模具镀硬铬：中途断电引起的5大故障案例分析

铸造厂长期自制热铸磨具，模具基体金属材料为 3Cr2W8V 碳钢，采用硬氧化加工工艺加强模具生产加工表面强度。象征性磨具是金属材料挤压筒和金属孔针。

挤压筒的常用规格为：公称直径 360 mm，长短700 ～ 900 mm，厚度 30 ～ 50 mm，内壁硬铬镀层薄厚 30 ～ 56 μm。金属材料破孔针的典型规格如下：长度 1.5 m，顶部球形梢度 50 ～ 100 mm，孔径 30 ～ 150 mm，硬铬镀层表面厚度较厚 30 ～ 56 μm。

在长期的生活实践中，小编展示了一些常见的磨具硬氧化故障实例。

本文分析了关闭电源导致磨具硬铬涂层组合差导致脱落的问题，并结合实例分析了其他原因引起的常见故障，供同一行业参考。

【案例 1.长时间半途关闭电源

1 故障问题

在温度 55 °C、交流电压(18 ± 1) V、负极电流强度 60 A/dm2条件下，金属材料挤压筒内表面硬质氧化，镀层脱落。

2 分析与解决

涂层脱落的原因包括镀前处理不到位（一般为基体表面废弃物或金属材料氧化膜未清除），镀液中 SO42- 含量高，温度过低，电流强度过高，基体金属材料热应力大，工件加热不足，电镀工艺半途而废。由于电镀过程中常见故障不规律，在此期间未更换镀液，可以清除镀液的原因。了解当班人员后，镀前处理问题基本消除。查询生产记录，发现常见故障产品与半途关闭电源有关。

铸造厂位于山区，电镀车间位于工厂的偏远地区。当时，由于供电负荷，电力部门实施了系统分区压力负荷供电系统的措施，导致部分电镀工艺车辆中途关闭电源，导致上述常见故障。在与电力部门协商确保电镀过程中供电系统的连续性后，进行故障处理。

3 工程措施

当电源在硬氧化过程中关闭时，不锈钢层表面很快就会被空气氧化。如果插入后直接涂层，涂层结合性差，导致剥落和脱落。关闭电源的时间超过了 15 min 可通过对电镀锡进行阳极氧化腐蚀来挽救，工艺如下：

(1) 改变直流稳压电源的电级，将磨具工件氧化为阳极(35) ± 5) A/dm2下电解法 30 ～ 100 s，对工件表面的氧化膜进行腐蚀，使工件表面的原涂层得到外部经济粗糙的表面。

(2) 腐蚀完成后，直流稳压电源的电级应迅速变换，镀件应变为负极，先前(100 ± 20) A/dm2冲击性镀3 min，再去 60 A继续正常的电镀工艺/dm2下。

【案例 2]短时间半途关闭电源

1 故障问题

同一生产线，确保金属材料挤压筒内表面硬氧化后，电镀工艺环节连续供电系统，工艺参数及案例 1 同样。

然而，在涂层过程中，电镀锡的涂层仍然脱落。

2 分析与解决

有较后一次解决故障的经验，首先从供电系统层面进行改造。供电系统的较终故障包括两种：一种是交流电源关闭，另一种是由整流设备常见故障引起的直流稳压电源的较终故障。设备检查没有问题。查询变电站供电系统的记录，发现常见故障批号与变电站高压柜的操作有关。当电镀过程在短期内停电时，继续进行电镀工艺和故障处理。

3 工程措施

在硬氧化过程中，短期停电后，工件表面会形成相对较薄的氧化膜。根据阶梯给电活性基体表面，可保证涂层的组合，防止涂层脱落。工艺如下：

(1) 交流电压和负极电流的操作强度为(3.5) ± 0.5) V 和(20 ± 5) A/dm2，为了保证基体上只有析氢反应(以镀槽内轻微气泡为标准)，不断 5 ～ 10 min。初生态氢原子具有较强的恢复水平，能将金属材料表面的氧化膜恢复为金属材料[。

(2) 在 30 min 电流强度逐渐上升至 100 A/dm2，每 5 min 上升 20 A/dm2

【案例 3]中途停电后阳极氧化腐蚀时间过长

1 故障问题

同一生产线，金属材料挤压筒内表面硬氧化，工艺参数齐上。由于工厂断电，电源在整个电镀过程中半途关闭 2 h，采用阳极氧化腐蚀对策后，生产批次挤压缸内表面涂层仍脱落。

