摘要： 電鍍磨料法是制造超硬磨料工具的常用方法， 電鍍質(zhì)量直接影響到電鍍超硬磨料工具的壽命和使用性能， 而電鍍工藝是影響電鍍質(zhì)量的主要因素。文中首先對原有的電鍍基礎(chǔ)工藝中鍍前處理及鍍底鎳工序進行了改進，提出了鍍前處理中增加去毛刺、電化學除油、陽極處理等過程及鍍底鎳工序中帶電入槽和沖擊電流的一套新的電鍍工藝， 并進行了實驗研究， 結(jié)果表明：新的工藝增強了鍍層的結(jié)合力， 提高了電鍍質(zhì)量； 其次實驗研究了電鍍液配方及電流密度、鍍液溫度、ＰＨ 值等工藝參數(shù)對電鍍質(zhì)量的影響， 并得到了優(yōu)化結(jié)果。
　　關(guān)鍵詞： 電鍍工藝； 超硬磨料； 電鍍液； 正交試驗
　　中圖分類號： ＴＧ１７４．４４１　
　　文獻標識碼： Ａ
　　文章編號： １００２－ ２３３３（ ２００７） ０６－ ００２８－ ０３
　　
　?。?引 言
　　電鍍磨料法是 １９６０ 年代發(fā)展起來的一種新的制造超硬磨料工具的方法。對于超硬磨料來說， 比如金剛石，由于其不可電鍍性，使得電鍍工藝的實質(zhì)是“電鑄”， 其過程是電鍍液金屬離子在陰極獲得電子而沉積在基體上，而后不斷沉積生長，于是落在基體上面的金剛石磨粒被沉積的粘結(jié)金屬埋鑄起來， 形成工具。在電鍍磨料法中電鍍金屬結(jié)合劑單層超硬磨料砂輪應用日益廣泛，不僅用其磨削工件表面（ 特別是成形回轉(zhuǎn)表面） ， 而且用來修整普通砂輪（ 此時稱滾輪）。電鍍質(zhì)量直接決定了電鍍超硬磨料工具的使用性能和使用壽命， 金剛石磨粒與基體之間沒有結(jié)合力作用， 而僅靠基體與粘結(jié)金屬之間的作用。 因此，解決電鍍質(zhì)量的工藝問題， 實質(zhì)上就是解決金屬電鍍工藝問題。使用傳統(tǒng)的工藝， 在電鍍過程中經(jīng)常會出現(xiàn)鍍層不均勻、結(jié)合強度弱等問題， 為此，國內(nèi)外學者仍在進行電鍍工藝的研究工作。
　?。?電鍍工藝分析及其改進
　?。玻?電鍍基本工藝分析
　　電鍍金屬是利用電解的方法使金屬合金沉積在工件表面上， 以形成均勻、致密、結(jié)合力良好的金屬的過程。電鍍必須具備外加直流電源， 以及由特定的電鍍液和特定的金屬陽極組成的電鍍裝置。
　　以純鎳作為金屬陽極， 鎳鹽為電鍍液， 則電鍍粘結(jié)金屬的電極反應如下：
　?。?１） 陽極反應： 金屬鎳失去電子， 變成二價鎳離子進入鍍液， 保證了鍍液中鎳離子的正常補充；
　?。?２） 陰極反應： 鎳離子從鎳鹽電鍍液中沉積到電鍍基體的工作面上。
　　電鍍液主要由主鹽、導電液、緩沖劑、氯化物和添加劑等五大組成部分。
　　任何一個完整的電鍍工藝過程一般都包括三個階段： 鍍前處理、電鍍、鍍后處理。采用電鍍法制作單鍍層磨料磨具， 工藝路線是： 基體鍍前處理→鍍底鎳→上砂（固砂） →鍍裝飾鎳（加厚） 。
