电刷镀工艺简介

电刷镀简介电刷镀是用电解方法在工件表面获取镀层的过程。其中的在于强化、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（简称刷镀技术）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。1.应用电刷镀技术已在航空航天、机车车辆、船舶舰艇、石油化工、纺织印染、工程机械、电子电力、文物修复、工艺品装饰、局部镀金、渡银等方面获得大量应用。概括讲有以下方面：(1)轴颈磨损的修复。(2)孔类零件的修理。(3)滚动轴承的修理。1、电刷镀工艺能快速修复机械零部件的加工超差、磨损、凹坑及划伤，恢复磨损和超差零件的尺寸，满足公差要求；2、在碳钢、不锈钢、铸铁（钢）、铜（合金）、铝（合金）等各类金属材料上均有良好结合力，镀层硬度高、耐磨性好、修复厚度能达到1.0mm以上，可满足各种修复的性能要求。新品刷镀保护层。用于提高零件的耐磨性、表面防腐性和抗高温氧化性；3、模具的修理和防护。如表面刷镀镜面镀层，满足防腐及表面光泽度的要求，提高模具使用性能和寿命；4、大型和精密零件，如曲轴、油缸、柱塞、机体、导杆等局部磨损、擦伤、凹坑、腐蚀点等的修复；5、改善零件表面的冶金性能。如改善材料的钎焊性，零件局部防渗碳、防渗氮等；6、改善轴承和配合面的过盈及配合性能。如增加过盈量、增加配合面的耐磨性及防腐性；7、印刷电路板的维修和保护。如插脚镀金，银等；8、电气触点、接头和高压开关的维修和防护；9、通常槽度难以完成的作业。如有缺陷的镀件修复、无法入槽的工件、已安装在设备上的工件、只需局部施镀的工件、部分深孔、盲孔等；10、在常温下施工，保证基体不产生热变形和金相组织变化，延长零部件的使用寿命。如铸件沙眼、淬火裂纹修补，几乎看不出痕迹；2.电刷镀设备与溶液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。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。电镀溶液，根据用途不同有表面顶处理溶液、沉积金属溶液、退镀溶液等。(1)表面顶处理溶液：为了提高镀层与基体的结合强度，被镀表面必须预先进行严格的预处理，包括电净处理和活化处理，所以有电净液和活化液。电净液：用电解的方法清除零件金属表面上的油污和杂质称为电净处理。电净液为无色透明的碱性溶液，－10℃不结冰，可长期存放，腐蚀性小。零件电净处理后用清水冲洗。活化液：用电解的方法除去零件金属表面的氧化膜称为活化处理，目的是使零件表面露出金属光泽，为镀层与基体金属结合创造条件。(2)沉积金属溶液：电刷镀溶液一般分为酸性和碱性两大类。酸性溶液比碱性溶液沉积速度快1.5～3倍，但绝大部分酸性溶液不适用于材质疏松的金属材料，如铸铁，也不适用于不耐酸腐蚀的金属材料，如锡、锌等。碱性和中性电镀溶液有很好的使用性能，可获得晶粒细小的镀层，在边角、狭缝和盲孔等处有很好的均镀能力，无腐蚀性，适于在各种材质的零件上镀覆。(3)退镀溶液：用于除去不需镀覆表面上的镀层，主要退除铬、铜、铁、钴、镍、锌等镀层。3.电刷镀工艺(1)零件表面的准备：零件表面的预处理是保证镀层与零件表面结合强度的关键工序。零件表面应光滑平整，无油污、无锈斑和氧化膜等。为此先用钢丝刷、丙酮清洁，然后进行电净处理和活化处理。(2)打底层(过渡层)：为了进一步提高工作镀层与零件金属基体的结合力，选用特殊镍、碱铜等作为底层，厚度一般为2μm～5μm。然后再于其上镀覆要求的金属镀层，即工作镀层。(3)镀工作镀层：电刷镀工作镀层的厚度(半径方向上)为0.3mm～0.5mm，镀层厚度增加内应力加大，容易引起裂纹和使结合强度下降，乃至镀层脱落。但用于补偿零件磨损尺寸时，需要较大厚度，则应采用组合镀层。在零件表面上先镀打底层，再镀补偿尺寸的尺寸镀层。为避免因厚度过大使应力增加、晶粒粗大和沉积速度下降，在尺寸镀层间镀夹心镀层(不超过0.05mm)，最后再镀上工作镀层。4.特点(1)无电镀槽，设备简单，不受零件尺寸的限制；(2)电镀工艺简化，如：不需要包扎绝缘等；(3)镀层种类多：均匀、不均匀镀层等；(4)沉积速度快，是有槽电镀的10～15倍，由此而得名。节约能源与工时。(5)镀后一般不要加工，镀层厚度可控制。电刷镀原理电刷镀是有槽电镀技术的发展，它仍然依靠电流的作用来获得所需的金属镀层。因此，许多普通电镀的电化学原理和定律都适用于电刷镀。刷镀使用专门研制系列刷镀溶液、各种形式的镀笔和阳极，以专用的直流为能源。在电刷镀过程中，镀笔接电源的正极，作为电刷镀时的阳极；表面处理好的被镀工件接电源负极，作为刷镀时的阴极。镀笔前端通常采用高纯细石墨块做阳极材料，石墨块外面包裹棉花和耐磨的涤面套，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。镀笔与工件以一定的速度做相对运动，调整电源的输出电压至一定工作电压后，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。随着时间延长，镀层厚度增加。因此，电刷过程中发生的电结晶是由下列步骤组成的：1、被镀金属离子或他们的络离子向阴极表面或附近的迁移。2、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。3、金属离子在阴极上放电，变为中性质点（分子或原子）。4、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热运动。