《机械设备维修》-模块5学习情境2：冶金机械设备现代维修技术-1

。换句话说，电镀其实是通过电化学方法在固体表面获得金属沉积层的过程。日常生活中，到处都会看到漂亮的电镀产品，它们美观、耐用，为我们的生活增添了光彩。那么，电镀品是怎么造出来的呢？这与19世纪初电池的发明有着密切的关系。1800年，意大利物理学家伏打做了个小小的实验：他把一块锡箔放在自己的舌尖上，然后拿一枚银币去碰锡箔，舌头上顿时感到有酸麻的感觉。他又用另外两种金属与自己身体的其他部位相接触，也发现有同样的感觉。这个实验使伏打意识到不同的金属相连，可能会产生电流。。他将两排不同的金属片双双接起来，果真产生了电流。他又试着在两金属间放一些东西，发现放有潮湿的物质时电流会更大。于是他将几十块银圆和锌片交替重叠，每对金属之间插入浸渍食盐水的纸片或布条，组成了世界上第一个电池组，这就是伏打电池。在伏打发明了电池以后，英国工程师尼可尔和解剖学家卡莱尔便利用此电源对液体进行研究，发现利用此电源可将水分解。在此以后，欧洲掀起了电解实验的高潮，虽然电在溶液中流动，使溶液发生了化学变化是无可置疑的，但变化的原理还不清楚。。英国物理学家、化学家法拉第为了研究电解原理，也进行了一系列实验。他将两块铂片插在盛硫酸锌溶液的玻璃容器中，然后与伏打电池相连，结果发现阴极的铂片上覆上了一层金属锌；阳极周围的溶液显酸性。这就是最早的电镀品。电镀制品

二、电镀的基本知识1、电镀液电镀液是由主盐、络合剂、附加盐、缓冲剂、阳极活化剂、添加剂等组成。1、电镀液（1）、主盐主盐是指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐，用于提供金属离子。（2）、络合剂有些情况下，若镀液中主盐的金属离子为简单离子时，则镀层晶粒粗大，因此，要采用络合离子的镀液。获得络合离子的方法是加入络合剂，即能络合主盐的金属离子形成络合物的物质。1、电镀液（3）、附加盐附加盐是电镀中除主要盐外的某些碱金属或碱土金属盐类，主要用于提高电镀液的导电性，对主盐中的金属离子不起络合作用。有些附加盐还能改善镀液的深镀能力，分散能力，产生细致的镀层。（4）、缓冲剂缓冲剂是指用来稳定溶液酸碱度的物质。这类物质一般是由弱酸和弱酸盐或弱碱和弱碱盐组成的，能使溶液遇到碱或酸时，溶液的pH值变化幅度缩少。1、电镀液（5）、阳极活化剂镀液中能促进阳极活化的物质称阳极活化剂。阳极活化剂的作用是提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳极处于活化状态而能正常地溶解。阳极活化剂含量不足时阳极溶解不正常，主盐的含量下降较快，影响镀液的稳定。严重时，电镀不能正常进行。（6）、添加剂添加剂是指不会明显改变镀层导电性，而能显著改善镀层性能的物质。根据在镀液中所起的作用，添加剂可分为：光亮剂，整平剂，和抑雾剂等。。2、电镀反应（1）、电化学反应电镀装置示意图［P87图3-4］，被镀的零件为阴极，与直流电源的负极相连，金属阳极与直流电源的正极联结，阳极与阴均浸入镀液中。当在阴阳两极间施加一定电位时，则在阴极发生如下反应：从镀液内部扩散到电极和镀液界面的金属离子Mn+从阴极上获得n个电子，还原成金属M。即：Mn+＋ne→M（还原反应）。另一方面，在阳极则发生与阴极完全相反的反应，即阳极接口上发生金属M的溶解，释放n个电子生成金属离子Mn+。即：M－ne→Mn+（氧化反应）上述电极反应是电镀反应中最基本的反应。由于电子直接参加化学反应，成为电化学反应。附：原电池示意图和相关说明

