模具电镀镍钨合金工艺及解析

1　前言
    模具的质量与制件质量紧密相关。许多模具(如压铸模)的表面必须进行电镀,以提高其耐蚀性、耐磨性、抗氧化性及硬度等性能。传统的镀铬技术尽管工艺成熟,质量比较稳定,但因为六价铬是一种有毒的物质,严重污染环境。因此,消除污染,保护环境,清洁生产,走可持续发展的道路。
    电镀镍钨合金是提高模具质量、延长模具寿命、清洁生产的良好选择。镍、钨金属硬度高、耐磨性好,与熔融态基体粘附温度高。镍钨合金镀层结晶细致光亮、耐磨性好,与基体结合力强、硬度高,高温下维氏硬度达到1000以上。该技术近年来受到各方的关注,将逐步取代模具电镀铬,但是,该技术目前普遍存在镀层粗糙、不均、麻点等缺陷,严重制约其应用发展。
    2　镀液配方及工艺流程
    镀液主要由钨酸钠、硫酸镍和柠檬酸钠组成,其含量分别为40～45ｇ Ｌ、20～30ｇ Ｌ、40～50ｇ Ｌ。
    工艺流程:
    喷砂→检查→除油→清洗→电镀→检验
    3　镀层质量缺陷及其原因分析
    常见镍钨镀层质量缺陷是麻点较多,侧面及球面的镀层粗糙有白色颗粒,中央镀层与侧面、角部和Ｒ处严重不均,甚至角部、Ｒ处出现微细裂纹等。
    3.1　麻点
    麻点是镀层上的微小白色、黑色点状缺陷,形状多样,有些明显而规则,易发现,相对好控制;少量的肉眼“看不见”的,只能用仪器检查。

 原因分析:
    模具基体的砂眼、气孔、点蚀、粘附物等不良引起;模具在喷砂时粘附砂粒,或砂质不良,或砂质被杂质、油、异物、尘埃等污染引起;模具在除油时粘附的乳化物、清洗时水中的杂质等;配液时使用的压缩空气、纯水及其管路、工具及环境中的杂质等污染引起;镀液、活化液中的未溶化的盐颗粒、酸化的电极金属物等均可引起麻点。
    上述麻点直观可见,而模具表面的有些薄层粘附物,经分析主要为镀前污染砂质中的碳类化合物。它牢固,粘附力强逐渐会变成耐酸碱、抗振动的高粘度胶状物。在除油、清洗时不易去除,一旦疏忽,流入电镀工序,必然被镀层覆盖,肉眼不易发现,也无法弥补。
    3.2　镀层粗糙
    原因分析:
    镀液基本组成是硫酸镍、柠檬酸钠、钨酸钠等,还有盐类、有机配合物等。试验发现:模具电镀的缺陷主要与镀液中的杂质含量有关。化学药品的纯度不高,镀液中的异物,镀液的频繁使用,使镀液中金属杂质Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ含量超出了允许范围等,均可导致镀层粗糙、麻点增加及白色颗粒。
    3.3　镀层厚度严重不均
    中央与侧面、角部、Ｒ处镀层严重不均,甚至角部、Ｒ处出现微细裂纹。
    原因分析:
    镀液使用较长时间后,镀层出现缺陷的几率增加,侧面及球面的白色颗粒,角部、Ｒ处的微细裂纹尤为明显。试验发现:当镀液中的杂质Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ含量分别显著增加到20、20、20、50ｍｇ Ｌ时,电镀质量明显下降。
    试验还发现:电镀电流的分布情况直接影响镀层的均匀度。模具的边缘、角部、Ｒ处电流密度明显比其它部位的高,相应金属沉积量多,镀层厚度大。正常情况下,中央与侧面、角部、Ｒ处的镀层厚度差为4μｍ左右。电流分布不均会导致镀层厚度差达到15μｍ以上,严重时镀层因为局部金属沉积量过多而脱落。
    另外,模具的形状、结构、材料等也影响镀层的质量。

4　对策
    (1)喷砂前,检查、消除模具基体的砂眼、气孔、点蚀、粘附物等。
    (2)喷砂时先检验砂质,若有杂质、异物、油污等污染,应立即彻底更换。喷砂后及时清扫模具表面残存的砂粒及其它粘附物。
    (3)除油前先检验除油液表面,若有油状乳化剂聚集,应及时喷淋冲散;除油后模具表面若有油状乳化物粘附,必须清洗干净。
    (4)酸活化时要严格控制时间,避免模具过腐蚀;同时,控制好模具下槽深度,防止电极板、连接件等腐蚀。其腐蚀物会污染镀液,导致电镀不良。
    (5)镀液配制时化学药品尽量纯度高,并及时分析杂质含量。另外,镀液要定时分析,过滤,并定期更换。
    (6)根据模具结构形状,科学地设计合理的电流均衡板,可以有效抑制金属局部沉积过厚,保证镀层质量。
    (7)在保证模具满足生产工艺的前提下,优化模具设计,特别有利于提高镀层质量。
    (8)及时补充阳极,修理附件,定期清理镀槽泥渣,并进行“三废”综合治理。
    (9)净化、保护工作环境,遵守工艺规程,加强操作人员责任心,避免环境、机械杂质进入镀液。