Что такое гальваника?
Два года назад к нам пришла партия из 12 000 хромированных-ручек из АБС-пластика от европейского покупателя-автомобилестроителя. Каждая деталь не выдержала термоциклирования при температуре 80 градусов. На складе хром выглядел идеально. Проведите четыре цикла при температуре от -30 до 80 градусов, и слой никеля расслаивается, как старая краска. Нам обошлись переделки, авиаперевозки и почти счет.
Этот проект рассказал нам о гальванике больше, чем любой учебник.
Основы
Гальваника наносит металл на поверхность с помощью электрического тока. Погрузите деталь в ванну с электролитом, пропустите через нее ток, и ионы металлов из раствора восстановятся на катоде-вашей детали. Медь, никель, хром, золото, серебро-разные ванны, разные результаты.
На металлических подложках это просто. С пластиком все не так однозначно.
Пластик не проводит электричество. Прежде чем какой-либо металл сможет отложиться, поверхность нуждается в активации-серии химических шагов, которые создают проводящий затравочный слой. Пропустите шаг, поспешите с расчетом времени, используйте неправильную концентрацию, и покрытие либо не приклеится, либо выйдет из строя в полевых условиях. Неисправность европейской ручки произошла из-за недостаточной глубины травления. Бутадиеновые ямки были слишком мелкими, палладиевый катализатор не закрепился должным образом, и вся стопка с самого начала имела слабую механическую адгезию.
Зачем вообще пластинчатый пластик
Масса. Хромированная-дверная ручка из АБС-пластика весит около 85 граммов. Одна и та же деталь при литье под давлением цинка весит 400-500 грамм. Умножьте это на пятнадцать элементов отделки салона автомобиля, и вы поймете, почему каждый производитель автомобилей использует пластик с покрытием там, где это возможно.
Фактор стоимости тоже имеет значение. Инструменты для литья пластмасс под давлением амортизируются при больших объемах производства. Изделия сложной геометрии, требующие нескольких операций механической обработки металла, выходят из формы готовыми к чистовой обработке. И в отличие от металла, пластик не подвергается коррозии под покрытием, если покрытие поцарапать.
Приложения делятся на декоративные и функциональные. Сантехника для ванных комнат, лицевые панели бытовой техники, автомобильные решетки-, имеющие декоративный характер. Экранирование электромагнитных помех на электронных корпусах, изнашиваемые поверхности механических узлов, регулирование температуры на корпусах светодиодов-функционируют. Некоторым частям нужно и то, и другое.
Химия
ABS хорошо пластинируется благодаря своему составу. Материал содержит бутадиеновый каучук, диспергированный в стирольной-акрилонитриловой матрице. Травление хромовой-серной кислотой избирательно воздействует на бутадиен, оставляя на поверхности микроскопические ямки. Эти ямы обеспечивают механическое крепление слоев металла. Травление также создает полярные карбонильные группы, которые улучшают химическую связь.
Стандартная последовательность действий: щелочная очистка, травление, нейтрализация, активация палладиевым-оловянным катализатором, химическим никелем или медью, затем обычное гальваническое покрытие. На каждом этапе имеются температурные окна, диапазоны концентрации и время погружения. Производственные линии постоянно контролируют эти параметры, поскольку дрейф приводит к дефектам.
Химическое покрытие является критическим мостом. В отличие от гальваники, здесь вместо тока используются химические восстановители. Гипофосфит натрия восстанавливает ионы никеля на поверхности, катализируемой палладием-. Этот первый металлический слой-обычно толщиной от 0,3 до 0,5 микрон-обеспечивает проводимость для последующего электроосаждения.
После химического процесса традиционный пакет гальванических покрытий зависит от конечных требований. Декоративный хром обычно бывает: кислая медь для выравнивания, полу-блестящий никель, блестящий никель, микропористый хром или хром с микротрещинами. ASTM B604 определяет толщину слоя в зависимости от условий эксплуатации. Внешняя отделка автомобиля в суровом климате требует полного комплекта максимальной толщины.
Что идет не так
Большинство отказов при нанесении покрытия связано с формованной деталью, а не с линией покрытия.
Внутреннее напряжение – самое большое. Пластиковые детали охлаждаются снаружи внутрь. Если форма охлаждается, если скорость впрыска слишком высока, если расположение литника создает несбалансированный поток, ориентация молекул замерзает. Это напряжение не проявляется до тех пор, пока деталь не попадет в резервуар для травления. Напряженные области протравливаются иначе, чем расслабленные. После нанесения покрытия вы видите следящие линии, текстуру апельсиновой корки или явное расслоение во время термоциклирования.
Ручки, которые вышли из строя в Европе, были изготовлены из пресс-формы, температура которой на 15 градусов ниже спецификации, потому что регулятор температуры был неисправен. Во время производства его никто не заметил. Напряжение не становилось видимым до тех пор, пока не было нанесено покрытие и не начались термические испытания.
Дефекты поверхности усиливаются под хромом. Следы вмятин, которые были бы приемлемы на текстурированной детали, становятся очевидными на блестящем хроме. Линии сварных швов, исчезающие под матовой отделкой, выглядят как видимые швы. Газовые ожоги из-за недостаточной вентиляции оставляют тусклые пятна. Мы отбраковываем детали перед отправкой поставщику гальванических покрытий, которые мы бы приняли за другие.второстепенные операции.
