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电刷镀与化学镀技术相结合在表面强化领域的应用
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电刷镀与化学镀技术相结合在表面强化领域的应用
官方公共微信大型成形模具电刷镀表面强化方法及其机理研究
优秀研究生学位论文题录展示大型成形模具电刷镀表面强化方法及其机理研究专　业: 机械制造及其自动化关键词: 大型成形模具 电刷镀 热处理 镀层性能分类号: TQ153　
TG174.4形　态: 共 131 页　约 85,805 个字　约 4.104 M内容阅　读:
内容摘要汽车大型成形模具是生产汽车覆盖件的关键装备，在整个汽车制造业中有着举足轻重的作用。大型成型模具目前主要是采用铸造的方法，但铸铁表面不耐磨，模具寿命低，严重影响汽车冲压件的生产，阻碍汽车工业的发展，因此，研究出适合于大型成形模具表面强化的先进工艺，具有重大的生产意义和良好的发展前景。
汽车大型铸铁成形模具表面强化有如下的主要要求：强化层要求耐磨、结合力要好；强化后镀层要少加工或不加工；强化方法简单易行，成本经济；设备投资少等。本课题主要针对上述特点，研究出了一套适合于大型成形模具表面强化的工艺。经生产验证具有显著的使用效果。
论文着重在以下方面进行了研究并取得了一些重要结论：
通过扫描电镜(SEM)及硬度计对镀层的测试，分析了脉冲方波、直流、三角波、交流方波四种电源波形对电刷镀镀速、硬度、镀层致密程度等的影响，得出了刷镀层最外层采用脉冲方波电源、中间层和打底层采用直流电源波形可达到最好的综合使用效果，而交流方波不适合于刷镀使用的结论，为大型成形模具在配方研究时选用合适的电源波形提供了依据。
通过对镀速、镀层硬度、耐磨性等参数的优化，获得了适合于大型成形模具强化的快速镍磷镀液配方和工艺，按此配方和工艺施镀可获得镀速约为27.8μm\min，磷含量2%wt的镍磷镀层；优化后的配方不仅具有较好的经济性，而且镀速快、镀层性能优异。
通过原子力显微镜(AFM)测试，结合电沉积的原理揭示了镍磷镀层的生长机理：在电沉积的初始阶段，镀层的生长以平行于界面方向优先于垂直于界面的方向呈“树枝状”快速生长；基体对沉积层有定向影响，但这种影响只会延伸到一定程度，然后沉积层会转为无定向的细颗粒。
在镍磷镀层生长机理分析的基础上建立起了“镀层生长机理模型”。根据模型，控制阴极电流密度可以控制镀层结构：要改善起始施镀阶段的镀层结构而又不降低刷镀的效率，可采用阶梯电压：根据模型，电刷镀是在高电流密度下的施镀，它本身并不能彻底解决镀层颗粒粗大的问题。
通过原子力显微镜测试分析，揭示了热处理对镍磷镀层结构的影响：在没有热处理时镀层结晶不完全，有Ni的“微晶”存在，靠近界面处是粗大的“树枝状”镀层，远离界面处是粗大的“颗粒状”镀层：热处理200℃后，Ni“晶粒”有所长大，靠近界面的“树枝状”镀层裂解成较大的“颗粒状”；热处理400℃后，Ni“晶粒”显著长大，从镀层“大颗粒”中析出；热处理600℃后Ni“晶粒”继续长大，成为细长的“纺锤状”。通过X射线衍射(XRD)测试分析，揭示了热处理对镍磷镀层相的影响：没有热处理时，相为Ni、Ni和P的固溶体，只能看到Ni的衍射峰，镀层结晶不完全；200℃，1h的保温处理后，相仍为Ni、Ni和P的固溶体，Ni的衍射峰变窄，镀层逐步向晶态转化；热处理温度达到400℃后，相变成为Ni及Ni3P，镀层接近于晶态；当热处理温度达到600~C时，镀层完成晶态转变，相为Ni、Ni3P和NiO。
