【精品文档】动力机械制造与维修

1(维修第七章)2第七章电镀工艺ElectroplateTechnology§７-１概述1电镀的特点电镀一般在100℃以下，不会破坏零件的原来的热处理状态，不会使零件产生热应力和变形等；镀层与零件基体结合强度高；镀层质量和厚度比较容易控制；电镀可改善零件表面物理机械性能，如耐磨性，抗腐蚀性，光亮，硬度等；增大零件的几何尺寸（恢复配合性质）；设备复杂、成本高、生产力较低；对工人技术条件要求高，污染大，对人体有一定的害处等。32电镀基本原理阴极—被镀零件。阳极—通常为被镀金属。镀槽—不溶解的金属或非金属。如铅、铅锑合金、塑料等。4.电解液—通常为被镀金属离子的盐溶液。3金属镀层的分类耐磨镀层：借镀层的硬度以增加抗磨损能力。如镀硬铬，松孔镀铬、镀铁等。修复性镀层：恢复磨损零件的原始尺寸，如镀铬，镀铁等。图电解原理示意图4§７-２镀铬（Chromium―plating）1镀铬的简单原理1.电极及电解液1)阴极—被镀零件。2)阳极—铅锑合金。3)镀槽—铅锑合金或塑料（聚氯乙烯）。4)电解液—ＣrO3+H2SO4+H2OＣrO3+H2O→H2CrO42H2CrO4=H2CrO7+H2O2.电化学反应1)阴极：Cr6++6e→Cr↓Cr6++3e→Cr3+Cr3++e→Cr2+Cr2++2e→Cr↓2H++2e→H2↑2)阳极：Cr3+―3e→Cr6+4OH―-4e→2H2O+O2↑52镀铬的特点、铬镀层的性质及其应用1.特点：1)镀铬电解液的主要成分不是金属铬盐，而是铬酸。因此，电流效率极低，η＝８-16%。2)镀铬所用的阳极不是金属铬，而是不溶解的铅或铅-锑合金。3)镀铬电流密度高。镀铬电流密度Dk=35-70A/cm2,而镀铁电流密度Dk=20-30A/cm2,酸性镀铜电流密度Dk=2-4A/cm2，碱性镀铜电流密度Dk=0.5－0.75A/cm2。4)镀铬过程的槽电压较高,V=12V，一般只需V=6V。5)镀铬电解液分散能力极低，对形状较复杂的零件，必须采用象形阳极。6２.镀铬层的性质：1)镀铬层硬度高，维氏硬度可达Ｈv600-1400左右,相当于洛氏HRC55－70以上。2)耐磨性好。∵铬镀层硬度高，摩擦系数小，耐热及耐腐蚀性能好。∴耐磨性好。可提高零件使用寿命3倍以上。摩擦系数μ：钢-钢μ=0.2铬-巴氏合金μ=0.085铬-铸铁μ=0.06-0.08铸铁-铸铁μ=0.09-0.10铬-铬μ=0.123)亲油性差。73.镀铬在修造船中的应用：1)防护-装饰性镀铬一用铜锡合金作底层+Cr。2)耐磨镀铬(1)镀硬铬：是硬度高而又耐磨的光泽铬镀层。用于润滑条件好、负荷不大的零件。如曲轴轴颈。(1)松孔镀铬：松孔镀铬是耐磨镀铬的特殊形式，它的表面经过松孔处理而形成许多网状或点状的沟纹。沟纹便于贮油。用于润滑条件差、负荷大的零件。如缸套、活塞环、活塞销、十字头销等。83镀铬电解液的配制1.镀铬电解液的成分CrO3+H2SO4+H2O2.硫酸和三价铬离子的含量一般CrO3:H2SO4=100:1,Cr3＋的含量控制在３~７ｇ/l3.镀铬电解液的种类1)低浓度：CrO3150gH2SO41.5g/l2)中等浓度：CrO3250g/lH2SO42.5g/l3)高浓度：CrO3350g/lH2SO43.5g/l低浓度电鲜液：分散能力↑，电流效率较高，镀层硬度高，主要用于耐磨镀铬。高浓度电鲜液：分散能力↓，电流效率较低↓，工作稳定性好，覆盖能力↑，用于装饰镀铬。中等浓度电鲜液：性能介于两者之间，用于耐磨镀铬和装饰镀铬。称为万能电液。在船机修造中广泛应用。94镀铬工艺镀铬工艺过程可分为镀前准备、镀铬和镀后加工三个阶段。1.镀前准备工作1)镀前的机械加工目的是使镀件表面具有正确的几何形状，粗糙度Ra3.2以上，对镀后不再进行加工的零件，要求粗糙度低于原图纸的粗糙度1-2级。表面不得有砂眼、裂纹、夹渣等缺陷。一般采用磨削及抛光。