某机械厂长期自制热铸模具，模具的基体金属为 3Cr2W8V 合金钢，采用镀硬铬工艺强化模具的加工表面硬度。代表性模具为金属挤压筒和金属穿孔针。 其中挤压筒的典型尺寸为：内径 360 mm，长度700 ～ 900 mm，壁厚 30 ～ 50 mm，内腔硬铬镀层厚度 30 ～ 56 μm。金属穿孔针的典型尺寸为：长度 1.5 m，顶端球状梢度 50 ～ 100 mm，直径 30 ～ 150 mm，表面硬铬镀层厚度 30 ～ 56 μm。 笔者在长期的生产实践中，记录了一些关于模具镀硬铬的典型故障案例。 本文对断电引起的模具硬铬镀层结合力差而致剥落的故障进行分析，并结合实例分析了其他诱因引起的此类故障，以供同行参考。 【实例 1】长时间的中途断电 1 故障现象 在温度 55 °C、直流电压(18 ± 1) V、阴极电流密度 60 A/dm2的条件下，对金属挤压筒内表面镀硬铬，施镀过程中部分班次的镀件发生镀层剥落现象。 2 分析及处理 镀层剥落现象的诱因包含镀前处理不彻底(通常为基体表面污物或者金属氧化膜没有除净)，镀液中 SO42- 含量高，温度太低，电流密度过高，基体金属内应力大，工件预热不够，电镀中途断电。由于该故障不规则地出现在电镀过程中，期间未更换过镀液，可排除镀液这一诱因。询问当班人员后，也基本排除镀前处理的问题。查看生产记录发现，故障产品与中途断电相关。 该机械厂地处山区，而电镀车间又位于厂区的偏远之处，当时因供电负荷过载，供电部门实行了分区压负荷供电的措施，造成部分电镀班次中途断电，从而引起上述故障。与供电部门协商保证电镀过程中供电的连续性后，故障排除。 3 技术措施 镀硬铬过程中出现断电时，镀铬层表面会迅速氧化成膜，若通电后直接施镀，镀层结合力差，从而引起起皮、剥落的现象。断电时间超过 15 min 时，可以通过对镀件进行阳极侵蚀来补救，步骤如下： (1) 转换直流电源的电极，将模具工件作为阳极，在(35 ± 5) A/dm2下电解 30 ～ 100 s，以侵蚀工件表面的氧化膜，使工件表面原有的镀层获得微观粗糙的表面。 (2) 侵蚀结束后，迅速转换直流电源的电极，将被镀工件变为阴极，先在(100 ± 20) A/dm2下冲击镀3 min，再在 60 A/dm2下继续正常电镀。 【实例 2】短时间的中途断电 1 故障现象 同一生产线，保证电镀过程中连续供电后，对金属挤压筒内表面镀硬铬，工艺条件与实例 1 相同。 但施镀过程中某些班次镀件依旧存在镀层剥落的现象。 2 分析及处理 有了前次处理故障的经验，首先从供电方面找问题。供电的中断包含两种：一是交流电源断电，二是整流设备故障造成的直流电源中断。检查设备没有问题。查看变电所的供电记录发现，故障批次和变电所的倒闸操作有关。当施镀过程中出现短时间断电后，改用阶梯式给电后再继续电镀，故障排除。 3 技术措施 镀硬铬过程中出现短时间断电后，工件表面会形成较薄的氧化膜，通过阶梯式给电活化基体表面后再继续电镀，可以保证镀层的结合力，避免镀层剥落。步骤如下： (1) 分别控制直流电压和阴极电流密度为(3.5 ± 0.5) V 和(20 ± 5) A/dm2，以保证基体上仅有析氢反应(以镀槽内轻微冒气泡为准)，持续 5 ～ 10 min。初生态的氢原子具有很强的还原能力，能够把金属表面的氧化膜还原为金属[。 (2) 在 30 min 内逐渐升高电流密度至 100 A/dm2，每 5 min 升高 20 A/dm2 【实例 3】中途断电后阳极侵蚀时间过长 1 故障现象 同一生产线，对金属挤压筒内表面镀硬铬，工艺条件同上。