电刷镀修复技术 毕业论文 打印稿.doc

河北工业职业技术学院毕业论文目录一、引言1二、电刷镀技术基本原理1(一)基本原理1（二）电刷过程2三、电刷镀设备2（一）电刷镀电源3（二）镀笔3四、电刷镀溶液4（一）刷镀液分类4（二）刷镀液选择5（三）刷镀液特点8五、电刷镀工艺8（一）工艺过程8（二）工艺特点10六、电刷镀技术应用10参考文献11 电刷镀修复技术机电一体化专业一班 张瑞星 57号摘要：电刷镀技术是表面修复和表面强化的新技术，用电解方法在工件表面获取镀层的过程，是电镀的一种特殊方式，根据工艺要求可简便快捷地修复磨损腐蚀的机械零件，达到耐磨、耐蚀，改善钎焊性，增加导电性。在电器触点、互感器导电体上电刷镀银、镍、锡等应用非常方便。本文主要从电刷镀的基本原理、工艺过程、特点以及应用方面进行阐述。关键词：电刷镀，零件表面修复ii一、引言电刷镀用来修复金属零件的一种工艺，使之获得强化、提高工件表面性能，取得工件的装饰性外观、耐腐蚀、抗磨损和特殊光、电、磁、热性能；也可以改变工件尺寸，改善机械配合，修复因超差或因磨损而报废的工件等，因而在工业上有广泛的应用。 电刷镀技术是电镀技术中的一个重要分支，除了有上述的共同作用外，它更偏重于工件的修复应用和中小批量工件的功能性表面强化。因此在实践上更要求现场或在线施镀，在保证镀层品质的基础上，更强调镀层的快速高效沉积。刷镀的基本过程是用裹有包套浸渍特种镀液的镀笔（阳极）贴合在工件（阴极）的被镀部位并做相对运动形成镀层，刷镀电源串接于两级之间。为了稳定地向工件表面液层提供足够的被镀金属离子，高浓度的刷镀液直接泵送或自然回流阴阳极之间。二、电刷镀技术基本原理(一)基本原理电刷镀基本原理如图1所示。电刷镀采用一专用的直流电源设备，电源的正极接刷镀笔，作为电刷镀的阳极，将电源的负极接表面处理好的工件，作为电刷镀的阴极。阳极包套包裹着有机吸水材料（如脱脂棉或涤纶、棉套或人造毛套等）以储存镀液，并防止与工件直接接触产生电弧，同时延长镀笔的连续工作时间。刷镀时，包裹的阳极与工件欲刷镀表面接触并做相对运动，含有需镀金属离子的电刷镀专用镀液供应至阳极和工件表面处，在电场力的作用下，镀液中的金属离子向工件表面作定向迁移，在工件表面获得电子还原成原子成为镀层在工件表面沉积。镀液中的金属离子在工件表面与阳极接触的各点上发生放电结晶。随着时间的延长，镀层厚度增加，镀层的厚度由专用的刷镀电源控制，镀层的种类由刷镀液品种决定。图 1 电刷镀原理图（二）电刷过程电刷过程中发生的电结晶是由下列步骤组成的：被镀金属离子或它们的络离子向阴极表面或附近迁移金属离子或其络离子在阴极表面或附近液层中发生络离子配位体变化或配位数降低金属离子在阴极上放电，变为中性质总（分子或原子）原子在晶格中分配排列，即晶核的生成长大。金属离子在阴极表面放电变为中性质点后，并不直接进入晶格，而是沿着晶体表面进行着不规则的运动。在运动过程中可能遇到许多相同的质点，这些质点便聚集形成晶核沉积在阴极表面。当质点聚集尺寸小于某一临界值时，将是不稳定的，会自己分解恢复原来的状态；当质点聚集尺寸大于第一临界值时，则晶核就可继续长大成为晶粒。随着刷镀过程的持续进行，新的晶核不断产生并长大成为晶粒。各晶粒相互连接长成一片，便形成了镀层。晶粒的长大则是通过金属离子在晶体的顶角和棱角入放电，进入晶格来进行的。