在镀层结构与相变化分析的基础上建立了“不同热处理温度下镀层变化模型”。根据模型，镀层“颗粒”最小时的热处理条件是400℃保温l小时，它可以为镀层进行热处理提供指导；因为刷镀本身不能彻底解决镀层“颗粒”粗大的问题，根据模型，镀后对镀层进行热处理可以细化镀层“颗粒”，改善镀层的质量，因此，大型成形模具在刷镀时可以尽可能以提高刷镀效率为目的，而在镀后再对镀层进行合适的热处理来提高镀层质量；利用模型可以合理地解释热处理后镀层硬度、结合强度、耐蚀性等变化的原因。
通过分析SiC的Zeta电位，结合复合电沉积的原理探讨了Ni-P-SiC复合电刷镀的共沉积机理，它主要是以力学机理为主： Ni2+、H2PO2在刷镀头及电场力的作用下，纳米SiC颗粒在力学作用下，它们一起到达工件表面；Ni2+、H2PO2在工件表面沿着缺陷或位错扩散到生长点并长大；到达工件表面的纳米碳化硅颗粒由于机械滞留机制停留于此，其中一部分被正在生长的镍磷镀层所包埋。
对影响复合电刷镀的三个主要因素进行了正交优化，优化后的结果是当电压为14V，SiC的加入量为6g\L,刷镀头与工件的相对移动速度为12m\min时，复合电刷镀的镀速及镀层外观质量能达到最佳。
通过扫描电镜和原子力显微镜测试，揭示了Ni-P-SiC复合镀层结构：它由比Ni-P镀层小得多的细小的无定向颗粒组成，在沉积的碳化硅颗粒周围，镀层颗粒有明显的挤压变形；刷镀镀层之间存在明显的界面，但界面处镀层结合良好，不存在明显的缺陷。
利用硬度计、XRD、磨损实验机、及光学显微镜对镀层的测试，研究了热处理对Ni-P-SiC复合镀层硬度、组织、耐磨性、结合力的影响：热处理对Ni-P-SiC复合镀层硬度、组织与对镍磷镀层的硬度、组织有类似的影响。热处理对Ni-P-SiC镀层的耐磨性能影响不如Ni-P镀层那样显著；当热处理后的镀层的硬度高到一定程度时，摩擦时SiC颗粒的脱落程度会趋向于接近，复合镀层的耐磨性也会趋于接近。因此，实际应用时，不必要求获得最佳的镀层硬度值，这样对热处理温度的控制也可以有一个较为宽松的范围，从而能更容易地实现对镀层的热处理。热处理对Ni-P-SiC复合镀层结合力的影响不如Ni-P镀层显著；热处理200℃保温1小时镀层结合力最好，没有进行热处理的镀层结合力最差。通过分析研究，确定了适合于铸件上的前处理工艺为：手工粗擦-用洗洁精电解除油-压力水冲洗-弱碱电解除油-压力水冲洗-去除氧化层-压力水冲洗-除碳黑-水洗-特殊镍打底-水洗。
实验证明：采用专用的电加热器可以对铸件上的镀层进行热处理。当电加热器移动速度为2m\min，电加热器在镀层表面上移动的次数为200次左右时，铸件上镀层硬度可达795Hv左右，镀层耐磨性能良好。这样就解决了大型模具难以进行热处理，尤其是难以在生产现场进行热处理的问题。
设计了能适合于大型成形模具进行生产现场强化的装置，并确立了与此装置相配套的生产工艺，生产验证使用效果非常显著..……