。2、电镀反应（2）、法拉第定律法拉第是一位伟大的实验科学家，在1833年，法拉第实验用金属铂和铜做电极，对氯化铜水溶液进行电解。这次，他对两极上发生的化学反应进行了定量研究。他用不同强度的电流通入氯化铜溶液，然后测量所生成的氯气和铜的量。发现在电解过程中，电极上析出的铜的质量和电解槽中通入电流的量成正比。并还发现：96494库仑的电量，恰恰是1摩尔电子的总电量。随后通过进一步的大量试验，证实了法拉第发现的2条电解规律。。2、电镀反应这样，通过测定电解槽的电流强度和时间，即可算出电解中消耗电量的库仑数；知道电量的法拉第数，就可求出电解析出物质的质量。这个定律称之为“法拉第电解定律”。应用这一定律可以进行物质的定量分析。法拉第电解第一定律：

m＝KQ＝KIt法拉第电解第二定律：。2、电镀反应（3）、电流效率电镀时，阴极上实际析出的物质的质量并不等于根据法拉定律得到的计算结果，实际值总小于计算值，这是由于电极上的反应不只一个，例如镀镍时，在阴极上除发生这一主反应外，还会发生副反应。（4）、电镀液的分散能力镀溶液的分散能力是指电镀液所具有的使金属层厚度均匀分布的能力，也称均镀能力。电镀液的分散能力越好，在不同阴极部位所沉积出的金属层厚度越均匀。。2、电镀反应（5）、电镀液的覆盖能力在电镀生产中，常用到的另一个概念是覆盖能力，亦称深镀能力，它是指电镀液所具有的使镀件的深凹处沉积上金属镀层的能力。分散能力和覆盖能力不同，前者是说明金属在阴极表面分布均匀程度的问题，它的前提是在阴极表面都有镀层﹔而后者是指金属在阴极表面的深凹处有无沉积层的问题。。3、金属的电积过程电镀过程是镀液中的金属离子在外电场的作用下，经电极反应还原成金属原子并在阴极上进行金属沉积的过程。完成电沉积过程必须经过以下三个步骤﹕（1）液相传质（2）电化学反应（3）电结晶电镀时，以上三个步骤是同时进行的，但进行的速度不同，速度最慢的一个被称为整个沉积过程的控制性环节。不同步骤作为控制性环节，最后的电沉积结果是不一样的。图：电沉积过程示意图

三、电镀工艺电镀工艺过程一般包括电镀前预处理，电镀及镀后处理三个阶段。具体来讲其基本工艺包括：除锈(磨光→抛光)

上挂

脱脂除油上挂

（电解抛光或化学抛光）酸洗活化（预镀）电镀水洗（后处理）水洗干燥下挂检验包装电镀示意图四、电镀的分类1、按镀层组成分单金属电镀合金电镀复合电沉积二元合金电镀三元合金电镀多元合金电镀2、按获取镀层方式分常规电镀（如挂镀、滚镀等）电刷镀脉冲电镀电铸化学镀，又称自催化镀真空镀，如真空蒸镀、溅射镀和离子镀四、电镀的分类3、按照使用目的来分类防护－装饰类镀层功能性镀层耐磨和减磨镀层抗高温氧化镀层导电性镀层热处理用镀层磁性镀层修复性镀层可焊性镀层其他功能镀层五、常用镀种简况金属镀层的种类很多，在设备维修中常用的有镀铬（ge，4声）、镀镍、镀铁、镀铜及其合金等。1、镀铬（1）防护－装饰性镀铬（俗称装饰铬）（2）硬铬（耐磨铬、工业镀铬）（3）乳白铬镀层

