大型覆盖件表面镀铬处理技术

作者:杨 林 文章来源:合肥工业大学机械与汽车工程学院 点击数:714 发布时间:2010-12-27


图1 某公司电镀工艺布置

大型覆盖件的表面处理是提高模具质量和延长模具使用寿命的重要途径,同时对于大型覆盖件,还能提升制件表面质量。

当今世界,全球汽车制造企业之间的竞争日趋激烈,汽车大型覆盖件的表面质量要求也越来越高。模具表面强化处理技术按其原理可分为化学处理、表面涂膜处理和表面加工强化处理等方式。对于大型汽车覆盖件模具来说,并不是每种表面处理方式都能适用,需要考虑处理后变形等诸多因素。本章主要介绍镀铬处理技术,目前大众、丰田等轿车生产企业已经采用了此项技术。

模具缺陷和表面强化技术

模具生产过程产生的缺陷包括表面拉伤、皱纹和压痕等。模具表面强化处理方式有:表面淬火技术(如感应淬火、火焰淬火等)、热扩渗技术(如渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属等)、热喷涂技术、堆焊技术、电镀硬铬技术、激光表面强化技术、物理气相沉积技术(PVD)、化学气相沉积技术(CVD)及离子注入技术等。

电镀硬铬技术

电镀硬铬技术运用在汽车大型覆盖件模具及拉延深度较深的模具表面热处理、汽车冲压模具附属零件表面热处理、锻造用模具和铸造用模具表面热处理,核心在于模具耐磨性、平滑性和耐腐蚀性的提高。模具在高速、高压冲压作业过程中,模具和制件会产生巨大的摩擦,由于铁和铁的巨大摩擦,模具和材料上极易产生擦伤和烧坏等不良现象,增加了产品的返修和报废率。电镀硬铬技术可以大大提升耐久性,保证模具稳定的精度,生产效率也会显著提升。

镀铬过程(见图1)如下:首先是将模具导板、限位器等非电镀可拆卸零件拆卸下来,进行清洁处理,放入脱脂槽进行除油处理;然后用清水清洗,清洗完毕后,检查模具表面是否有表面缺陷,如存在焊接缝隙和焊接不平整面,需重新进行补焊、打磨抛光后再次清洗,完成后直接进入电镀槽进行阳极铅丝编制,等编制完成开始电镀,电镀时间一般为1.5h,然后进入中和槽;将带电子的铬原子中和掉,再进行水洗;洗净后,对表面进行抛光处理,检查电镀结果,整个过程就结束了。

1.硬质铬电镀原理

所谓硬质铬电镀,是按照JIS标准硬度在HV750(HRC60)以上,膜厚在5μm以上.几乎所有的模具素材均可以进行电镀,但是电镀缺少特有的均一电着性,膜层的管理也非常困难。电镀的析出过程如下:用特定的电压和电流密度在阳极上进行氧化反应,同时产生氧气体,在阴极上起还原反应,产生氢气,从而析出铬。


图2 某车型镀铬处理前后对比

2.镀铬处理技术的主要性能特点

(1)金属铬:铬是一种微带天蓝色的银白色金属,电极电位为负,但它有很强的钝化性能,在大气中很快钝化,显示出具有贵金属的性质,所以钢铁零件镀铬层是阴极镀层。铬层在大气中很稳定,能长期保持其光泽,在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐以及有机酸等腐蚀介质中也非常稳定,但可溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中。铬层硬度高(HV900~110kg/mm2)、耐磨性好、反光能力强以及有较好的耐热性,在500℃以下光泽和硬度均无明显变化,温度大于500℃开始氧化变色,大于700℃时才开始变软。

(2)硬度及电泳液温度:对比各种热处理形式,情况如表1所示。通过比较,我们发现,对于车身上的大件如侧围、翼子板等大型模具的凸凹模本体,因其模具型腔大、型面复杂且壁厚不一致,受热后容易发生热变形,镀Cr处理温度一般在50~70℃,属低温处理,处理后模具不会产生变形。某车型侧围镀铬处理所在的电镀液温度控制在50~55℃,处理后未发现电镀过程中产生变形现象,其表面硬度可控制在HRC65以上,高于拉延所需的硬度要求。

(3)高耐磨性:经镀铬处理后的模具型腔比未处理的模具型腔光洁度效果有明显改善,有效地降低了摩擦系数,提高了模具使用寿命。模具在生产过程中因各种原因产生的拉毛等问题得到有效解决,图2是某车型侧围镀铬前后光洁度对比。

(4)附着力:无论配对材料是难以加工的不锈钢,还是其他各种钢材或有色金属,只要处理得当,镀铬处理都出现了较好的附着力。

(5)极高的耐腐蚀性能:铬的电位比铁负,钢铁镀铬是属于阳极性保护镀层,而铬本身于大气中易形成极薄的钝态膜,在潮湿大气中也很安定,能长久保持颜色,在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐及有机酸和大多数气体中也很稳定,所以耐腐蚀性较好。

(6)可反复处理:已经做过电镀处理的模具,因长期使用时模具的磨损,在铬层脱落前可重复多次电镀,重复电镀不破坏模具本身,只是增加剥离原电镀层所产生的费用,1t以下的剥离费用是500元左右,1~20t的剥离费用是6000元左右。

(7)适用材料:有一定含碳量的各种钢材,硬质合金都可以形成镀铬层,如HT300、SKD11、DC53、Cr12、Cr12MoV/MoCr和GGG70L等。

镀铬处理优势

1.提高模具表面硬度、耐磨性、耐腐性和抗高温氧化性能 ;

2.减少由于粉尘、颗粒引起的斑点不良;

3.提高模具表面抗摩擦能力,从而提高生产效率;

4.经过镀硬铬处理的模具可达到甚至超过硬质合金的性能指标,不仅大幅度降低材料成本,而且可以简化模具制造加工工艺和热处理工艺,降低生产成本;

5.模具维修简单化,从而降低了维修工时;

6.降低了拉延油的使用量;

7.制件不良率降低,减少返修工时和成本;

8.提高模具的档次和附加值;

9.提高模具寿命并有效保护模具本体。

结语

大型汽车覆盖件模具使用镀铬处理的优势在于镀铬过程对模具本身不会产生其他方面的影响。通过表面处理,可以改变模具表层和组织,可以使模具具有内部韧、表面硬、耐磨、耐热、耐腐、抗疲劳及抗粘结的优异性能,可几倍乃至于几十倍的提高模具使用寿命。相对于模具制造的总费用来说,镀铬处理工艺成本较低,而且模具寿命提高几倍甚至几十倍,具有很好的经济价值。

尽管镀硬铬技术在汽车模具制造中应用还相对较少,在汽车行业竞争日益激烈的情况下,该技术的优势将逐步得以体现,对模具的选材、制造技术以及汽车厂的成本效率产生巨大的影响。