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，会自动分解恢复原来的状态；当质点聚集尺寸大于某一临界值时，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处放电、进入晶格来进行的。由上述电刷镀基本原理知：1、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。2、它需要电镀液，而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。3、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。二、电刷镀技术特点电刷镀是由电镀发展出来的一种表面技术。与有槽电镀相比较，电刷镀具有一系列传统电镀不具备的优点，主要表现在以下三个方面：（一）工艺特点1、电刷镀时，阳极镀笔与阴极工件始终保持相对运动。2、允许使用比槽镀大几倍到几十倍的电流密度（刷镀电流密度可达500A/dm²），镀积/速度比槽镀快5-50倍。且仍可获得均匀、致密和结合良好的镀层。镀层厚度可控制。3、镀层的形成是一个断续结晶过程，镀液中的金属离子只是在镀笔与工件接触的那些部位放电、还原结晶。镀笔的移动限制了晶粒的长大和排列，因而镀层中存在大量的超细晶粒和高密度位错，这是镀层强化的重要原因。（二）镀液特点1、电刷镀采用自消耗镀液，工件表面沉积的金属离子主要依靠镀液提供。因此，镀/液品种多，可提供选择和应用的范围广，有的镀层美观光亮，可用于装饰，有的镀层耐蚀耐磨等。而且，某些单金属镀液可按一定比例、配制成多品种合金镀液。2、电刷镀溶液大多数是金属有机络合物水溶液，络合物在水中有相当大的溶解度，并且有很好的稳定性。因此，镀液中金属离子浓度通常比电镀高几倍到几十倍。3、镀液性能稳定，能在较宽的电流密度和温度范围内使用，使用过程中不必调整金/属离子浓度。不同镀液呈不同的颜色，透明清晰，便于鉴别。4、不燃、不爆、无毒性，大多数镀液接近中性，腐蚀性小，可以保证手工操作的安全。另外，运输、储存方便。5、配有专用油脂和除锈的电解溶液，表面预处理效果好，镀层质量高，结合强度大。（三）设备特点1、电刷镀设备多为便携式或可移动式，体积小，重量轻，便于现场使用和进行野外抢修。2、不需要镀槽和挂具，设备数量大大减小，对场地设施要求低，因此设备投资少。而/且，一套设备可以完成多种镀层的刷镀。3、镀笔阳极材料主要采用高纯细石墨，刷镀某些镀液时，也可采用金属材料作阳极。石墨的形状可根据需要制成各种样式，以适应被镀工件表面形状。4、设备用电、用水比电镀少得多，可以节约能源、资源。电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。专用直流电源：电刷镀专用直流电源不同于其他种类电镀使用的电源，由整流电路、正负极性转换装置、过载保护电路及安培计(或镀层厚度计)等几部分组成。①整流电路。用于提供平稳直流输出，输出电压可无级调节，一般范围为0～30V，输出电流为0～15OA。②正负极性转换装置。用于满足电刷镀过程中各工序的需要，可任意选择阳极或阴极的电解操作。③过载保护电路。用在刷镀过程中，当电流超过额定值后，快速切断主电源，以保证电源和零件不会因短路而烧坏。④安培计。用于在动态下计量电刷镀消耗的电量，从而能精确地控制镀层厚度，（由于实际应用中偏差较大，逐步被放弃，通过经验沉积速率和测量确定时间）。镀笔：镀笔是电刷镀的重要工具，主要由阳极、绝缘手柄和散热装置组成。根据需要电刷镀的零件大小与尺度的不同，可以选用不同类型的镀笔。①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。②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。③阳极的包裹。阳极需用棉花和针织套进行包裹，以贮存刷镀用的溶液(包括电镀液、酸洗液及脱脂液)，防止阳极与被镀件直接接触，过滤阳极表面所溶下的石墨粒子。棉花最好选用纤维长、层次整齐的脱脂棉。套管材料要求有良好的耐磨性、吸水性，不会污染镀液，可选用涤纶或人造毛材料。包裹时厚度要适当，过厚或太薄都不好，过厚将会使电阻增大，刷镀效率降低;太薄则镀液贮存量太少，不利于热的扩散，造成过热，影响镀层质量。最佳包裹厚度要根据不同阳极而定。④绝缘手柄。绝缘手柄套在用紫铜作的导电杆外面，常用塑料或胶木制作。导电杆一头连接散热片，另一头与电源电缆接头连接。⑤散热片。由于刷镀过程中产生大量热量，故镀笔上需要安装散热片。通常散热片选用不锈钢制作，尺寸较大的镀笔亦可选用铝合金制作。⑥镀笔的使用和保养。电刷镀过程中应专笔专用，且不可混用。镀笔和阳极在使用过程中切勿被油脂等污染。阳极包套一旦发现磨穿，应及时更换，以免阴阳两极直接接触发生短路。用毕镀笔，应及时拆下阳极，用水冲洗干净，并按镀种分别存放保管，不能混淆。供液、集液装置刷镀时，根据被镀零件的大小，可以采用不同的方式给镀笔供液，如蘸取式、浇淋式和泵液式，关键是要连续供液，以保证金属离子的电沉积能正常进行。流淌下来的溶液一般采用塑料桶、塑料盘等容器收集，以供循环使用。刷镀溶液刷镀溶液的种类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。每类金属电镀液又根据其沉积速率、镀液的性质、镀层的性能等特点分成许多品种。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