制的、自催化的化學(xué)還原過程 。其基本原理是被鍍件浸入鍍液中，化學(xué)還原劑在溶液中提供電子使金屬離子還原沉積在鍍件表面。模具表面的電鍍技術(shù)化學(xué)鍍的條件1、鍍液中的還原劑的還原電位要顯著低于沉積金屬電位，使金屬有可能在基材上被還原而沉積出來。2、配好的鍍液不產(chǎn)生自發(fā)分解，當(dāng)與催化表面結(jié)觸時(shí)，才發(fā)生金屬沉積過程。3、調(diào)節(jié)溶液的PH值、溫度時(shí)，可以控制金屬的還原速率，從而調(diào)節(jié)鍍覆速率。模具表面的電鍍技術(shù)4、被還原析出的金屬也具有催化活性，這樣氧化還原沉積過程才能持續(xù)進(jìn)行，鍍層連續(xù)增厚5、反應(yīng)生

17、成物不妨礙鍍覆過程的正常進(jìn)行，即溶液有足夠的使用壽命模具表面的電鍍技術(shù)化學(xué)鍍的特點(diǎn)(1)可以在由金屬、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體等各種材料制成的零件上鍍覆金屬；(2)無論零件的幾何形狀如何復(fù)雜，凡能接觸到溶液的地方都能獲得厚度均勻的鍍層，化學(xué)鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰?yōu)異，不受零件外形復(fù)雜程度的限制，無明顯的邊緣效應(yīng)，因此特別適合于復(fù)雜零件、管件內(nèi)壁、盲孔件的鍍覆；(3)對(duì)于自催化的化學(xué)鍍來說，可以獲得較大厚度的鍍層，甚至可以電鑄；(4)工藝設(shè)備簡單，無需電源、輸電系統(tǒng)及輔助電極，操作簡便；(5)鍍層致密，孔隙少；(6)化學(xué)鍍必須在自催化活性的表面施鍍，其結(jié)合力優(yōu)于電鍍層；(7)鍍層往往具有特殊的化學(xué)、力學(xué)或磁性能

18、。模具表面的電鍍技術(shù)復(fù)合鍍復(fù)合鍍是將固體微粒子加入鍍液中與金屬或合金共沉積，形成一種金屬基的表面復(fù)合材料的過程。鍍層中，固體微粒均勻彌散地分布在基體中，故又稱為分散鍍或彌散鍍。模具表面的電鍍技術(shù)模具表面的電鍍技術(shù)復(fù)合鍍層的沉積機(jī)理固體微粒先經(jīng)過消除雜質(zhì)、潤濕處理和表面活性劑處理后，加入鍍液，形成均勻的懸浮液。分散粒子會(huì)吸附表面活性劑和鍍液中的各種離子，包括將被沉積的金屬離子。當(dāng)微粒子表面凈吸附結(jié)果是正離子占優(yōu)勢時(shí)，即粒子表面帶正電荷后，才有可能與金屬離子共沉積形成復(fù)合鍍層。模具表面的電鍍技術(shù)共沉積步驟1、在電場作用下，帶正電荷的微粒子有向陰極靠近的傾向，但固體微粒的電泳速度與攪拌形成的運(yùn)動(dòng)相比

19、是微弱的2、在攪拌的作用下，微粒子被帶到陰極表面，與陰極表面碰撞并被陰極表面俘獲3、在電場的作用下微粒吸附在陰極表面上，這是一種弱吸附。在靜電場力的作用下，粒子脫去水化膜，與陰極表面直接緊密接觸，形成化學(xué)吸附的強(qiáng)吸附。未形成強(qiáng)吸附的粒子在液流沖擊下又會(huì)脫附離開陰極。吸附與脫吸附處于動(dòng)態(tài)平衡4、微粒吸附的金屬離子及未被吸附的金屬離子及未被吸附的金屬離子在陰極上放電沉積進(jìn)入晶格，固體微粒子被沉積金屬埋沒而鑲嵌在鍍層中，形成金屬/固體微粒復(fù)合鍍層。微粒被沉積金屬掩埋固定所需時(shí)間越短，微粒沉積量就越大。模具表面的電鍍技術(shù)1）耐磨復(fù)合鍍層：耐磨復(fù)合層主要是復(fù)合高硬度的顆粒，如 1.鎳基復(fù)合鍍膜：鎳基復(fù)合

20、鍍層所采用的鍍液一般稱為Watts鍍液，它比氨基磺酸鹽鍍液更為流行。復(fù)合鍍層的耐磨行為依賴于微粒的尺寸、形狀、體積含量及基質(zhì)的磨損特性，晶格結(jié)構(gòu)、摩擦副間的互溶度、硬度等對(duì)復(fù)合鍍層的磨損行為也有重要影響。模具表面的電鍍技術(shù)模具表面的電鍍技術(shù) 2.鈷基復(fù)合鍍層：鈷的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)，且具有良好的耐磨和摩擦性能，因此由硬質(zhì)微粒增強(qiáng)的鈷基復(fù)合鍍層具有良好的耐磨性。 3.鉻基復(fù)合鍍層：鉻具有良好的耐磨、抗氧化性，因而是一種引人注目的金屬基質(zhì)。 4.其他金屬基復(fù)合鍍層：如銅基復(fù)合鍍層等。模具表面的電鍍技術(shù)2)減摩復(fù)合鍍層 在高溫、高速和低壓、高壓環(huán)境下工作的機(jī)械零部件往往不能采用油脂類液體潤滑劑，

21、常常采用固體潤滑劑。 將具有潤滑特性的固體微粒與金屬共沉積，能制備出多種具有自潤滑特性的復(fù)合鍍層。對(duì)于電鍍減摩層復(fù)合鍍層，常用Ni、Cu、Pb、Sn及其合金作為基質(zhì)，復(fù)合、微粒則多MoS2、石墨、氟化石墨、聚四氟乙烯、云母和氮化硼等。利用聚四氟乙烯優(yōu)良的減摩和潤滑特性，能獲得Ni-PTEE復(fù)合鍍層，它不僅具有優(yōu)良的潤滑性，而且防水、防油和脫模性好，所以可應(yīng)用在汽車和機(jī)械零部件、閥門、玻璃制造用塑料成型用模具上。模具表面的電鍍技術(shù)六方晶系的BN是具有優(yōu)良的耐熱性和抗氧化性的固體潤滑劑。用電鍍或化學(xué)鍍方法獲得的Ni-P-BN復(fù)合鍍層有比Ni-P、Ni-P-SiC和硬鉻鍍層低的摩擦系數(shù)，而且在加熱狀態(tài)下仍保持潤滑性能。Cu-BaSO4復(fù)合鍍層可以加在加有促