电刷镀技术.docx

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电刷镀技术

电刷镀技术

Thebrushelectroplating

【摘要】电刷镀技术是再制造技术和表面工程技术的重要组成部分,具有工艺简单,镀层种

类多、沉积快、性能优良等特点,广泛应用于机械零件表面修复与级化。

本文介绍了电刷镀

的原理、特点、常用电刷镀溶液及电刷镀工艺流程和工艺参数,展望了电刷镀技术的发展趋

势。

【关键词】电刷镀

【Abstract】Brushplatingtechnologyisremanufacturingandsurfaceengineeringtechnologyisanimportantcomponentoftheprocessissimple,manykindsofcoating,sedimentfast,withexcellentperformancecharacteristics,widelyusedinmachinerypartsrepairandlevelsurface.Thisarticledescribesthebrushistheprinciple,features,commonbrushplatingsolutionformulaandplatingandspecificationparameter,theprospectofabrushplatingtechnologytrends.

【keyword】brushelectroplating

1.前言

1.1表面工程（surfaceengineering）

是指经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或表面复合处理，改变固体

金属表面或非金属表面的化学成分，组织结构，形态和（或）应力状态，以获得所

需要表面性能的系统工程。

表面工程技术分类：

表面改性、表面处理、表面涂覆、复合表面工程、纳米

表面工程技术。

表面工程与人们的生产、生活息息相关。

表面工程技术的应用，带来了材料

的节约和优化使用，减少了设备的腐蚀。

据估算，中国主要支柱产业部门每年因

机器磨损失效所造成的损失在400亿元人民币以上，而通过表面技术改善润滑，

降低磨损可能带来的经济效益约占国民经济总产值的2％以上。

表面工程技术在表面物理、表面化学理论的基础上，融汇了现代材学、

信息技术、工程物理、医学、农业、制造技术，显现出了边缘学科的强大

生命力。

在知识经济占主导地位的21世纪，表面工程技术将更深地融入高

新技术的各个领域。

表面工程的功能可归纳为以下几点:

提高零件表面的耐磨性,耐腐蚀性,抗疲劳性,抗氧化性,防辐射性等.

既有办法改善零件表面的传热性,又有办法改善零件表面的隔热性

既有办法改善零件表面的导电性,又有办法改善零件表面的绝缘性

既有办法改善零件表面的导磁性,又有办法改善零件表面的磁屏蔽性

既有办法改善零件的反光性或增光性,又有办法改善零件表面的吸波性

既有办法改善零件表面的粘着性,又有办法改善零件表面的不粘性

既有办法改善零件表面的吸油性,又有办法改善零件表面的干磨性

既有办法提高零件表面的摩擦因数,又有办法降低零件表面的摩擦因数

1.2电刷镀（electrochemicalmachining）

电刷镀是指用电化学方法，高速地在导体局部表面镀上一层金属的加工方

法。

电刷镀是用电解方法在工件表面获取镀层的过程。

其在于强化、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。

电刷镀的主要特点

★国际领先技术,真正的实现大电流、高频率、大工作比脉冲输出

★高效率（＞90%）,节电显著（省电30%Z上）（6V1500A与硅整流和可控硅相比,年省电费一万元以上

★稳压、稳流、均流、恒功率等多种控制

★电流、电压、工作时间、频率计（可选）、安分计（可选）等全数字显示

精度高,声光报警.

★软启动、停止功能,具有过流、过压、欠压、过热、缺相、欠水、短路等

自动保护功能,可靠性极高

★设备出厂前已经过严格检测和长时间的老化实验,可昼夜满负荷,大电流

连续不间断运行,真正可靠耐用.

