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模具在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有極其重要的作用，目前，我國(guó)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(dá)國(guó)家落后近20年。主要問(wèn)題是制造周期長(zhǎng)、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(wèn)題是提高模具壽命。而提高模具壽命最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)、最現(xiàn)實(shí)的方法是采用電刷鍍技術(shù)。
電刷鍍技術(shù)在我國(guó)研究開(kāi)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(guó)家重點(diǎn)工程中的維修等關(guān)鍵問(wèn)題，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益30億元以上。電刷鍍技術(shù)曾獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，是國(guó)家連續(xù)三個(gè)五年計(jì)劃重點(diǎn)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(duì)于一些大型、不易搬動(dòng)的模具，由于電刷鍍的設(shè)備比較簡(jiǎn)單，工藝靈活，攜帶方便，可以去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行表面刷鍍。對(duì)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(jìn)行修補(bǔ)。由于修復(fù)周期短，經(jīng)濟(jì)效益大，修復(fù)費(fèi)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(dá)到原來(lái)的性能指標(biāo)，因此起到表面強(qiáng)化的目的。將電刷鍍技術(shù)應(yīng)用于模具，可使汽車(chē)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(jìn)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(zhuān)用的直流電源設(shè)備，電源的正極接鍍筆，作為刷鍍時(shí)的陽(yáng)極;電源的負(fù)極接工件，作為刷鍍時(shí)的陰極。鍍筆通常采用高純度細(xì)石墨塊作陽(yáng)極材料，石墨塊外面包裹一層棉花和耐磨的滌棉套。刷鍍時(shí)使浸滿鍍液的鍍筆以一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度在工件表面上移動(dòng)，并保持適當(dāng)?shù)膲毫ΑＴ阱児P與工件接觸的部位，鍍液中的金屬離子在電場(chǎng)的作用下擴(kuò)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(shí)間的增長(zhǎng)，鍍層增厚，從而達(dá)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(yáng)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(guò)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(jìn)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(gè)過(guò)程中，模具和鍍液都應(yīng)在40～50℃下進(jìn)行操作。
電刷鍍?nèi)芤?/p>
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(duì)表面進(jìn)行電解刻蝕的活化液。
◆模具常用電刷鍍?nèi)芤?/p>
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23g/L
硼酸31g/L檸檬酸42g/L
硫酸鈷2g/L無(wú)水硫酸鈉6.5g/L
硫酸鎂2g/L硫酸錳2g/L
冰醋酸20mL/L甲酸35mL/L
氟化鈉5g/L十二烷基硫酸鈉0.01～0.001g/L
除了鎳-鎢合金外，近年來(lái)發(fā)展的鎳-鈷合金由于硬度高達(dá)550HBW，耐磨性好，鍍層應(yīng)力低，也特別適合模具表面的刷鍍。
實(shí)例1:電動(dòng)機(jī)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(jìn)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(jī)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(shí)間15～30s，刃口處表面水膜均勻攤開(kāi)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(shí)間10～30s;然后將電壓降低到10～12V，時(shí)間10～20s，使工件表面呈銀灰色。
(5)用特殊鎳鍍液鍍底層，無(wú)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(yáng)極相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yáng)極相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(shí)例2:組合模具尺寸恢復(fù)和表面強(qiáng)化
材料為T(mén)10A鋼，經(jīng)多年使用后，單面磨損0.2mm，為恢復(fù)尺寸且表面強(qiáng)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(jī)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(yáng)極相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度4～8m/min，電凈時(shí)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(kāi)，無(wú)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(yáng)極相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度6～8m/min，活化時(shí)間應(yīng)根據(jù)鍍筆和模具工作零件被鍍面大小而定，一個(gè)部位的接觸時(shí)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(gè)部位的接觸時(shí)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。
廠家模具名稱(chēng)材料效果
北京某內(nèi)燃機(jī)廠連桿蓋模3Cr2W8V提高壽命54.5%
北京某鍛件廠齒輪模具5CrMnMo提高壽命81%
長(zhǎng)春第一汽車(chē)廠切邊模Cr12從原平均壽命約3000件提高
到5000件，壽命提高80%
表1部分廠家在模具上應(yīng)用非晶態(tài)電刷鍍的效果
電刷鍍技術(shù)研究的新進(jìn)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(shí)沉積的金屬離子在鍍層中進(jìn)行不規(guī)則排列，即可獲得無(wú)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(jì)方法。表1為非晶態(tài)電刷鍍?cè)谀＞呱系膽?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(guò)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(rùn)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(shí)，復(fù)合鍍層的強(qiáng)化機(jī)理主要是細(xì)晶強(qiáng)化和第二相粒子強(qiáng)化，其強(qiáng)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。
◆稀土添加劑的研究
稀土元素的加入，能在鍍層表面形成一層富稀土合金層，該稀土合金層在大氣中氧化，形成牢固的保護(hù)層，提高鍍層的抗氧化和抗腐蝕能力。
電刷鍍具有其陽(yáng)極與零件接觸、陽(yáng)極與選定的局部表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)、使用很大的電流密度等三個(gè)基本特點(diǎn)，可明顯使模具表面粗糙度變細(xì)，降低磨擦系數(shù)，提高抗氧化能力，脫模效果好，成本低，經(jīng)濟(jì)效益顯著，適于在各類(lèi)工廠特別是中小型企業(yè)推廣應(yīng)用。