（4）松孔镀铬（5）黑铬

2、镀镍3、镀铁镀铁修复轴实例镀铁与硬铬性能对比4、镀铜5、镀锌6、电镀合金7、复合电镀电镀合金气缸摩托车气缸引擎六、电刷镀电刷镀又叫选择电镀、无槽镀、快速镀、涂镀、笔镀、擦镀等，其起源于1899年法国人采用的棉团电镀法，作为专门技术大约成型于二十世纪四十年代的欧洲。至50年代，已在欧洲和北美取得大量的工业应用。我国最早的工业应用也出现于50年代，当时称之为涂镀，大规模的推广和应用则始于80年代，目前已广泛应用于工业及民用的许多领域，并取得了巨大的经济效益和社会效益，特别是机械不解体修复和现场修复的特点是其能够解决以往手段无法解决的难题。图：现场电刷镀修补。1、电刷镀的原理与特点（1）设备简单，携带方便，不需要大的渡槽设备。（2）工艺简单，操作方便，凡镀笔能触及到的地方均可电镀，特别适用于不解体机件的现场维修和野外抢修。（3）镀层种类多，与基体材料的结合力强，力学性能好，能保证满足各种维修性能的要求。（4）沉积速度快，生产效率高，，最快时可达0.05mm/min，但必须采用高电流密度进行操作。。1、电刷镀的原理与特点（5）环境污染小，刷镀溶液中不含氰化物和剧毒药。同时溶液的使用量少并可循环使用，产生的废液很少，溶液稳定，操作安全，无闪点，储运过程中属非危险品（6）维修质量高。水溶液操作，不会引起被修复工件的变形和金相组织的变化，设备上采用专门的厚度控制装置，误差小于+10%，镀层通常不需再机械加工。但电刷镀也存在劳动强度大，消耗阳极包缠材料等缺点。。2、刷镀设备电刷镀设备由专用直流电源、镀笔及供液、集液装置组成。（1）专用直流电源（2）镀笔（3）供液、集液装置镀笔结构图

阳极形状图

。3、刷镀溶液（1）预处理溶液：包括用于清洗工件表面油污的电净液和用于去除金属表面氧化膜和疲劳层，使基体金属晶格显露出来的活化液。（2）电镀液：根据镀层的成分，金属电镀溶液分为单金属电镀液和合金电镀液。（3）钝化液：用于在铝、锌、镉等金属表面生成能提高表面耐蚀性的钝态氧化膜的溶液。（4）退镀液：用于退除镀件表面不合格镀层、多余镀层的溶液。。4、电刷镀工艺过程电刷镀工艺过程主要包括镀前预处理、刷镀层的选择和设计、镀件刷镀和镀后处理等。（1）镀前预处理镀件镀前预处理是电刷镀顺利进行和获得成功的必要条件。它包括镀件表面修整、表面清理、表面的电净处理和火花处理。（2）刷镀层的选择和设计1）、刷镀预镀层预镀层也叫过渡层、打底层或结合层、隔离层。2）、刷镀工作镀层工作镀层就是零件表面的镀层。常用的工作镀层有镍、铁、铁合金、镍钨合金、铜等。。4、电刷镀工艺过程3）镀层设计在设计镀层时，要注意控制同一种镀层一次连续刷镀的厚度，避免同种镀层厚度过大可能产生的裂纹或剥离。（3）镀件刷镀镀件刷镀表面预处理后，应及时进行刷镀。根据镀层设计要求，首先，刷镀过渡层，把残存的镀液冲洗干净后，在选用工作层镀液，按工艺规范刷镀至所需厚度。（4）镀后处理刷镀完毕后及时进行镀后处理。先清洗干净镀件表面，并干燥（zao，4声），检查镀层外观，测量镀层厚度。若镀件无需再加工，则需采取必要的保护办法，如抛光、涂油等。七、化学镀化学镀在表面处理技术中占有重要的地位，其指没有外电流通过，利用还原剂将溶液中金属离子化学还原在呈催化活性的机件表面，使之形成金属镀层的工艺过程，也叫无电解电镀。机械维修中以镀化学镍最为实用。化学镀最大特点是镀液的分散力强，凡接触镀液部位均有厚度基本相等的金属镀层镀上，而且镀层外观好、致密、耐腐蚀。目前，化学镀镍、铜、银、金、钴、钯、铂、锡以及化学镀合金和化学复合镀层，在工业生产中已被采用。化学浸镀（简称化学镀）技术的原理是：化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。化学镀常用溶液：化学镀银、镀镍、镀铜、镀钴、镀镍磷液、镀镍磷硼液等。可用下式表示：

Mn+＋ne→M1、原理化学镀生产设备

2、化学镀特点（1）工艺简单，适应范围广，不需要电源，不需要制作阳极，只要一般操作人员均可操作。（2）化学镀可用于各种基体，可在金属、非金属、半导体等各种不同基材上镀覆。（3）成品率高，成本低。不存在电力线分布不均匀的影响，对几何形状复杂的镀件，也能获得厚度均匀的镀层；2、化学镀特点（4）对于能自动催化的化学镀而言，可以获得任意厚度的镀层，甚至可以电铸。（5）