　　在整個電鍍過程中， 影響電鍍質(zhì)量的因素有：（ １） 粘結(jié)金屬與基體間的結(jié)合力；（ ２） 電鍍基體的工作面上， 鍍層的厚度不均勻和沒有細致的結(jié)構(gòu)；（ ３） 鍍層沒能達到規(guī)定的厚度， 并且具有一定量的孔隙；
　　影響因素中的第一個因素就是和鍍前處理有關(guān)， 而鍍前處理是最主要的影響因素。日本電鍍界人士統(tǒng)計過，電鍍層結(jié)合不好， 有９０％以上是由于鍍前處理不良所致。鍍前處理不良嚴重影響了電鍍件的使用壽命。由于鍍前處理的每道工序都會直接影響鍍層質(zhì)量。因此，鍍前處理的每道工序必須嚴格進行。只有這樣， 才能獲得均勻性，表面完整性好和結(jié)合力強的鍍層， 從而提高電鍍砂輪的使用壽命和加工精度。
　　在鍍前處理方面， 國外目前有專門的酸、堿處理添加劑。大部分的除油、酸洗都采用多次電解處理。另外采用４０℃～４６℃的低溫除油， 而我國大多在６０℃～９０℃除油， 對常溫和低溫除油曾引起重視， 但未獲得全面推廣應用。對鍍前產(chǎn)品采用機械研磨和機械清洗來提高產(chǎn)品質(zhì)量， 在我國還未受重視。
　?。玻?電鍍基礎(chǔ)工藝的改進
　　為了提高鍍層質(zhì)量， 通過對國內(nèi)外的電鍍行業(yè)情況的分析和比較， 對鍍前處理工藝流程進行改進， 在原電鍍工藝基礎(chǔ)之上增加去毛刺、電化學除油、陽極處理等工序， 各工序的作用如表１所示。
　　原鍍前處理工藝過程： 清洗→化學除油→酸洗；新鍍前處理工藝過程： 去毛刺→清洗→化學除油→電化學除油→酸洗→陽極處理。
　　在此采用的鍍前處理工藝， 如采用機械去毛刺、銼磨需鍍部位的方法， 改變鍍前基體需鍍部位的表面狀況； 進行電化學除油和陽極處理，大大地改交了基體表面的狀態(tài)， 提高了鍍液的分散能力和覆蓋能力。對比實驗表明新的工藝提高了鍍層的均勻性、表面完整性， 增強了鍍層的結(jié)合力，可以保證鍍層質(zhì)量。檢測鍍層結(jié)合力對比試驗結(jié)果如圖１所示。
　　為了保證鍍層與基體結(jié)合良好， 除了認真完成鍍前處理的各道工序以外， 對于鍍底層的工序也應予以重視?；w表面凈化和活化之后， 為了避免在電鍍開始前重新生成氧化膜， 要盡可能迅速地入槽電鍍， 并且最好要采取帶電入槽措施。所謂帶電入槽， 就是將預處理后的基體接電鍍電源的負極， 鍍槽中的鎳陽極接電源正極， 在接通電源的情況下， 將陰極迅速移入槽中開始電鍍。帶電入槽可以避免出現(xiàn)雙性電極現(xiàn)象， 這一現(xiàn)象會導致鍍件上靠近陰極一側(cè)的表面在通電前發(fā)生陽極反應而生成氧化膜。
　　對于高碳鋼合金鋼等材料制成的基體，以及形狀復雜、有凹腔和表面粗糙的基體， 在電鍍開始時需要使用沖擊電流， 即在剛開始電鍍時， 對鍍件施加比正常情況下高２～３ 倍的電流密度，使鍍件表面迅速沉積上一薄層微細鍍層而后迅速恢復到正常的電流密度。這樣可使零件表面的鍍層分布均勻和結(jié)合牢固。
　?。?電鍍液配方及工藝參數(shù)優(yōu)化
　?。常?電鍍液配方的優(yōu)化