因全厂停电，造成某班次电镀过程中途断电 2 h，采取阳极侵蚀措施后，该批次的挤压筒内表面镀层仍出现剥落现象。 2 分析及处理 由于停电时间较长，该班次采用阳极侵蚀工艺对工件进行了恢复施镀的镀前处理。询问当班人员发现，当天同一车间另一生产线也正在进行中碳钢基体的电镀作业，断电恢复施镀前，当班人员对合金钢件和中碳钢件统一进行了 60 s 的阳极侵蚀。 不同材质的金属基体，其阳极侵蚀时间不尽相同。对于中碳钢，侵蚀时间宜控制在 30 ～ 60 s ;而对于合金工具钢，适宜的侵蚀时间为 5 ～ 10 s 。侵蚀时间过长也会导致镀层结合力降低。 3 技术措施 对镀件基体阳极侵蚀活化时，要根据基体的材质控制活化时间，不同材质基体的阳极侵蚀时间见表 1。
【实例 4】中途断电 2 h，阳极侵蚀处理合铬，但镀层呈网状裂纹 1 故障现象 某班次因整流电源故障造成电镀过程中断电 2 h，已按表 1 严格控制阳极侵蚀时间，但该批次的穿孔针表面镀层呈裂纹状。 2 分析及处理 召开现场技术分析会，分析了设备、供电、镀液成分、阴极电流密度的保持等环节，均正常。后注意到故障发生在冬季，测量槽内镀液温度低于 20 °C，确定了故障的症结在于槽内镀液温度过低。对车间采取供暖措施，保证镀槽温度在(55.0 ± 1.5) °C，故障排除。 3 技术措施 镀液温度太低或电流密度太大，所得硬铬镀层脆性大而呈裂纹状，易剥落。因此施镀过程应控制镀液温度和阴极电流密度在适宜范围内。 其他诱因导致的硬铬镀层脱落故障 中途断电后处理不当会造成镀硬铬层结合力差甚至脱落。除此之外，引发硬铬镀层脱落的还有其他因素，在分析故障时要注意区分，不能仅仅从一个方面分析问题，有些故障(如例 4)可能是两种或者两种以上原因造成的。 1 镀前处理不彻底 含钨合金钢模具镀硬铬层厚度大于 30 μm，导致基体与镀层间的结合力不高，脆性大，强度低。在镀前处理中，必须彻底清除金属表面的污物和氧化膜，使金属基体结晶裸露，才能保证电镀质量。 2 工件入槽时温度太低，引起槽温降低 工件入槽前应先预热到 55 °C(工艺要求的镀液温度)，使镀件与镀液的温度基本相同后再通电。工件在(55 ± 2) °C 的热水槽内预热，预热时间 15 min 左右。在电镀生产线中要配置温度调节设备。保证施过程中镀液温度保持在(55.0 ± 1.5) °C。 这里的模具是厚壁工件，达到热稳定的时间比薄壁工件长。当热水槽容积大于工件体积的 10 倍以上时，薄壁工件需要预热 3 ～ 10 min，厚壁工件预热 5 ～ 15 min。 3 镀液中 SO42 - 含量太高 分析调整镀液成分，控制 CrO3与 SO4离子 的摩尔比为 100∶1。 4 基体金属内应力大 工件在电镀前要进行退火处理，以消除基体金属的内应力。 保障含钨合金钢模具镀硬铬质量的技术措施 (1) 电镀过程中要保证直流电源供电的连续可靠。注意断电包含交流电源的中断以及因整流电源故 障出现的交流有电而直流无电两种类型。 (2) 施镀过程出现 15 min 以上的断电时，应进行阳极侵蚀。 (3) 施镀过程出现短时间断电时，应采取阶梯式给电的方式活化基体表面。 (4) 合金工具钢的阳极侵蚀时间应控制在 5 ～ 10 s。 (5) 控制镀液温度和阴极电流密度在适宜范围内，采用阴极保护来保证阴极电流密度。 (6) 镀前处理时必须彻底清除金属表面的污物和氧化膜，使金属基体结晶裸露。 (7) 工件入槽前先预热，薄壁工件预热 3 ～ 10 min，厚壁工件预热 5 ～ 15 min。 (8) 调整镀液成分，应控制 CrO3与 SO4离子的摩尔比为 100∶1。 (9) 工件在电镀前进行退火处理，以消除基体金属的内应力。 |