由上述电刷镀基本原理可知电刷镀需要直流电源，并在一定的电压下才能获得所需要的金属镀层。它需要电镀液，并且电镀液不是放在电镀槽中，而且是浸满包裹石墨阳极的棉花、涤棉布中。由于使用不溶性阳极，金属离子是以更新镀液来得到补充。由于电流密度远大于有槽电镀的电流密度，工件和阳极之间需要不间断的相对运动。三、电刷镀设备从电刷镀的工作原理图我们可以看到：电刷镀设备由直流电源、镀笔及供液、集液装置组成。（一）电刷镀电源电刷镀的专用直流电源有它的独特性，由整流电路和电压调节装置，过载保护电路，正、负转换装置及安培小时计电路等组成。电刷镀电源专为电刷镀工艺制造，不同型号的电源适用于不同的工作电流，专用电源为电刷镀主要设备，采用无级调节电压的直流电源，常用电压范围为0-50V。可以适应大、中、小型零部件进行电刷镀的需要。这些电源主电路的结构形式很多。如有的把单相或三相交流电经调压、降压后，由硅整流器作全波或桥式整流，输出直流脉动电压有的为了减小电源设备体积和重量，而制成便于携带的可控硅整流电源的，还有的为了改善镀层质量和适应厚沉积层需要，而采用新型脉冲电路的。如图2所示图 2电刷镀电源电刷镀工艺对电源的要求电源应具有直流输出的功能，且具有平直或缓降的外特性，即要求负载电流在较大范围内变化时，电压的变化很小。 供给的直流电压应能从零到额定值之间进行无级调节，以满足各道工序和不同溶液的需要。常用电压为0-30V，最高不超过60V。 有可靠而迅速的短路和过载保护，以保护设备、零件不被损坏和操作者的安全。 电刷镀电源应具有相当精度的镀层厚度控制系统，以显示或控制镀层的厚度。 电刷镀电源应具备方便、可靠的极性转变装置，以满足各工序的需要。 电刷镀电源应体积小、重量小、安全可靠。 （二）镀笔镀笔是电刷镀的主要工具，是由手柄和阳极组成。阳极是镀笔的工作部分，石墨和铂合金是理想的不溶性阳极材料，但石墨应用最多，只在阳极尺寸极小无法用石墨时才用铂铱合金。在石墨阳极上包扎脱脂棉包套，其作用是储存电镀液，防止两极接触产生电弧烧伤零件表面和防止阳极石墨粒子脱落污染电镀液。石墨阳极的形状依被镀零件表面形状而定。阳极材料。刷镀阳极材料要求具有良好的导电性，能持续通过高的电流密度，不污染镀液，易于加工等。通常使用高纯石墨、铂-铱合金及不锈钢等不溶性阳极。 阳极形状。根据被镀零件的表面形状，阳极可以加工成不同形状，如圆柱、圆棒、月牙、长方、半圆、细棒和扁条等，其表面积通常为被镀面的三分之一。 图 3 点刷镀笔集液装置：保护电解液的连续性，不致引起离子浓度的太大变化，以使电沉积能正常进行。滴淌下来的溶液用一个惧订盆收集便于循环。四、电刷镀溶液（一）刷镀液分类镀液是刷液技术中必不可少的物质条件。镀液质量的好坏，直接影响着镀层的性能。随着刷镀技术的广泛应用，对镀液种类的要求也越来越广。目前，国内研制成功的镀液分为表面预处理溶液、单金属与合金溶液、退镀液和钝化液五大类，共十八个系列，一百多个品种，已基本上达到了镀液系列化的要求。电刷镀溶液刷镀溶液与槽镀溶液相比有明显的特点：大多数金属镀液都是有机螯合物的水溶液，除了极小部分有特殊要求的镀液（Au、Ag）外，其余的镀液都不含有氰化物；镀液中金属离子含量高，沉积速度快；大多数溶液的PH值在4-10之间，腐蚀性小；有些镀液的酸性和碱性较强，酸性镀液一般比碱性镀液的沉积速度快，但绝大多数酸性溶液不宜直接在组织疏松的材料上起镀；碱性镀液和中性镀液比酸性镀液的沉积速度慢些，但是它们的刷镀工艺性能和镀层的机械性能是比较好的；刷镀液的分散能力和覆盖能力较好，根据获得镀层的化学成分，刷镀液可分为三类：单金属、合金、复合等镀液。