塑料模具的复合镀层工艺及性能研究

塑料模具的复合镀层工艺及性能研究
文章对45钢塑料模具常用的（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层工艺进行了分析，并对镀液中的固体微粒含量、PH值、镀液温度等对模具性能的影响进行了细致的研究，最后通过与普通化学镀层的比较，对化学复合镀层的性能进行了研究，为化学复合镀层在塑料模具中的广泛应用提供有效的支撑。

标签：塑料模具；化学复合镀层；性能研究
1 引言
随着近年来工业的迅速发展，工程塑料的用途也越来越广泛，塑料模具的性能要求也越来越高，尤其是模具表面的耐磨性和自润滑性直接影响着模具自身寿命和产品的表面质量，而化学复合镀工艺是近年来出现的一种新型镀层工艺，所谓化学复合镀就是通过向镀液中加入一些具有特殊性能的惰性微粒，微粒将与基层金属形成共沉积，从而制备具有特殊作用的镀层。

目前大多数研究都是以（Ni-P）为基质，加入SiC、Al2O3等微粒增加镀层的耐磨性或加入MoS2、PTFE （聚四氟乙烯）等提高镀层的自润滑性。

本文在化学镀（Ni-P）基质的基础上，加入SiC、PTFE微粒，组成（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层工艺，使新的镀层不仅具有良好的耐磨性，还具有良好的自润滑性，经过实验证明，（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层大大提高了模具的使用寿命，降低了塑料模具的脱模难度，非常适合塑料模具的表面处理。

2 实验简述
实验材料：将材料为45钢的基体加工成4mmX8mmX15mm的平板，精磨后进行化学复合镀。

镀液配方为：硫酸镍晶体NiSO4·6H2O=23-25g/L，次亚磷酸钠晶体NaH2PO4·H2O=25-28g/L，柠檬酸钠晶体NaC6H5O7·2H2O=10-12g/L，稳定剂KN-1为0.5g/L，促进剂KN-2为30ml/L，粒度为3.5mm W3.5型的SiC微粒，，粒度为0.5mm的PTFE微粒乳液。

测定方法：用比较法测试镀液中固体微粒含量、PH值、镀液温度、热处理温度对镀层性能的影响；硬度用MM-3型显微硬度计测量；耐磨性用M-2000型磨损试验机测定，具体条件是用平板与圆环滑动摩擦，平板固定，加30N载荷，耐磨圆环采用淬火后回火Cr12钢，HV硬度为760，每分钟200转，持续30分钟。

3 塑料模具的复合镀层工艺及性能研究
3.1 塑料模具的复合镀层工艺分析
经过实验对比，镀液中固体微粒含量、PH值、镀液温度、热处理温度对复合镀层的性能都有影响，具体分析如下：
镀液中的固体微粒的含量影响：由不同浓度的SiC/PTFE微粒含量的镀层分析比较得知，镀液中的SiC的含量越高，镀层的硬度和耐磨性越高，但当SiC的含量达到15g/L时，微粒对沉积层造成极强的冲击，使微粒和Ni-P合金原子难以吸附、沉积，降低了镀层的厚度，所以SiC的含量以10g/L为宜；在SiC的含量一定时，镀液中PTFE体积分数越高，镀层的自润滑性能越好，防止塑料工件粘模的效果越好，但PTFE的体积分数过高时，会大大降低镀层额硬度，降低镀层的耐磨性，实验证明镀液中的PTFE体积分数为0.8%为宜。

镀液中的PH值的影响：镀液的PH值对镀层额沉积速度影响很大，PH值越高，沉积速度越快，但当PH值大于4.8时，镀液中的亚磷酸镍的溶解度降低，镀液浑浊，沉积速度的增加速度开始变缓，所以镀液的PH保持在4.6-4.8为宜。

镀液的温度的影响：与PH值一样，镀液的温度大大影响沉积速度，温度过低，镀液中的离子热运动缓慢，镀速也很慢，实验证明温度低于60℃时，几乎不发生沉积，温度大于80℃时，才能正常沉积，然后温度越高，沉积越快，但当温度大于90℃时，PTFE微粒会聚结成团或絮状，并与SiC形成较大的微粒，大大降低了镀液中的微粒实际含量，从而影响镀层质量，所以镀液温度以88℃-89℃为宜。

热处理温度的影响：在镀层完成后需要进行热处理，热处理温度对镀层的显微硬度影响很大，在热处理过程中，镀层中的磷原子扩散聚集，晶格增大形成Ni3P相，提高了镀层的硬度，但当温度大于300℃时，镀层中的PTFE微粒会软化分解，影响镀层的性能，使镀层的表面颜色发生变化并失去光泽，所以热处理温度为300℃最合适。

3.2 塑料模具的复合镀层性能分析与研究
通过与化学镀Ni-P的对比，本文著者从硬度、自润滑性、耐磨性三个方面对（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层的性能进行了分析和研究，具体如下：
镀层的硬度：经过实验可知，化学镀Ni-P试样的显微硬度为HV991，这主要是应为Ni-P合金镀层在读后的热处理过程中，形成了与Ni相共晶格的高硬度Ni3P相，大量的Ni3P相产生了沉淀硬化作用，大大提高了镀层硬度。

而（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层的显微硬度仅为HV694，与化学镀相比，硬度相对较低，主要原因是SiC微粒均匀分析在镀层中提高镀层硬度的同时，硬度较低的PTFE 微粒去在基体镀层中形成了大量的缺陷孔洞，破坏了基体镀层的连续性，从而导致镀层塑性变形的抵抗力下降，硬度大大降低。

此外，（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层的热处理温度为300℃，低于（Ni-P）化学镀层的热处理温度400℃，导致前者析出的Ni3P远远少于前者，这也是（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层的硬度低于（Ni-P）化学镀层的一个原因。

镀层的自润滑性：由实验可知，（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层的摩擦系数为0.21，小于（Ni-P）化学镀层的摩擦系数0.3。

这是因为PTFE微粒具有很强的自润滑性，均匀分布并软化的镀层表面与微观凹凸不平的摩擦表面在摩擦过程中形成了一层均匀的PTFE薄膜，起到很好的润滑作用，大大降低了镀层的摩擦因数，摩擦表面十分光滑，而（Ni-P）化学镀层无特别的润滑成分，使摩擦表面充满了磨损划痕，所以（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层的自润滑性能远远优于（Ni-P）化学镀层。

镀层的耐磨性：由实验可知，（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层的显微硬度虽然低于（Ni-P）化学镀层，但其磨损量却远远小于（Ni-P）化学镀层。

这主要是因为（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层中SiC本身硬度很高，强化了Ni-P镀层，使其抗塑性变形能力增大，在磨损过程中SiC晶体起到了抗磨损的支撑作用，大大改善了镀层耐磨性，与此同时，镀层中的PTFE微粒的润滑作用，在摩擦表面形成润滑层，减小了摩擦，大大降低了复合镀层的磨损量。

4 结论
本文通过对塑料模具的（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层的工艺过程的实验研究，分析了镀液中固体微粒含量、PH值、镀液温度、热处理温度对复合镀层的性能的影响，然后通过与（Ni-P）化学镀层的对比，说明了（Ni-P）-SiC-PTFE 化学复合镀层的耐磨性和自润滑性都远远好于（Ni-P）化学镀层，从而证明（Ni-P）-SiC-PTFE化学复合镀层更适用于塑料模具，
参考文献
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