2)清洗除油用有机溶剂-汽油、丙酮洗清除油后，再用四氯化碳，碳酸钙粉末脱脂。3)绝缘与封孔浸入电解液的不镀部分和挂具应用绝缘材料包扎起来。如用聚氯乙烯薄膜等;油孔、键槽用铅块堵住、敲平。104)装挂具并配阳极(1)挂具要有足够的导电面积，与零件有良好的接触面积，以便足够的电流通过。Dk达50A/dm2。(2)阳极的形状与被镀零件相似（象形阳极），阳极与阴极之间的距离一般为25-50mm。图气缸套镀铬挂具图1-气缸套极心铜管；2-绝缘物；3-撑铁；4-铁板；5-气缸套；6-铅锑合金阳极；7-定位器；8-绝缘物115)入槽前酸洗除油入槽前除油是保证镀铬质量的关键。零件镀铬的缺陷多半是由于这道工序未做好。一般用H2SO4或HCl溶液洗刷，清除氧化膜。用水冲洗，再用40-60℃的Na2CO3饱和溶液去除残留酸液。6)预热及阳极浸蚀1)预热：零件入槽后，先预热5~15min。2)阳极浸蚀：阳极浸蚀的目的是使零件表面进一步裸露金属组织。所谓阳极浸蚀即是零件接阳极，铅板接阴极进行反镀，电流密度约为正镀的一半。(1)钢件浸蚀时间为0.5-1min。(2)铸铁零件浸蚀时间为5-10s（或不浸蚀）。(3)不锈钢、高合金钢零件浸蚀时间为2min。阳极浸蚀后立即反镀，一般先采用75A/dm2的大电流冲击60-90s后，恢复正常电流密度。122.镀铬1)镀铬的电解规范:指电解液的成分、浓度、温度和电流密度等。铬镀层的性质与电解液的电解规范有密切的关系。右图为在中等浓度电解液中，在电解液成分不变时，改变电解液的温度t和电流密度Ｄk可得三种不同的铬镀层。图7-3中等浓度电解液中获得各种铬镀层的区域范围Ⅰ-光泽铬（硬铬）；Ⅱ-乳白铬；Ⅲ-灰暗铬t/℃Ｄk13(1)乳白铬（Ⅱ区）：温度高t=65℃以上，电流密度Ｄk范围广。乳白铬层硬度低HV=500-600，韧性好、裂纹少、装饰铬。(2)光泽铬（Ⅰ区）：温度高t=40-65℃，电流密度Ｄk范围广。光泽铬层硬度低HV=900，与基体结合强度高、裂纹较少、光亮、耐磨镀铬。(3)灰暗铬（Ⅲ区）：t=35-40℃，Ｄk任意，硬度高，HV=1200，脆性大、裂纹多，镀量具、刃具。当Ｄk很低，约为4-5A/dm2时，不沉积铬。在镀铬过程中，对电解规范必须严格控制，特别是温度，不得超过±1-2℃，否则不能得到良好的铬镀层。142)镀硬铬的电解规范硬铬是指硬度高而又耐磨的光泽铬镀层，Ⅰ区内镀出的铬层。CrO3：230-250g/lH2SO4：2.3-2.5g/lDk：35-50A/dm2T:55-63℃3)松孔镀铬的电解规范松孔镀铬是它的表面经过松孔处理而形成许多点状或网状的沟纹，可储存润滑油。松孔镀铬层的耐磨性好坏取决于网纹的密度、宽度和深度。宽度、深度太小，分布稀，则达不到改善润滑条件的目的，太密、太宽，承压面积小，导热性差，工作条件恶劣。一般宽度不小于0.06mm，深度为0.04－0.09mm,孔隙率为25－35%。所谓孔隙率是指以镀络层表面网纹或点状孔隙所占的面积与镀络层总面积之比来表示。15松孔镀铬的电解规范：电解液的浓度：中等浓度或低浓度CrO3与H2SO4配比:100:0.85－0.9或100:1电解液的温度t:气缸套为61－63℃活塞环为58－60℃电流密度Ｄk:气缸套为30－50A/dm2活塞环为40-70A/dm2图松孔铬镀层a)大沟纹网铬层；b)中等沟纹网铬层c)小沟纹网铬层164）松孔镀铬层的形成方法(1)机械松孔：用专用工具在镀前将零件表面滚压或铣削出许多有规则的凹坑或小孔，再镀铬。这时镀铬层表面是原来零件表面外形的复制，保留原加工痕迹。(2)电化学松孔：①网膜电化学松孔：是利用铝合金或硬质塑料制成衬套，衬套上打好需要的各种形状的小孔，然后将衬套罩在己镀好铬层上，放回镀槽内，进行阳极浸蚀（电流反接）。孔中镀铬层被腐蚀，形成小孔。②内应力电化学松孔：就是对己镀好的并且有细小裂纹的铬镀层，再进行阳极浸蚀，使己形成的细小裂纹逐步扩大和加深，而呈现网状或点状的松孔镀铬层。