钝化液和退镀液和槽镀工艺一样，在电刷镀工艺中有一引起工件在镀后（Zn、Cd等）需要用铬酸、铬酸盐等一类溶液进行化学或电化学处理，使其表面生成一层化学稳定性较高的钝化膜，以提高它们的抗蚀能力。这一工艺过程称为钝化处理。不仅可以大大提高镀件的寿命，而且还使镀件表面光亮、美观并可提高其修饰效果。而退镀液是用来退除镀件表面不合格镀层的溶液。近年来，电刷镀技术作为机械维修的新技术，已被各行业广泛采用。然而，随着推广应用面的扩大，常用于被修工件材质的变化、操作者技术水平的高低及其它原因，在修复中会出现由于局部镀层脱落而不符合要求的现象，也有需要除去原有镀层（包括槽镀层）才能进行刷镀的情况，这就需有一个去除原有不合要求镀层的简便方法。但是电刷镀中不少金属种类的镀层具有高硬度和高耐磨性，如果采用通常的车、磨、铣等机械加工来去除这类镀层是有困难的。那么在电刷镀技术中具备有常用金属的退镀溶液，它只需在反向电流（工件作阳极）作用下（Cu除外）很容易地将不需要的镀层去除，并且不少退镀溶液在去除表面镀层时不损伤基体材质，给电刷镀操作带来很大的方便。（二）刷镀液选择目前，国内有刷镀溶液上百种。每一种镀液都有其自身的特点和一定的使用范围。电刷镀时，合理地选用镀液是获得优质镀层的关键，下面我们讨论选择镀液时所尖遵循的一般原则。从提高结合强度方面选择打底层镀液对所有的刷镀层来说，人们都希望能与基体金属结合得非常牢固。打底层是镀层与基体金属结合的前沿，所以正确选择打底层镀液和正确运用打底层对整个镀层质量有至关重要的影响。对于不同的基材，其性质、结构特点等均有所不同，应根据不同的基体材料，选择不同的镀液。例如：酸性镀液不宜直接镀在组织疏松的铸铁、铸钢等基体金属上，否则因残留酸液渗入而对基体腐蚀或造成使用过程中镀层剥落；高速酸铜不应直接镀在钢铁基体表面，否则在酸笥条件下将发生置换反应：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4；此时将使铜产生部分化学沉积而不完全是电沉积铜，致使镀层结合强度降低，锌、锡等金属表面不能用酸性镀液直接起镀，否则将造成基体严重腐蚀。为了解决这些总是，在零件表面活化处理后，应选择一种合适的镀液先镀上一层金属体为打底层。低碳钢、普通低碳合金钢、中碳钢、中碳合金钢、不锈钢、高合金钢、某些淬火铜及特殊钢等基本材料，刷镀工作层之前，应该选取用特殊镍溶液镀积厚约25mm的底层，然后根据需要再镀其它金属层至所需厚度。对组织比较疏松的材料，如铸铁，易被酸笥溶液腐蚀并且表面微孔中易残留酸液，形成厚电池，从而破坏镀层与基体的结合。为防止这种现象，应当用中性或稍碱性的溶液起镀，一般选用中性镍、快速镍或碱铜。半光亮中笥铁作为打底层用于铸铁、铸钢工件更为适宜，此镀液镀出的镀层与基体金属材质相似，结晶细密，光亮平整，与基体能很好地结合，形成固溶体，结合强度高。从快速恢复尺寸方面选择镀液修复机械零部件，恢复的 损或加工超差而造成的尺寸不足，电刷镜是常用的方法。最常用的修复材料是高速酸铜、碱铜、高堆积碱铜、快速钢、特快铜高堆积酸镍、轴镍、半光亮钴、机械钴、镍钴合金等镀液。