Загрязнение материала убивает адгезию. Переизмельчение, смешанное с первичным ABS, изменяет распределение бутадиена. Огнезащитные добавки мешают химическому травлению. Разделительные составы на поверхности формы передаются на детали и блокируют активацию катализатора. Один клиент настоял на использовании 20% измельчения для экономии средств. После трех бракованных партий гальванического покрытия они вернулись к исходному материалу.
Дизайн для покрытия
Разброс толщины стенок не должен превышать 25%. Неровные участки остывают с разной скоростью, создавая градиенты напряжений. Линия нанесения покрытия не может компенсировать то, что заложено в процессе литья под давлением.
Радиусы имеют значение. Плотность тока концентрируется на острых краях, оставляя там избыток металла и истощая углубления. Минимум 0,5 мм радиуса по всем краям, по возможности больше. Мы видели обгоревший хром на краях радиусом всего 0,2 мм.-выглядит ужасно, каждый раз не проходит проверку.
Слепые отверстия и глубокие карманы задерживают раствор. Катализатор не активируется, электрохимическое покрытие не работает, и вы получаете пропуск покрытия именно в тех местах, которые труднее всего увидеть при проверке. Если геометрия требует слепых элементов, сориентируйте их для дренажа.
Расположение ворот влияет на размещение линии сварки. Линии сварного шва должны располагаться на невидимых-поверхностях или в областях, которые будут замаскированы во время нанесения покрытия. Перемещение литника иногда ничего не стоит в форме, но экономит всю программу нанесения покрытия.
Работа с поставщиком гальванических покрытий
Взаимоотношения между производством литья под давлением и гальваническими цехами требуют координации, которую многие программы недооценивают.
Мы пропускаем образцы деталей через гальваническую линию, прежде чем приступить к изготовлению оснастки. Образцы T1 отправляются поставщику для испытания покрытия и испытания на адгезию. Если что-то не получается, мы корректируем форму или процесс перед резкой производственной стали. Поиск проблемы на Т1 занимает несколько дней. Найти его в количестве 50 000 штук стоит программы.
Детали отправляются на покрытие в защитной упаковке, предотвращающей повреждение и загрязнение при обращении. Специальные контейнеры, перчатки для работы, контролируемое хранение. Отпечаток пальца, невидимый на литой детали, под хромом становится постоянным дефектом.
Для больших-программ мы проверяем процесс поставщика покрытия, а не только его образцы. Химический контроль резервуаров, графики технического обслуживания линий, записи обучения операторов. Когда покрытие выходит из строя при термоциклировании на предприятии клиента, удар приходится по обеим компаниям.
Материальные ограничения
Пластины ABS надежно. PC/ABS сочетает в себе пластины с модифицированным химическим составом и более строгим контролем. Кроме того, экономика и физика начинают работать против вас.
.
Стеклонаполненные-материалы не образуют пластин. Стеклянные волокна вытравливаются с поверхности, оставляя изъеденную текстуру, которую не выровняет никакое количество меди. Минеральные-наполненные соединения имеют аналогичные проблемы.
Для-высокотемпературных материалов, таких как PPS или PEEK, требуется совершенно другая химия активации-удары драгоценными металлами, специальные катализаторы, температуры процесса, которые превышают возможности стандартной линии гальванического покрытия. Некоторые приложения оправдывают свою стоимость. Большинство этого не делают.
ПВХ и хлорированные материалы во время обработки выделяют агрессивные газы, которые поражают как поверхность детали, так и оборудование для нанесения покрытия. Если вам нужна деталь из ПВХ с покрытием, заложите средства на коррозионно--стойкую облицовку резервуара и частую замену ванны.
Реальный расчет стоимости
Гальваника добавляет от 0,15 до 2 долларов за деталь в зависимости от размера, сложности и требований к толщине. Это кажется вполне осуществимым, пока в расчет не войдет процент отказов.
Хорошо управляемая-программа с надлежащим DFM, проверенным инструментом и квалифицированным партнером по гальваническому покрытию приводит к отклонению 2-5 %. Программы с ярлыками-спешным набором инструментов, некачественным материалом, непостоянными параметрами формования приводят к отклонению на 15–25 % или даже хуже. Стоимость покрытия одной детали увеличивается в два или три раза.
Мы бюджетируем программы размещения, предполагая некоторый уровень отклонения и закладываем это в ценообразование. Клиенты, которые требуют самой низкой цены за штуку, часто в конечном итоге платят больше, когда проблемы с качеством возникают на последующих этапах производства.
В этой технической записке обобщается практический опыт реализации программ ABIS Mold Technology в области автомобильной и бытовой электроники, требующих компонентов из пластика с покрытием. Наша команда инженеров рассматривает требования к гальванике во время анализа DFM и координирует свои действия с квалифицированными партнерами по гальваническому покрытию на протяжении всего производства. По вопросам, касающимся конкретных материалов или геометрии, обращайтесь в нашу группу прикладных инженеров.