★可使电镀层更加均匀、致密性好、光洁度高、增强了被镀件的耐磨性等

★工作时间短、效率高、节省原材料、降低成本、产值效率成倍增长

★体积小、重量轻，搬运方便

2电刷镀设备

电刷镀设备主要包括电刷镀电源、电刷镀笔，转具以及附具等。

2.1电源

2.1.1概述

电刷镀电源为电刷镀主要设备，采用无级调节电压的直流电源.是电刷镀工

艺专用设备，目前国内已有许多单位正在研制和生产。

它分为10A（20V）、

15A（20V）、30A（30V）、60A（35V）、100A（40V）、120A（40V）、150A（40V）等各种不同的电流（电压）等级和规格，可以适应大、中、小型零部件进行电刷镀的需要，常用电压范围为0〜50V

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。

控制电路的主要组成部分是镀层厚度控制器。

其实质是一个高精度电量计，即安培小时计。

它的最主要部分是压频转换（v-f）电路

2.1.2电刷镀工艺对电源的要求

（1）电源应具有直流输出的功能，且具有平直或缓降的外特性（见图6—3）,即

要求负载电流在较大范围内变化时，电压的变化很小。

（2）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。

〜30V,最高不超过60V

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）电刷镀电源应体积小、重量小、安全可靠.

2.2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，石墨和铝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铝钺合金。

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。

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、钳-钺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电刷镀的基本原理

电刷镀是应用电化学沉积的原理，在能导电的零件表面的选定部位，快速沉积金属镀层。

电刷镀不需要镀槽，而使用专门研制的系列刷镀溶液，带有不溶性阳极的镀笔，以及专用的直流电源。

工作时，零件接电源的负极，不溶性仿形阳极接电源正极。

阳极前端包裹棉花，用耐磨的涤棉套浸满镀液，与零件表面接触，并保持适当的压力，这样，当阳极与被镀零件以一定的相对运动速度移动时，在电场作下，镀液中的金属离子定向迁移到零件表面，在表面获得电子被还原成金属原子

还原的金属原子在零件表面结晶形成镀层。

镀层的厚度由镀覆电流的大小和镀覆时间的长短决定

4电刷镀溶液

4.1镀液分类

电刷镀溶液质量好坏以及能否正确使用，对镀层性能有关键性影响。

一般按作用不同可分为四大类：

表面预处理溶液、金属刷镀溶液、退镀溶液、钝化和电抛光溶液。

4.1.1表面预处理溶液（又称表面准备溶液）

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。

4.1.1.1电净液

电净液是用化学方法去除被镀零件表面油脂的溶液，呈无色透明，手摸有滑感，-10C不结冰，-40C冰冻后性能不变。

可长期存放，无闪点。

具有很强的去油脂作用及轻度去锈能力。

4.1.1.2活化液

活化液是用化学腐蚀和电解腐蚀方法去除被镀零件表面有机、无机膜层的溶液。

国内外研制的活化剂约有十多种，其中最常用的为1〜3号活化液，其配方、特征及操作条件如下

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4.1.2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。