这些单金属及合金镀液均具有镀沉积速度快的特点。但是，随着镀出镀层厚度的增加，镀层的内应力也相应增大，裂纹增多，结合强度和镀层本身的抗拉强度下降，镀层过厚时甚至会剥落或自然脱落。各种镀液都各有其镀积的安全厚度，在实际应用中，每种镀层的厚度往往要受到此参数的限制。这些参数在刷镀工艺手册中都可查到。各种镀液的使用安全厚度不尽相同，工件待修的尺寸也往往厚薄情况不一样。这样就必须根据需要镀尺寸层的厚薄程度选用不同的镀积方法。简单镀积法指一种镀液经一镒连续刷镀操作即可达到恢复尺寸的镀积，对于 损或加工超差尺寸较小（为0.1mm左右）时，可采用此法。单一镀液打 镀积法当工件 员或加工超差尺寸较大（0.2mm），刷镀尺寸层至一个安全厚度仍达不到填补的要求，这种情况在电刷镀修理作业中是经常会遇到的。这时就可采用这种方法进行镀积：因为对于一种镀液，当被刷镀至一个安全厚度后，镀层将出现结晶粗糙、沉速大大减慢的现象。这时刷镀操作不应继续下去，否则只会浪费时间和镀液。这时应及时停下，用水冲洗，并用砂皮打 修整，将其表面上粗糙而疏松的晶层磨掉，然后重新电净和活化处理，再用这种镀液进行刷镀。也就是刷镀打磨刷镀打磨一直到所需尺寸。全相组织分析结果表明：由于镀积的尺寸层，经打磨这后再刷镀，尽管采用了同一种镀液，但其沉积层是按新的晶核重新进行排列与沉积，而不是在原先镀层的晶胞上继续生长，因而使其整个镀层结构紧密与牢固。多种镀液类心镀积法采用夹心层（也称复合层）的镀层结构，以两种或两种以上的镀液交替沉积来镀覆尺寸层，也是常用的方法之一。这种方法有两种途径：打磨夹心镀积：充分利用各种镀液的安全厚度，即将其一直刷镀至安全厚度，然后用水冲洗，并用砂皮打磨修整，将其表面粗糙的晶体磨掉，再重新电净与活化处理后，选用合适的镀液刷镀夹心层0.01-0.05mm，按此步骤进行一次或多次夹心处理，直到镀积到尺寸要求。不打磨或1/3安全厚度夹心镀积法：较大的尺寸（0.2mm）作不打磨夹心修复，主要是合理地采用了1/3的安全厚度这一技巧，即工件经打底并水洗后，刷镀第一层尺寸层至1/3安全厚度，然后水冲干净，立即换另一种镀液刷镀夹心层（0.01-0.05mm），按此作法进行几次夹心恢复尺寸。从提高镀层硬度和耐磨性方面选择镀液镀层硬度和耐磨性有密切的联系，一般地说，硬度高，耐磨性能好。使用Co、Cr、Co-W合金、Ni-W和Ni都有较高的硬度，其中Ni-W和Co-W镀层硬度相当高，可达一HB，适用于硬度和耐磨性要求很高的场合，Sn和巴氏合金镀层适用于修复滑动轴承表面。In和Ag金属层的减摩性能很好，具有低磨擦、自抛光和不粘着的特点。从提高防腐蚀能力方面选择镀液用作防腐蚀的金属镀层可分为两类，即阴极性镀层和阳极性镀层。阴极性镀层金属的电极电位比基体金属电极电位正，它是用完整的覆盖层机械地保护基体金属不受腐蚀。这是镀层材料有Ni、Cr、Au、Ag、Rh等。阳极性底层的电极电位比基体金属负，它是通过牺牲镀层本身来保护基体金属不受腐蚀，常用材料有Zn、Cd等。从表面要求减摩选择镀液在要求低磨擦因数的场合，一般选有0.01mm厚的镀层就可以满足要求。习惯上，也总是把铬、巴氏合金等材料用于低摩擦轴承的配合表面。目前，已将一些软金属镀层用于运动的轴承表面；这些软金属层常比硬金属镀层（G）更具有耐磨性和防粘着性，如在低磨擦的轴承配合面上刷镀Sn合金或Zn-Sn合金层是非常有效的。