17图1电化学松孔铬镀层形成过程示意图图2结晶体大小与自由能的关系a)网状；b)点状1-六方晶体；2-体心立方晶格18镀铬层产生裂纹的原因：是电镀过程中有内应力（拉应力）产生。内（拉）应力产生的原因：a.晶体有晶格的转变：沉积铬开始无一定结晶形状，而是以金属原子堆的状态析出，当原子堆增厚到一定厚度时，才有结晶形成。随着晶体的长大，不稳定的六方晶格将转变为稳定的体心立方晶格，而体心立方晶格的比容又比六方晶格小。因此，镀层的体积随之缩小。结果镀层中便产生了内应力（拉应力）。b.氢气渗入晶格，组成固溶体，挤歪晶格，增加了内（拉）应力。随着镀层增厚，晶格之间内应力继续增加，使晶格扭曲，镀层破裂，形成裂纹。随着温度的升高，仅有立方晶格的铬晶体产生，没有组织的变化，因而无裂纹产生。一般在75℃以上，几乎没有裂纹产生。19图铬镀层有裂纹网的界限(3)周期换向松孔镀铬：它的原理是在整个松孔镀铬工艺过程中，每镀15min(开始镀30min)，进行36s的阳极处理（阳极化）后，再重新换成阴极.由于改变极性，中断电流,使铬晶粒停止增大,同时零件上的微小镀瘤较其它平滑铬层处溶解得快,零件变成阴极后重新形成新的结晶核心.因此,镀层结晶细致,镀瘤变得非常细小,表面显得光滑,再进行阳极浸蚀松孔处理(6min)后可以不再进行机械加工。周期换向松孔镀铬工艺应用于活塞环松孔镀铬。203.镀后表面处理及加工：1)热处理：目的为去氢、消除内应力。油煮或在烘箱中加热180－200℃，保温2－3h123图松孔镀铬层断面示意图1－沟纹；2－疏松层；3－边缘凸起2)机械加工：磨削。215镀铬安全拔术1.镀铬时有大量的气体逸出，会从槽中带出铬酸的雾团。铬酸毒性大，必须有抽风装置,车间通风良好。2.铬酸、硫酸、苛性钠等对皮肤有伤害，应十分注意，溅到身上后，应立刻洗掉。3.不能遇明火，Ｏ２和Ｈ２混合后，点火会爆炸。22§７-３镀铁(Iron-plating)1镀铁原理1．电极及电解液1)阳极—低碳钢板2)阴极—零件3)电解液—FeCl2•4H2O+HCl+H2O2．电化学反应1)阳极反应：Fe-2e→Fe2+4OH--4e→2H2O+O2↑2)阴极反应：Fe2++2e→Fe2H2++2e→H2↑232镀铁的特点1.结合强度高:剪切强度一般为160MPa以上，最高可达320MPa。2.镀层晶粒细，硬度高：晶粒为亚结构组织也有称为超细晶组织。硬度一般可达HRC56~58，最高可达HRC62,3.沉积速度快，镀厚能力强：Fe:0.4-0.7mm/h，Cr:0.04-0.06mm/h。4.镀层厚度:Fe:2mm以上;Cr:1mm以下。5.电流效率高:Fe:90%以上；Cr:8~16%。6.原料广、成本低、污染少。243镀铁工艺1.镀前准备:清洗、酸洗及活化等。2.镀铁1)不对称交流电起镀目的:使底层内应力小，硬度低，结合强度高，一般有效电流密度为2-4A/dm2，1-3min，不对称比β=D正/D负=1.3，(D有效=D正-D负)。2)不对称交流电过渡镀起镀后，均匀改变β，在4~5min内β从1.3改变为8，保持5-10min。使应力与硬度均匀增加，防止中间脱层。3)直流镀过渡镀后，在不断电的情况下，把交流电转换成直流电。3-5min内调整到要求的电流密度。253.镀后处理1)碱钝化：镀后的工件立即用清水冲洗干净。在10～20%的苛性钠溶液中停留15～30min。用水冲洗干净。生成一层碱性钝化膜，防止生锈，保持光滑。2)热处理：去氢，消除内应力。与镀铬相同。3)机械加工：磨削。26§7-4电刷镀镀加工(涂镀、刷镀、无槽电镀(ElectrochemicalPlating(ECP)1涂镀加工原理、特点及应用范围1.原理：工件接负极、镀笔接正极，镀液中的金属正离子在电场作用下在阴极表面获得电子而沉积涂镀在阴极表面，满足工件尺寸和表面性能的要求。厚度可达到0.001-0.5mm)图涂镀加工原理1-工件2-镀液3-电源4-镀笔5-棉套6-容器272.特点：1