4.1.3退镀溶液

是在反向电流作用下，阳极（镀层）产生溶解，从而将不合格镀层除去的专用

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。

4.1.4

4.2镀液特点

（1）电刷镀溶液大多数是金属有机络合物的水溶液。

这类有机络合物在水溶液中

有相当大的溶解度，并且有极好的稳定性，并具有良好的电化学性能，即使在大

电流密度下操作，仍能获得结晶细、平滑、致密的镀层。

⑵镀层中的金属离子浓度高，所以能获得比槽镀快5〜50倍的沉积速度。

（3）镀液工艺性能稳定，使用时不需要化验和调整，能在较宽的工作温度范下用

并能长期存放。

（4）镀液具有低毒性，一般不含氟化物等剧毒物质和强腐蚀物品，pH值一般为4〜10，对操作者的危害小，环境污染小，便于运输和储存。

（5）镀液的均镀能力和深镀能力较好，因而在零件的深凹处及镀层均匀度方面能

获得较好的效果。

（6）镀液能保证获得低孔隙率的镀层（比等厚度的槽镀层小75％）。

5电刷镀工艺

5.1工艺特点

（1）工艺简单，操作灵活，无需特殊熟练技术，并且受镀表面形状不受限制，

凡镀笔能触及到的地方均可镀覆。

（2）镀笔与零件作相对接触摩擦运动，这是刷镀区别于其他电镀工艺的重要

特征。

正是由于镀笔与工件表面的断续接触，从而形成的晶格缺陷较多，因此，

刷镀层比一般的电镀层具有更高的强度、硬度。

同时，阴阳极的相对运动，有利

于零件散热，因而允许有更大的旋镀电流密度。

（3）镀层沉积速度快。

阴阳极之间的距离很近（一般不大于5〜10mm）大大缩短了金属离子的扩散过程，加之刷镀液离子浓度大，并允许有更大的电流，使

得沉积速度加快，提高了生产效率。

（4）电刷镀层比槽镀层具有更高的结合强度和致密度，所以，电刷镀层可以在非常恶劣的工况下使用。

（5）由于镀层暴露在空气中，使氢容易析出，因而镀层的氢脆小。

（6）镀后一般不需要进行机械加工

5.2工艺过程

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图2电刷镀的工艺流程图

电刷镀工艺总的说来可分为两部分：

镀前受镀基体表面的准备工作和镀层的形成。

5.2.1镀前准备

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。

5.2.1.1表面加工

一般要求如下：

（1）经过表面加工的零件表层不存在疲劳层。

（2）一般经表面加工的零件，几何形状误差应清除，表面不允许残留锈蚀、划伤等缺陷，表面粗糙度应在1.6以上。

5.2.1.2电净

电净就是电化学除油，用镀笔沾上电净液，在通电的情况下反复涂抹待镀零件表面而达到去除油脂的目的。

一般有三种方法：

1.正极性电净

当工件接电源负极，除油时在其表面上进行还原反应，并有氢气析出，所以去油污彻底、速度快。

一般材料均采用这种方法，但对氢敏感的材料，如超高强度钢，容易产生氢脆现象而不适用。

2.反极性电净

当工件接电源正极，除油时在表面进行氧化过程，并有氧气析出，所以也有除油能力。

由于产生的氧气泡数量比氢气泡少一半，所以去油污能力比正极性弱，速度慢。

另外，由于发生氧化反应，对基体金属有溶解作用，因此，此法不适用于有色金属的表面除油。

3.联合除油

联合除油时，一般先采用正极性电净后反极性电净，充分利用二者的优点，达到彻底除油的目的。