全文目录文摘英文文摘第一章 绪论1.1论文研究的意义1.2国内外研究现状1.2.1目前国内采用的模具强化的方法1.2.2目前国外常用的模具强化的方法1.2.3目前模具强化研究的热点问题1.2.4目前国内、外模具强化方法在大型模具方面的应用情况1.3大型成形模具对强化方法的特殊要求1.4电刷镀技术1.4.1电刷镀技术的基本原理1.4.2复合电刷镀技术1.4.3电刷镀技术应用于大型成形模具必须解决的问题1.5论文的目的和要求1.5.1课题的提出1.5.2课题研究的主要内容1.5.3技术路线1.5.4要达到的技术经济指标1.5.5课题的创新之处1.6本章小结第二章 实验方案与测试方法2.1实验方案设计2.2实验装置与设备2.3测试方法2.3.1镀层镍、磷含量分析2.3.2镍离子含量分析2.3.3镀层厚度测试2.3.4镀层硬度测试2.3.5镀层耐蚀性测试2.3.6镀层耐磨性测试2.3.7镀层结合强度测试2.3.8镀层结构测试2.4本章小结第三章 电源波形对电刷镀的影响3.1实验材料3.2实验条件3.1.1操作工艺3.1.2各工序配方及电源规范3.3实验情况3.3.1直流3.3.2脉冲方波3.3.3三角波3.3.4交流方波3.4实验分析3.5可借鉴的应用3.6本章小结第四章 快速刷镀层配方研究及参数优化4.1配方成份的初步确定4.2配方的具体确定4.2.1实验材料及试样规格4.2.2实验条件4.2.3实验情况4.2.4镀液的经济性对比4.3本章小结第五章 镍磷刷镀层的生长机理及热处理对镀层的影响5.1镍磷电刷镀层的生长机理5.1.1单一金属电刷镀层的生长机理5.1.2镍磷镀层的沉积原理5.1.3镍磷镀层生长机理的实验研究5.2热处理对镍磷镀层的影响5.2.1不同热处理条件下镀层形貌的改变5.2.2不同热处理条件下镀层物相的变化5.2.3不同热处理条件下镀层改变模型5.2.3热处理对镀层结合强度的影响5.2.4热处理对镀层耐蚀性能的影响5.3本章小结第六章 耐磨复合电刷镀机理及参数优化6.1耐磨复合电刷镀层材料的选择6.1.1耐磨复合电刷镀层材料成份的选择6.1.2颗粒大小的选择6.2 Ni-P-SiC复合电刷镀共沉积机理6.2.1 SiC的Zeta电位与PH值的关系6.2.2复合电刷镀共沉积机理6.2.3 Ni-P-SiC共沉积机理6.3 NI-P-SIC复合电刷镀耐磨机理6.3.1成形模具的拉深过程及磨损6.3.2 Ni-P-SiC复合镀层耐磨机理6.4 Ni-P-SiC复合电刷镀参数优化6.4.1实验材料及试样规格6.4.2实验条件6.4.3实验情况6.5本章小结第七章 Ni-P-SiC复合镀层的结构及性能7.1 Ni-P-SiC复合镀层的结构7.1.1 SEM下的镀层形貌7.1.2 AFM下的镀层形貌7.2 Ni-P-SiC复合镀层的性能7.2.1不同热处理条件下的镀层的硬度7.2.2不同热处理条件下复合镀层的物相7.2.3 Ni-P-SiC复合镀层的耐磨性能7.2.4 Ni-P-SiC复合镀层与基体的结合性能7.3本章小结第八章 铸件材料上镀层的前处理及后处理研究8.1铸件表面电刷镀的前处理8.1.1模具表面的铸件组织及表面组成物8.1.2模具表面前处理工艺8.2铸件表面镀层的后处理8.2.1铸件上镀层对热处理的要求8.2.2铸件上镀层的热处理8.2.3铸件上镀层热处理后的结合力8.3本章小结第九章 适合于大型成形模具生产现场强化的装置设计及生产验证9.1大型模具强化装置的设计9.1.1强化装置应满足的要求9.1.2强化装置的设计及对应的强化工艺9.2生产验证9.3本章小结结论一、本文的具体结论二、今后的工作展望参考文献
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> TQ153 > 工业技术 > 化学工业 > 电化学工业 > 电镀工业其他分类:
