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(duì)原有的電鍍基礎(chǔ)工藝中鍍前處理及鍍底鎳工序進(jìn)行了改進(jìn)， 提出了鍍前處理中增加去毛刺、電化學(xué)除油、陽(yáng)極處理等過(guò)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究， 結(jié)果表明： 新的工藝增強(qiáng)了鍍層的結(jié)合力， 提高了電鍍質(zhì)量； 其次實(shí)驗(yàn)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(duì)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(yàn)
　　
　?。?引 言
　　
　　電鍍磨料法是 １９６０ 年代發(fā)展起來(lái)的一種新的制造超硬磨料工具的方法。對(duì)于超硬磨料來(lái)說(shuō)， 比如金剛石，由于其不可電鍍性， 使得電鍍工藝的實(shí)質(zhì)是“電鑄”， 其過(guò)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(zhǎng)， 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(lái)， 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(yīng)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(lái)修整普通砂輪（此時(shí)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(méi)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(wèn)題， 實(shí)質(zhì)上就是解決金屬電鍍工藝問(wèn)題。使用傳統(tǒng)的工藝， 在電鍍過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)鍍層不均勻、結(jié)合強(qiáng)度弱等問(wèn)題， 為此， 國(guó)內(nèi)外學(xué)者仍在進(jìn)行電鍍工藝的研究工作。
　　
　?。?電鍍工藝分析及其改進(jìn)
　　
　　２．１ 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(guò)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(yáng)極組成的電鍍裝置。
　　
　　以純鎳作為金屬陽(yáng)極， 鎳鹽為電鍍液， 則電鍍粘結(jié)金屬的電極反應(yīng)如下：
　　
　　（ １） 陽(yáng)極反應(yīng)： 金屬鎳失去電子， 變成二價(jià)鎳離子進(jìn)入鍍液， 保證了鍍液中鎳離子的正常補(bǔ)充；
　　
　?。?２） 陰極反應(yīng)： 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(dǎo)電液、緩沖劑、氯化物和添加劑等五大組成部分。
　　
　　任何一個(gè)完整的電鍍工藝過(guò)程一般都包括三個(gè)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(gè)電鍍過(guò)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(méi)有細(xì)致的結(jié)構(gòu)；（ ３） 鍍層沒(méi)能達(dá)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(gè)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(jì)過(guò)，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(yán)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(huì)直接影響鍍層質(zhì)量。因此， 鍍前處理的每道工序必須嚴(yán)格進(jìn)行。只有這樣， 才能獲得均勻性，表面完整性好和結(jié)合力強(qiáng)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(guó)外目前有專門(mén)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(guó)大多在 ６０℃～９０℃除油， 對(duì)常溫和低溫除油曾引起重視， 但未獲得全面推廣應(yīng)用。對(duì)鍍前產(chǎn)品采用機(jī)械研磨和機(jī)械清洗來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量， 在我國(guó)還未受重視。
　　
　?。玻?電鍍基礎(chǔ)工藝的改進(jìn)
　　
　　為了提高鍍層質(zhì)量， 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外的電鍍行業(yè)情況的分析和比較， 對(duì)鍍前處理工藝流程進(jìn)行改進(jìn)， 在原電鍍工藝基礎(chǔ)之上增加去毛刺、電化學(xué)除油、陽(yáng)極處理等工序。
　　　　　　　　
　　原鍍前處理工藝過(guò)程： 清洗→化學(xué)除油→酸洗；新鍍前處理工藝過(guò)程： 去毛刺→清洗→化學(xué)除油→電化學(xué)除油→酸洗→陽(yáng)極處理。
　　
　　在此采用的鍍前處理工藝， 如采用機(jī)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(jìn)行電化學(xué)除油和陽(yáng)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(duì)比實(shí)驗(yàn)表明新的工藝提高了鍍層的均勻性、表面完整性， 增強(qiáng)了鍍層的結(jié)合力， 可以保證鍍層質(zhì)量。
　　　　
　　為了保證鍍層與基體結(jié)合良好， 除了認(rèn)真完成鍍前處理的各道工序以外， 對(duì)于鍍底層的工序也應(yīng)予以重視。基體表面凈化和活化之后， 為了避免在電鍍開(kāi)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(yù)處理后的基體接電鍍電源的負(fù)極， 鍍槽中的鎳陽(yáng)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(kāi)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(huì)導(dǎo)致鍍件上靠近陰極一側(cè)的表面在通電前發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)而生成氧化膜。
　　
　　對(duì)于高碳鋼合金鋼等材料制成的基體， 以及形狀復(fù)雜、有凹腔和表面粗糙的基體， 在電鍍開(kāi)始時(shí)需要使用沖擊電流， 即在剛開(kāi)始電鍍時(shí)， 對(duì)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(xì)鍍層而后迅速恢復(fù)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。
　　
　　３ 電鍍液配方及工藝參數(shù)優(yōu)化
　　
　　３．１ 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(duì)電鍍質(zhì)量的影響， 采用Ｌ９（３４）正交表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)， 以鍍層的結(jié)合強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)， 對(duì)鍍液中的主要成份硫酸鎳、硫酸鈷、硼酸， 進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化。
　　
　　通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的直觀分析可知， 當(dāng)電鍍液成分中硫酸鎳、硫酸鈷、硼酸含量分別為： ２４０ｇ／Ｌ、 、 ８ｇ／Ｌ ４０ｇ／Ｌ 時(shí)， 可以獲得較大的鍍層強(qiáng)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(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明，該組配方可以獲得理想的鍍層結(jié)合強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)行正交設(shè)計(jì)， 同樣以鍍層的結(jié)合強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)， 進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化。　　　　　　　　　　　　　　
　　對(duì)鍍層結(jié)合強(qiáng)度影響最大的因素是電流密度， 這個(gè)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(shí)驗(yàn)中獲得最大鍍層結(jié)合強(qiáng)度的工藝條件為： 電流密度＝０．１０ｋＡ／ｍ２、鍍液溫度＝７０℃、ＰＨ 值＝４．０。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(shí)鍍層的結(jié)合強(qiáng)度最大， 以上面所分析的結(jié)論是一致的。
　　
　?。?結(jié) 論
　　
　　本文通過(guò)對(duì)原有電鍍基礎(chǔ)工藝的改進(jìn)， 增加了去毛刺、電化學(xué)除油、陽(yáng)極處理等工序， 試驗(yàn)表明該工藝增強(qiáng)了鍍層的結(jié)合力， 提高了電鍍質(zhì)量。
　　
　　通過(guò)對(duì)電鍍液配方及工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究得知，電鍍液成分中硫酸鎳、硫酸鈷、硼酸的含量對(duì)電鍍質(zhì)量都有影響， 可以獲得最大的鍍層結(jié)合強(qiáng)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(qiáng)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(shì)曲線呈極值性變化， 當(dāng)電流密度為 ０．１ｋＡ／ｍ２ 時(shí)鍍層與基體結(jié)合強(qiáng)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(qiáng)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。