其他操作条件见表6—21

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5.2.1.3活化

活化是通过电解刻蚀和化学腐蚀作用，去掉表面氧化层、疲劳层，露出新的金属表面。

通过彻底除油的零件，只要活化处理适宜，没有镀不上镀层的材料。

一般有三种活化方法：

1.反极性活化：

这种极性接法正好符合阳极溶解过程，一般材料在活化时都采用这种方法。

2.正极性活化：

这种极性接法主要靠溶液的腐蚀作用对工件表面产生活化，速度较慢，通常用在要求材料表面腐蚀轻微的条件下。

3.交替活化法：

反复改变电源上的输出极性，从而交替使用正极性和反极性活化。

这种方法通常用于特别难活化材料的表面活化处理。

5.2.2镀层的形成

1.打底层

打底层常选的镀液为特殊镍、碱铜、中性镍、快速镍、半光亮中性铁和低氢

脆镉镀液等，其选择原则为：

与基体金属有优良的结合强度；不会产生电化学腐

蚀；与其他镀层金属的结合能力较高。

有些基体材料也可以不打底。

2.尺寸层

尺寸层常选的镀液为快速镍、特种快镍、碱铜镀液等，其选择原则为：

具有

较快的沉积速度和较大的镀厚能力；镀层组织细密，具有一定的强度；便于进行

机械加工；与底层金属的结合强度高；不易产生电化学腐蚀，也不会因两种镀层

组织界面间原子的互相扩散而形成有害组织;形成的任何镀层结构形式都具有良

好的结合强度

3.工作层

工作层溶液选择原则为：

具有良好的结合强度；具备满足使用工况要求的优

良性能。

1．要求硬度的镀层

表面硬度大于HRC4，5选择特殊镍、快速镍、特种镍、特种快镍、致密快镍、

酸性镍、光亮镍、镍钨合金、镍钨50、镍钨55、高堆积酸镍、中性铁、镍钴钨、

镍钴磷、钴钨合金等镀液。

表面硬度在HRC2045,选择低应力锲、中性锲、半光亮锲、锲鸨D锲钻合金、半光亮钴、碱铜、半光亮铜、高堆积铜、高速铜等镀液。

表面硬度小于HRC20寸，选择碱性锌、酸性锌、低氢脆镉、碱镉、钿及其合

金、铅及其合金、锡及其合金、金及其合金、银等镀液。

2．要求耐腐蚀的镀层

利用镀层对工件所起到的隔离作用来保护基体的，要求镀层组织致密，有一

定厚度，可选择镍系列镀液，铜系列镀液，铬、钴、金、银等。

利用镀层的电极电位比工件低，从而满足防护要求，可选择锌、镉及其合金

镀液。

3．要求特殊性能的镀层

包括导电性、导磁性、热导性、吸热性、耐热性、光反射性、光吸收性、低

摩擦系数、改善钎焊性、防渗碳、氮化等的镀层，可根据相应要求选取镀液。

4.3工艺参数

在实际刷镀过程中,可根据镀件的材料,表面热处理状况,工件尺寸及镀层厚

度,工件技术要求及工况条件等因素,正确选择极性,电压（电流）,相对运动速度

等工艺参数和镀液,科学地进行镀层技术设计,合理地安排工艺顺序.

5.3.1刷镀电压

刷镀电压的高低,直接影响着溶液的沉积速度和镀层质量.当电压偏高时,刷

镀电流相应提高,使镀层沉积速度加快,易造成组织疏松,粗糙。

由于电流大，发

热量也增大，从而使镀液温度升高，镀层沉积速度进一步加快，同时镀层表面很

容易干燥。

在这种情况下，不仅镀液浪费大，阳极烧损严重，而且容易使镀层粗

糙发黑，甚至过热脱落。

当电压偏低时，不仅沉积速度太慢，而且同样会使镀层

质量下降。

所以，为了保证得到高质量的镀层和提高生产效率，应按每种

溶液确定的电压范围灵活使用.

