抽屉滑轨成型模具的Ni-W(D)合金电刷镀修复

1抽屉滑轨成型模具的Ni-W(D)合金电刷镀修复陈元迪，揭晓华，谢光荣，卢国辉（广东工业大学机电学院，材料与能原学院，广东广州510631）[提要]：使用扫描电镜观察和分析了抽屉滑轨冷卷成型模具的表面磨损特性和形貌，并采用电刷镀Ni-W(D)合金涂层修复了已磨损的模具。结果表明，涂层保护了模具底材，使模具的使用寿命明显提高，并取得了良好的经济效益。关键词：Ni-W(D)合金；电刷镀；模具修复，摩擦磨损一．引言在各类板材成型加工过程中大量使用各种成型模具，这类模具的表面磨损失效是其主要损坏形式。如何修复这类因表面磨损而失效的模具，以提高使用寿命，具有很大的经济效益和社会效益。电刷镀技术可在材料表面获得电沉积金属或合金镀层，应用于零件的维修已得到了广泛的应用]2][1[，其突出优点是工艺灵活、镀层多样、性能良好等。Ni基合金电刷镀层在材料表面强化方面的应用已取得了良好的技术经济效益，其中的Ni-W(D)合金镀层在提高零部件的表面抗磨损性能方面得到了很多成功的应用]3[。本文作者对抽屉滑轨成型模具的磨损失效进行了分析后，采用电刷镀技术在已磨损了的模具表面刷镀了一层Ni-W（D）合金涂层，成功的修复了模具，明显提高了其使用寿命。二．模具磨损失效分析和镀层设计2.1模具磨损失效分析如图1所示是一付电脑抽屉滑轨冷卷成型模具，材料为Cr12MoV，HRc=63~63.5。图1抽屉滑轨成型模具图2模具磨损面扫描电镜图Fig1DrawerglidemouldFig2SEMmorphologiesofthemouldwornsurface凸凹模上圆弧形面处在工作中受力最大，磨损最严重。被冷卷成型的材料为低碳钢冷轧钢板，厚度在0.8~1.5mm之间。成型模具在使用一段时间后表面就被磨损，对磨损表面取样用扫描电镜观察。如图2所示，可清楚的看到模具磨损表面有明显的梨沟状痕迹。*广东省石龙基金资助项目(20004002)陈元迪，男，57年生，副教授。目前主要从事金属材料表面强化的应用研究，发表论文近20篇2对工况分析认为，模具在对工件（钢板）进行冷卷成型变形过程中，工件表面受到很高的挤压力和摩擦力。这样一对摩擦付表面之间存在一些微突点（特别是工件表面），在挤压、弯曲变形和摩擦过程中，这些微突点处的接触应力很高，在一定条件下就会产生冷焊现象，而在摩擦付分开时，冷焊点处的粘接强度高于工件表面微突点处材料的屈服强度时，冷焊点就从工件表面被撕裂下来并粘在模具表面上。在随后的继续变形过程中这些冷焊点不断受到挤压力作用而产生加工硬化，使其硬度不断升高。在工件与模具的相互挤压和摩擦过程中，这些高硬度的冷焊点对模具表面产生显微梨切作用，在模具表面上划出了一道道的微小划痕。除了这些加工硬化后的高硬度微突冷焊点外，在模具和工件之间还会有其它一些高硬度的外来微粒，这两种微粒形成了磨粒源，最终对模具表面形成了磨粒磨损。由上分析可知，适当提高模具表面的硬度，使之与对磨件之间主要产生软磨粒磨损，就能有效防止和减缓磨损度，使磨损率下降，以达到提高模具使用寿命的目的。2.2镀层选择及性能分析根据上述对模具表面磨损机理的分析，确定采用电刷镀Ni-W(D)合金镀层来提高模具表面硬度。Ni-W(D)合金镀液是在NI—W合金镀液基础上加入少量Co元素而组成的，其合金镀层的组织主要是镍基固溶体，W和Co元素主要以置换固溶体形式存在于Ni基体中，起固溶强化作用。经测量得知该镀层的显微硬度达794HV，而Cr12MoV钢基体的显微硬度只有661HV，可见Ni-W(D)合金镀层硬度比Cr12MoV钢的硬度高得多。这是因固溶强化及电刷镀工艺特性所造成的超细晶粒和高密度位错共同作用的结果。刷镀层如经1600C保温处理后硬度还可进一步增大]4[。图3磨损率与时间的关系Fig3RelationshipbetweenthewearrateofPlatingplayerandtestduration对Cr12MoV钢和Ni-W(D)合金镀层在不同的载荷下的磨损率作了试验，结果如图3所示，可看到随载荷增加镀层磨损率增大，当载荷增加到300N时磨损率剧增，而在同样载荷下Cr12MoV钢的磨损率明显比Ni-W(D)合金镀层高，同时也可看出在载荷小于200N时Ni-W(D)合金镀层表现出了较好的耐磨性。通过对试样的磨损表面形貌SEM照片分析，这时Ni-W(D)合金镀层的磨损表面只见细小的梨沟痕迹。