2 分析与解决

由于断电时间较长，车次采用阳极氧化腐蚀加工工艺对工件进行了维修和涂装。了解值班人员发现，同一生产车间的另一条生产线也在进行中低碳钢基体的电镀工艺。在关闭电源维修和涂装之前，值班人员统一启动了碳钢和低碳钢 60 s 阳极氧化腐蚀。

不同类型的金属材料基体具有不同的阳极氧化腐蚀时间。对于低碳钢，应保持腐蚀时间 30 ～ 60 s ;但对于合金结构钢，适当的腐蚀期为 5 ～ 10 s 。过长的腐蚀时间也会导致涂层结合减少。

3 工程措施

对于电镀锡基体的阳极氧化腐蚀活性，应根据基体材料的活性时间进行操作。不同材料基体的阳极氧化腐蚀时间见表 1。

【案例 中途关闭电源 2 h，阳极氧化腐蚀解决合铬问题，但涂层呈网状裂纹

1 故障问题

电镀过程中因整流电源常见故障关闭电源 2 h，已按表 1 阳极氧化腐蚀时间严格控制，但生产批次破孔针表面涂层呈裂纹状。

2 分析与解决

举办现场技术指标分析会议，阐述机械设备、供电系统、镀液成分、负电流强度维护等环节，均正常。注意冬季常见故障，准确测量槽体镀液温度小于 20 °C，故障的确认取决于槽体镀液温度过低。对生产车间采取采暖对策，确保镀槽温度为(55.0 ± 1.5) °C，故障处理。

3 工程措施

镀液温度过低或电流强度过大，获得的硬铬涂层延性大，呈裂纹状，易脱落。因此，镀液温度和负电流强度应在适当的范围内进行操作。

其他原因导致硬铬涂层脱落的常见故障

中途停电后的疏忽会导致硬氧化层组合不良甚至脱落。此外，还有外部因素导致硬铬涂层脱落。在研究常见故障时，我们应该注意差异，而不仅仅是从一个方面来思考，还有一些常见的故障（例如 4)可能是两种或两种以上的原因造成的。

1 镀前处理不到位

超过钨合金水泥预制件的硬氧化层 30 μm，基体与涂层的结合性不太高，延性大，抗压强度低。在镀前处理中，必须彻底消除金属材料表面的污垢和氧化膜，使金属材料基体结晶 ，保证电镀工艺的质量。

2 工件进入槽时温度过低，导致槽温下降

工件进入槽前应先加热 55 °C(工艺标准镀液温度)插电前，电镀锡与镀液温度基本一致。工件在(55 ± 2) °C 热水槽体加热，加热时间长 15 min 上下。电镀生产线应配备温度调节机械设备。确保施工过程中的镀液温度保持在(55.0 ± 1.5) °C。

这里的磨具是厚壁管工件，热稳定时间比厚壁工件长。当开水槽容量超过工件容积时 10 厚壁工件必须加热大约两倍 3 ～ 10 min，加热厚壁管工件 5 ～ 15 min。

3 镀液中 SO42- 成分过高

对镀液成分的分析和调节进行操作 CrO3与 SO4正离子 的摩尔比为 100∶1。

4 基金属材料热应力大

为了清除基体金属的热应力，工件在电渡前需要退火。

确保钨合金水泥预制件硬氧化质量的工程措施

(1) 在电镀过程中，应确保直流稳压电源供电系统的可持续性和可靠性。注意关闭电源，包括交流电源的终断和整流电源　障碍物的通信有两种:电和直流电。

(2) 发生了整个涂层过程 15 min 上述电源关闭时，应进行阳极氧化腐蚀。

(3) 当电源在短时间内关闭时，应采用阶梯式电能方法活性基体表面。

(4) 合金结构钢的阳极氧化腐蚀时间应保持在 5 ～ 10 s。

(5) 在适当范围内控制镀液温度和负极电流强度，选择管道阴极保护，保证负极电流强度。

(6) 镀前处理时，应彻底消除金属材料表面的污垢和氧化膜，使金属材料基体结晶 。

(7) 工件入槽前应加热，厚壁工件应加热 3 ～ 10 min，加热厚壁管工件 5 ～ 15 min。

(8) 调整镀液成分时，应操作 CrO3与 摩尔比SO4离子 100∶1。

(9) 工件在电镀过程中进行退火处理，以清除基体金属的热应力。