5.3.2镀笔与工件的相对运动速度

由于电刷镀主要是手工操作，所以相对运动速度是电刷镀最不容易掌握的参

数。

相对运动速度太慢时，镀笔与工件接触部位发热量大，镀层易发黑，局部还

原时间长，镀层生长太快，组织易粗糙。

若镀液供送不充分，还会造成局部离子

贫乏，组织疏松。

相对运动速度太快时，会降低电流效率和沉积速度，形成的镀

层虽然致密，但内应力太大，易脱落。

相对运动速度通常选用8n）7min〜12mz

min,但又要结合零件的大小、被镀表面形状、使用镀笔的大小和形状等具体情况而定。

例如当零件不能动且形状又较复杂，而只能镀笔动时，相对运动速度自

然会比较低。

5.3.3电刷镀的温度控制

①工件温度

在刷镀操作的整个过程中，工件的理想温度是15c〜35C,最低不能低于

10℃，最高不宜超过50℃。

②镀液的温度

镀液的使用温度应保持在25c〜50。

C范围内，这不仅能使溶液本身的物理化学性能（如pH值、电导率、溶液成分、耗电系数、表面张力等）保持相对稳定

而且能使镀液的沉积速度、均镀能力和深度能力及电流效率等始终处于最佳状

态，并且所得到的镀层内应力小、结合性能好。

③镀笔的温度

由于石墨阳极本身有一定的电阻，加上电极反应的热效应，时间长了就会

使镀笔发热，温度升高。

石墨阳极长时间在较高温度下使用，表面就会烧损和

腐蚀，烧蚀下来的泥状石墨，附在阳极与包套之间，使电阻增大，从而使镀笔

温度进一步升高。

如此恶性循环，后果是镀积速度逐渐降低，镀液被污染，镀

液中部分物质挥发，成分改变，这样就不可能得到高质量镀层。

为了防止镀笔

过热，在刷镀层厚时，应同时准备几支镀笔轮流使用,并定时将镀笔放入冷镀液

中浸泡,使其温度降低.镀笔的散热器部位应保持清洁

6电刷镀技术应用范围

电刷镀技术因其工艺和镀层性能等方面的特点，电刷镀技术应用十分广泛。

电刷镀技术的应用范围主要集中在以下几个方面：

恢复磨损零件的尺寸精度和几何形状精度；

填补零件表面的擦伤、沟槽、凹坑等局部缺陷；

补救加工超差产品；强化和保护新品零件表面；

提高零件表面的硬度、导电性、导磁性、耐磨性、钎焊性；

改善零件表面的冶金特性；

强化零件表面的自润滑减摩性、防腐性、抗氧化性；

装饰零件表面；

与其他表面技术复合对零件材料表面进行处理等多方面。

其应用范围十

分广泛。

国外电刷镀技术在造纸、电子、飞机制造、焊接、采矿、铁路、雕塑、塑

料、橡胶和玻璃模具等诸多方面的维修、强化以及装饰等方面有大量应用实例。

7.电刷镀技术的展望

7.1电刷镀非晶态镀层

在常温条件下，应用电刷镀的方法，使用co—Ni—P等三元系列合金刷镀液，可以获得非晶态镀层。

该镀层在常温和较高温度下均具有较高的硬度，良好的耐

磨性和防腐性。

7.2电刷镀复合镀层

复合镀层按其结构可分为层状镀层和弥散镀层。

所谓层状镀层，是指由两种

或几种金属元素依次沉积而形成的多层镀层。

各层金属都具有本身的物理、化学

和机械性能，层状镀层中的某一层或几层可以是单金属，也可以是二元合金、三

元合金。

所谓弥散镀层，是指在金属镀液中加人不溶性固体微粒，使其与金属镀

液中的金属离子共沉积，并均匀地弥散在金属镀层中。

复合刷镀主要是指获得这

种复合镀层。

7.3摩擦电喷镀技术

摩擦电喷镀是在综合槽镀、刷镀、流镀等多项技术优点的基础上，新发展起

来的一项金属电化学沉积技术，具有沉积速度快、镀厚能力强、镀层质量高等突

出优点。

摩擦电喷镀使用普通刷镀电源或专用电源，各种形式的专用金属阳极和高离

子浓度的镀液。

工作时，工件接电源负极，阳极安装在镀笔上接电源正极，阳极

与工件保持一定距离，镀笔上的摩擦块紧贴工件表面。

工件与阳极保持一定的相

对运动速度，镀液通过镀笔杆输送到阳极，以一定的压力从阳极上的诸多小孔中

喷洒到工件表面上。

在电场的作用下，镀液中的金属离子在工件表面产生还原反

应，金属离子获得电子还原成金属沉积结晶形成镀层。

与此同时，镀笔上的摩擦

块则随着镀笔与摩擦块的相对运动而摩擦新形成的镀层，摩擦作用能限制镀层晶

粒的长大和镀层表面上氧化膜的形成，还能有效地改善工件表面粗糙度引起尖峰

和凹谷沉积速度不一致的弊端。

因此，摩擦电喷镀能获得组织致密、晶粒细化、

力学性能良好的镀层。

7.4稀土元素在电刷镀技术中的应用

在刷镀镍、致密镍、镍钨合金等镀层过程中，都有一定数量的N、H、0气体

元素进入镀层，它们比一般钢材中这类气体元素的含量高很多，这对镀层性能有

较大影响。

如果在电刷镀溶液中加入适量的稀土综合添加剂，就可与H形成

ReH、•ReH稀土氢化物；与0形成Re：

0扑ReOffi土氧化物