> TG174.4 > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护
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电镀锌后表面出现毛刺，请教可能的原因
表面毛糙糙的，酸性后毛管表面比较平整。
mmexport1.jpg
管子酸洗后肉眼还观察不到表面裂纹，但是不能保证没有，假如存在表面紧密的裂纹，镀锌过程中会将此类裂纹缺陷展现出来吗？如果展现的话，为什么是凸起来的毛刺呢，不应该是裂纹凹缝吗？
请高手不吝解答。
是这样的，管子材质为Q345B，轧态。退火不能保证性能吧，如果正火，成本就会提高很多，从企业角度来说，最想少花钱解决问题，能找到失效的原因，然后用最省钱或者不花钱的方法解决问题。可能把管子均匀热处理一下，能解决很多缺陷问题，情况会变好，但是还有没有更好的方法呢？草原的风。
最省钱的办法是放弃电镀，采用热浸镀锌，就不会出现这种情况了。
电镀的方法就是检验肉眼看不见的裂纹，凸起就是正常的裂纹，电镀就是在尖角处镀的最厚。
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　　&电刷镀技术是应用电化学沉积原理，在导电的工件表面的选定部位快速沉积指定厚度镀层的表面强化技术。电刷镀是电镀技术的一种特殊形式，又被称为或选择性电镀。电刷镀技术的特点主要有：镀层具有良好的机械和物理化学性能；镀层与基体金属之间具有良好的结合强度，例如镍镀层在钢铁基体上的结合强度大于70Mpa，在钛、铝、铜、铬及高合金钢和石墨等上也具有很好的结合强度；生产效率高，电刷镀的沉积速度是一般槽镀的10~15 倍；节约能源，耗电量是电镀和焊接耗电量的几十分之一；设备简单，投资少等。由于电刷镀技术是非常理想的金属表面强化处理工艺，近年来在模具的修复和表面强化处理上得到了应用，如用于汽车大型覆盖件拉延模具的强化，模具寿命提高10 倍以上[9]。Liu Xianjun 等人的实验证明，刷镀在Zn-Al 伪合金涂层上的与在45 钢表面所刷镀的镍镀层具有相同的微观结构、硬度和耐磨性[10]，也就是说尽管基体材料不同，但镀层质量是一样的。本文提出的电弧喷涂-电刷镀复合成型模具制造技术，综合利用了电弧喷涂沉积效率高和电刷镀镀层硬度和耐磨性高的优点。2 智能电弧喷涂和电刷镀一体化模具制造设备目前电弧喷涂和电刷镀多为手工操作，当模具表面积过大时，电弧喷涂和电刷镀劳动强度太大，人工操作难以承受，并且无法保证模具质量。因此，电弧喷涂-电刷镀过程自动化对于大型模具制作非常重要，制造工艺过程自动化水平的高低直接影响模具制造质量和制造周期，也将直接影响到该技术的推广应用。智能电弧喷涂和电刷镀一体化模具制造设备是我们研究开发的专门用于汽车覆盖件模具制造的设备。该设备如图3 所示，由计算机、运动及工艺参数控制器、电弧喷涂装置、电刷镀装置和一台五自由度机械手等组成。接收到覆盖件模具三维CAD 设计数据后，经设备上的计算机处理，就可以驱动机械手按优化的工艺轨迹运动，自动完成电刷镀和电弧喷涂两种作业，并且可以对电刷镀和电弧喷涂两种工艺的工艺参数实现控制。机械手在计算机的控制下，保证镀笔和喷枪的轴线始终与工作点所在曲面垂直。刷镀笔和喷涂喷枪的转换通过机械手末端上的专用适配器实现。该设备的流程见图4 所示。该设备可制造的汽车覆盖件模具的最大尺寸为3500mm×2000mm×500mm。&分类： |