同时对本文中的模具的工况作了分析，可以推测，导致擦伤模具表面的磨粒源为冷卷过程中产生的冷焊点经加工硬化后形成的高硬度微突点，少量分布于工件基体中的渗碳体以及少量的外来硬微粒，这三类磨粒中渗碳体较硬，其硬度约为800HV。一般认为，当金属表面的硬度Hm和磨粒硬度Ha之比Hm/Ha大于0.8时磨损过程为软磨粒磨损。试验表明Ni-W(D)合金镀层0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.50.00.51.01.52.02.53.0Cr12MoV300N刷镀层100N刷镀层200N刷镀层300NWearmassloss/10-3*gt/h3硬度达794HV，这时Hm/Ha1。而且该模具的工作载荷小于200N。可见在模具上刷镀一层Ni-W(D)合金后可以使模具表面的磨损形成软磨粒磨损，从而获到良好的抗磨性能。三．刷镀工艺及优化对Cr12MoV模具表面的电刷镀工艺为：表面准备→电净→冷水冲洗→强活化液活化→冷水冲洗→弱活化液活化→冷水冲洗→特殊Ni刷镀→Ni-W(D)合金工作层电刷镀。刷镀参数经优化后选定为：电净的工作电压为8-9V，正极性接法；活化的工作电压为8-9V，反极性接法；电刷镀特殊Ni的工作电压为12V，时间3分钟，正极性接法；电刷镀Ni-W(D)合金工作层的工作电压为10V，正极性接法，时间100分钟，刷镀电流密度为20-50A/dm2，刷镀时阳极相对于工件的运动速度为12m/min，刷镀液的温度为21℃，刷镀液的ph值为1.4-2.4。刷镀合金液的配方为表1：表1镀液的成分组分配方(g/L)硫酸镍NiSO4.7H2O（CP）393钨酸钠Na2WO4.2H2O（CP）23硼酸H3BO3（CP）31柠檬酸H3C6H5O7.H2O（CP）42无水硫酸钠Na2SO4（CP）6.5硫酸钴CoSO4.7H2O（CP）3.0氟化钠NaF（CP）5冰醋酸CH3COOH（CP）少量甲酸HCOOH（CP）少量最终在已磨损的模具表面刷镀了一层约20m厚的Ni-W(D)合金镀层，适度抛光后模具修复如新，经生产厂家使用后认为完全达到了对模具的修复目的，延长了使用寿命。四．结论1．在200N以下的中低载荷，并在具有一定滑动摩擦工况下工作的成型模具，采用电刷镀Ni-W(D)合金镀层，可使模具表面的摩擦磨损呈软磨粒磨损特征，并体现出良好的抗磨损能力。2．实践表明，抽屉导轨成型模表面电刷渡Ni-W(D)合金镀层是其修复并强化的有效手段，并能取得良好的经济效益。参考文献：[1]徐江，揭晓华等。大型覆盖件拉延模具的电刷镀表面强化[J].热加工工艺,1999,(3):51-53[2]胡再杰。电刷镀技术在电泵轴修复工艺中的应用。表面技术，2000，（2）：P34-35[3]郭必新等。电刷镀Ni-W(D)合金工业应用[J].电镀与环保,1997,(6):7-9[4]揭晓华，陈元迪等。电刷镀Ni-W(D)电刷镀层的滑动磨损特性研究。磨擦学学报，2002，（3）：P180-183[5]钱苗根等。现代表面技术，北京：机械工业出版社，1999，P60-844RepairingofDrawerGlideMouldbyPlatingNi-W(D)AlloyLayerChenYuanDi，JieXiaoHua，XieGuangRong(InstituteofMechanicalandElectronic,InstituteofMaterialandEnergy,GuangDongUniversityofTechnology,GuangZhou510631)Abstract:Thewornsurfacecharacterandmorphologyofthedrawerglidemouldwereobservedandanalyzedwithascanningelectronmicroscope,ThewornsurfaceofmouldwasrepairedbyplatingNi-W(D)alloylayer.Thelifeofmouldisprolongedobviously,thegoodeconomicbenefitwasobtained.Keyword:Ni-W(D)alloy；brushplated；mouldrepaired；frictionandwear