　　鍍液選用鎳鹽為主的溶液，其成分為硫酸鎳、硫酸鈷、氯化鈉、硼酸、糖精、丁炔二醇、十二烷基硫酸鈉。１．４為研究鍍液成分對電鍍質(zhì)量的影響， 采用Ｌ９（３４）正交表設(shè)計實驗，各因素的水平取值如表２ 所示， 以鍍層的結(jié)合強度作為評價指標， 對鍍液中的主要成份硫酸鎳、硫酸鈷、硼酸， 進行工藝參數(shù)優(yōu)化。
　　正交實驗安排及結(jié)果如表 ３ 所示， 通過對實驗結(jié)果的直觀分析可知， 當電鍍液成分中硫酸鎳、硫酸鈷、硼酸含量分別為： ２４０ｇ／Ｌ、 、 ８ｇ／Ｌ４０ｇ／Ｌ 時， 可以獲得較大的鍍層強度。綜合考慮， 優(yōu)化電鍍液配方為： 硫酸鎳 ２４０ｇ／Ｌ、硫酸鈷 ８ｇ／Ｌ、硼酸 ４０ｇ／Ｌ、氯化鈉１５ｇ／Ｌ、糖精 １ｇ／Ｌ、 丁炔二　　 １．４醇 ０．８ｇ／Ｌ、十二烷基硫酸鈉０．８ｇ／Ｌ。通過進一步實驗證明，該組配方可以獲得理想的鍍層結(jié)合強度。
　?。常?工藝參數(shù)的優(yōu)化
　　在鍍液配方優(yōu)選后， 影響結(jié)合劑與基體結(jié)合強度的主要工藝參數(shù)是： 電流密度、鍍液溫度和 ＰＨ 值。按三因素三水平進行正交設(shè)計， 各因素的水平取值如表 ４ 所示， 同樣以鍍層的結(jié)合強度作為評價指標， 進行工藝參數(shù)優(yōu)化。實驗結(jié)果及分析如表 ５ 所示。
　　由表５可看出， 對鍍層結(jié)合強度影響最大的因素是電流密度， 這個因素的極差最大， 為 ７．３３４， 其次為鍍液溫度， 最后為鍍液的 ＰＨ值。在實驗中獲得最大鍍層結(jié)合強度的工藝條件為： 電流密度＝０．１０ｋＡ／ｍ２、鍍液溫度＝７０℃、ＰＨ 值＝４．０。根據(jù)表 ５中各因素同一水平實驗結(jié)果的均值， 以各因素的三個水平值為橫坐標， 每個水平值對應的實驗結(jié)果的均值為縱坐標， 做出直觀圖如圖 ２ 所示。
　　由圖 ２ 可見， 電流密度＝０．１ｋＡ／ｍ２， 鍍液溫度＝７０℃，ＰＨ 值＝４．０ 均為比較理想的水平， 此時鍍層的結(jié)合強度最大， 以上面所分析的結(jié)論是一致的。
　?。?結(jié) 論
　　本文通過對原有電鍍基礎(chǔ)工藝的改進， 增加了去毛刺、電化學除油、陽極處理等工序， 試驗表明該工藝增強了鍍層的結(jié)合力， 提高了電鍍質(zhì)量。
　　通過對電鍍液配方及工藝參數(shù)進行試驗研究得知，電鍍液成分中硫酸鎳、硫酸鈷、硼酸的含量對電鍍質(zhì)量都有影響，可以獲得最大的鍍層結(jié)合強度的主要電鍍液配方為： 硫酸鎳 ２４０ｇ／Ｌ、硫酸鈷 ８ｇ／Ｌ、硼酸４０ｇ／Ｌ。而影響鎳鍍層與基體結(jié)合強度的工藝參數(shù)（ 電流密度、鍍液溫度、ＰＨ 值） 中， 電流密度的影響明顯，并且影響變化趨勢曲線呈極值性變化， 當電流密度為 ０．１ｋＡ／ｍ２ 時鍍層與基體結(jié)合強度獲得最大值， 電鍍液溫度與鍍液 ＰＨ值的影響均呈單調(diào)性變化， 可以獲得較大的鍍層結(jié)合強度的電鍍工藝參數(shù)為： 電流密度 ０．１ｋＡ／ｍ２、鍍液溫度 ７０℃、ＰＨ值 ４．０。