电化学电镀在塑料模具中的应用

20世纪90年代以来，全球经济复苏，并呈现加快增长的势头，全球塑料工业的生产与销售也一直呈稳定增长的趋势。据预测，2007年全球塑料需求量将达到2亿l千万吨，2020年达到3亿8千万吨。塑料作为现代社会经济发展的基础材料之一， 已经广泛的应用到国民经济的各个领域，与钢铁、木材、水泥成为材料领域的四大支柱。因此，研究和开发塑料成型技术具有重大的工程意义。塑料模具是塑料成型加工中重要的装备之一， 在塑料制品制造过程中起着重要的作用，直接影响着塑料制品的质量与性能。随着塑料模具向小型、精密、多样化和大型、复杂、精密化的方向发展，其制造工艺日趋复杂、生产周期长、生产成本高I 。特别是大多数精密模具要从国外进口，价格极高，并且标准配件种类少。若是早期失效，将给企业造成重大的经济损失。因此极其需要一种方便的方法将金属补到模具上去，以恢复模具表面的好方法。
    在实际应用中，有几种方法可供选择。使用较早的方法是焊接工艺。焊接粘接性非常好，但是焊接层含有大量的氧化物，而且焊接不可避免要在金属中产生应力，从而导致热变形或裂缝的形成。较新的工艺是火花喷镀或等离子加工，这种工艺方法方便快捷，可以在制件表面形成2 5．4mm 厚的金属、合金、金属氧化物或者碳化物层。然而，这种工艺设备价格昂贵，而且沉积层的粘接性一般通常还需要后续机加工，沉积层通常含有较多的气孔。最近几年出现了一种新型金属沉积工艺，常用在加工面积l m2左右，沉积层厚度为l“m 到lmm 左右，主要应用于需要沉积优质金属的场合，这种方法被称为电化学电镀工艺。

 1 电化学电镀的基本原理及其特点
    1．1电化学电镀基本原理
    这种工艺操作简单，如同电弧焊一样，阴极导线被夹在模具或机器上。阳极导线与棉纱或涤纶包覆的阳极相连，电源组件被调到合适的电压值。阳极垫浸入少量的电解液中，在模具表面上来回移动，直到形成均匀理想的金属沉积层(如图1)。为了监控金属层的厚度，电源组还应该包含一个电能表，电能表的读数与金属涂膜的厚度成正比。
    1．2 电化学电镀一般工艺
    电化学电镀一般工艺过程主要包括镀前预处理，镀件电镀和镀后处理三大部分，每个部分又包含几道工序。操作过程中，每道工序完毕后需立即将镀件冲洗干净。
    (1)镀前预处理
    ①表面整修：待镀件的表面必须平滑，常用沙布、金相沙纸打磨。
    ②表面清理：采用化学及机械的方法对镀件表面的油污， 锈斑等进行清理。
    ③ 电净处理：电净处理就是电解脱脂。刷镀中对任何基体金属都用同一种脱脂溶液，只是不同的基体金属所要求的电压和脱脂时间不一样。电净后的表面无油迹，对水润浸良好和不挂水珠。
    ④活化处理：用以去除镀件在脱脂后可能形成的氧化膜并使镀件表面受到轻微刻蚀而呈现金属的结晶组织，确保金属离子能在新鲜的基体表面上还原并与基体牢固结合，形成强度良好的镀层。
    (2)镀件电镀
    ① 电镀打底层：由于镀层在不同金属上结合强度不同，有些电镀层不能沉积在钢铁上，故针对一些特殊镀种要先电镀一层打底层作为过渡，厚度一般为(0．00l～0．01)m m 。

    ②电镀工作镀层：工作镀层是表面的最终电镀层，其作用是满足表面的力学性能、物理性能和化学性能等特殊要求。根据镀层性能的需要来选择合适的最终溶液，例如用于耐磨的表面，工作镀层可选用镍，镍一钨合金等。对于耐腐蚀的表面，工作表面可选用镍、锌等。镀镍是模具修复中最常见的一种，它的镀液见表l。
    (3)镀后处理
    电镀完毕要立即进行镀后处理，清除镀件边缘残积物。
    1．3 电化学电镀特点 。
    (1)设备特点：设备体积小、重量轻，便于携带，从而可以现场或者野外作业。
    (2)镀液特点：镀液大多数是金属有机络合物水溶液，在水中有相当大的溶解度，并且具有良好的稳定性。可在较宽的电流密度和温度范围内使用。它具有不燃、不爆、无毒性、腐蚀小，对环境污染小，便于操作与安全。
    (3)工艺特点 工艺灵活、沉积速度快、镀层种类多、结合强度高。
         

  2 在塑料模具中的应用
    电化学电镀在塑料模具的一个重要的应用是在模具的表面镀上一层薄而均匀的金合金，以防止在加工PVC或PVDC是释放释放出来的盐酸的腐蚀，腐蚀产生的小坑会在制品表面产生拖痕、鱼尾纹和其他的缺陷，并且会缩短模具的使用寿命。目前一般采用电化学电镀方在模具表面镀上2．5“m 厚的金合金。这层金属镀层可以防止PVC释放出来侵蚀，从而大大提高模具的使用寿命。使用金合金电化学电镀的另外一个好处是，在修复镀层时，不用将模具取下来就可以对其进行修复。对于抛光表面通常使用铁粉，或用软钢丝刷将模具表面刷成不光滑状，用以使新的镀层同模具表面熔合在一起。
    当在成型PET、ABS、PE、PP塑料制品时，这些材料对钢和铬有粘附作用。通
过金合金镀层，这样可以增强这种材料同塑料模具型腔面的分离作用。其镀金合金的厚度只要达到约成型PVC所需要厚度的一半，就可以满足防粘附的要求。
    在塑料模具在使用完了之后，为了防锈和防腐通常在塑模工作面上，涂沫润滑油或者润滑脂。如果要将模具表面上的锈除去，通常会在模具表面上留下小坑和腐蚀痕迹。这种缺陷对于塑料模具来说往往是致命的。通过电化学电镀，在保存前可以将模具表面镀上一层隔，镀隔层的厚度可达50 m。镀隔之后，如需要，可以再加涂覆润滑油或者润滑脂，对于防腐，1 2 m厚度的镀隔就足够。当需要使用模具时，可以将隔除去，使模具工作面达到初始成型状态。
    3 结语
    电化学电镀这种方法在航空航天及航海塑料模具领域的应用仅是近几年的事，但凭借着其操作简单、使用方便、节省费用等优点，这种工艺方法在塑料模具行业应用发展迅速。电化学电镀凭其独特的优势必将在塑料模具行业中扮演重要的角色，其主要体现在：
    (1)具有良好的社会效益塑料模具的制造技术要求高、生产周期长、加工费用高，模具材料需求量大、极其贵重。现在许多精密塑料模具需要从国外进口，成本和各种费用都很高。若过早失效弃置不用，不仅是经济上的浪费，而且是资源上的浪费。用电化学电镀对塑料模具的修复或其表面强化处理等不仅可以满足工业的需求，还可以节省资金，同时又可以起到环保的作用。

    (2)具有重要的经济效益例如圣路易一家制造商为TwA公司生产一种带标志的塑料杯，将这家航空公司的标志印在杯子的一侧。当在铭刻标记的地方用电化学电镀铜和镍，然后又镀上一层镍钨合金，模具的表面就修复好了。现在已经生产了成千上万个没等设备中的应用已有20多年的历史了，而在有标记的塑料杯子。这样就可以不必再花大量的钱去开一套没有标记的杯子的塑料模具，为公司节约了大量的资金。