从镀层要求低应力方面选择镀液低应力镍是为沉积厚镀层而专门研制的，当镀液预热到50时进行刷镀，所得镀层比其它Ni镀层具有较低的应力，该种镀层在作夹心层时，能改变整个度层的应力分布状态。另外，碱铜镀层应力也较低度。从镀层要求抗高温氧化方面选择镀液高温镍专门用于在高温下工作的零件，镀层在650下仍保持较高的硬度和结合强度，NiW-D合金也是一种抗高温氧化的好材料。（三）刷镀液特点电刷镀溶液大多数是金属有机络合物的水溶液，络合物一般在水中溶解度大，刷镀液中金属离子含量通常比槽镀高几倍到几十倍。刷镀液性能稳定，在较宽的电流密度和温度范围内使用，不必调整调整刷镀液组成及操作参数。不同的刷镀液有不同的颜色，其透明清晰，没有浑浊或沉淀现象，便于鉴别。刷镀液不易燃，不易爆，无毒性，腐蚀性小，因而安全可靠，便于运输和储存。根据工艺的要求，在金属镀液中可以加入不同的添加剂，以起到细化晶粒、减少内应力、提高浸润性的作用。五、电刷镀工艺（一）工艺过程电刷镀工艺过程包括：工件表面准备阶段、电刷镀阶段和镀后处理。工件表面准备阶段又包括镀前准备、电净处理、活化处理;电刷镀阶段包括镀底层和刷镀工作层。镀前准备对工件表面进行预加工，除油、去锈、去除飞边毛刺和疲劳层。预制键槽和油孔的赛堵。获得正确的几何形状和较低的表面粗糙度。对深的划伤和腐蚀斑坑，要用锉刀、磨条、油石等修整露出基体金属。电净处理电净处理是指采用电解方法对工件欲镀表面及邻近部位进行精除油。通电使电净液成分离解，形成气泡，撕破工件表面油膜，达到去油的目的。电净时，镀件一般接电源负极，但对疲劳强度要求甚严的工件，如非铁金属和易脆的超高强度钢，则应接电源正极，旨在减少卿脆。电净时的工作电压和时间应根据镀件的材质而定。电净后，用清水将工件冲洗干净，彻底除去残留的电净液和其他污物。电净的标准是水膜均摊。活化处理活化处理实质是去除工件表面的氧化膜、钝化膜或析出的碳元素微粒黑膜，使工件表面露出纯净的金属层，为提高镀层和基体之间的结合强度创造条件。活化时，工件必须接于电源正极，用刷镀笔蘸活化液反复在刷铁表面刷抹。低碳钢处理后，表面应呈均匀银灰色，无花斑。中碳钢和高碳钢的活化过程是，先用2号活化液活化至表面呈灰黑色，再用3号活化液活化至表面呈均匀银灰色。活化后，工件表面用清水彻底冲洗干净。镀底层在刷镀工作层之前，首先刷镀很薄一层特殊镍、碱铜或低氢脆性镉做底层，其作用主要是提高镀层与基体的结合强度及稳定性。碱铜适用于改善可焊性或需防渗碳、防渗氮以及需要良好电气性能的工件，碱铜底层的厚度限于0.01-0.05mm；低氢脆性镉做底层，适用于对氢特别敏感的超高层与基体的结合强度，又可避免渗氢变脆的危险；其余一般采用特殊镍做过渡层，为了节约成本，通常只需刷镀2m即可。刷镀工件层根据情况选择工件层并刷镀到所需厚度。由于单一金属的镀层随厚度的增加内应力也增大，结晶变扭，强度降低，过厚时将引起裂纹或自然脱落，一般单一镀层不能超过0.03-0.05mm安全厚度，快速镍和高速钢不能超过0.3-0.5安全厚度。如果待镀工件的磨损较大，则需先电刷镀尺寸镀层来增加尺寸，甚至用不同镀层交替叠加，最后才镀一层满足工件表面要求的工件镀层。镀后处理刷镀后彻底清洗工件表面的残留镀液并擦干，检查质量和尺寸，需要时送机械加工。若镀件不再加工，应采取必要的保护措施，如涂油等。剩余镀液过滤后分别存放，阳极、包套拆下清洗、晾干、