电刷镀技术1doc分析.docx
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电刷镀技术1doc分析
云南机电职业技术学院
毕业（论文）
题目：
电刷镀技术及其应用
学生姓名
袁雷
学号
0811204
专业
机械制造与自动化
系
机械工程系
指导教师
赵金凤
2010年7月
诚信承诺书
本人谨此承诺，本人所写毕业设计（论文）均由本人独立撰写，无任何抄袭行为。
凡涉及他人的观点材料，均作了注释。
如出现抄袭或侵犯他人知识产权的情况，愿承担由此引起的任何责任，并接受相应的处分。
学生签名：
袁雷
2011年2月10日
电刷镀技术及其应用
——
摘要:
刷镀是一项极其重要的工程材料表面处理工艺技术，从一九八一年起至一九九五年止的“六五、七五、八五”连续三个五年计划都被国家经委列为在全国范围内重点推广的新技术项目。
主要应用于改善和强化金属材料工件的表面性质，使之获得耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、耐高温等方面的一种或数种性能。
在机械修理和维护方面，电刷镀广泛地应用于修复因金属表面磨损失效、疲劳失效、腐蚀失效而报废的机械零部件，恢复其原有的尺寸精度，具有维修周期短、费用低、修复后的机械零部件使用寿命长等特点，特别是对大型和昂贵机械零部件的修复经济效益更加显著。
在施镀过程中基体材料无变形，镀层均匀致密与基体结合力强，是修复金属工件表面失效的最佳工艺。
【关键词】电刷镀技术设备应用机械。
目录
摘要··························································································································1
前言··························································································································
1引言
2电刷镀技术的基本原理·························································································3
2．1电刷镀的主要组成
2．1．2安全、轻便的电源设备
2．1．2形状多样的镀笔
2．1．3五颜六色的镀液
2．2电刷镀原理··························································································3
1．2电刷镀的技术特点·······················································································3
3电刷镀工艺
3．1电刷镀工艺特点
3．2电刷镀典型工艺过程
3．3电刷镀工艺参数的选择
1．3电刷镀设备··································································································3
1．4电刷镀溶液··································································································4
1．5电刷镀工艺··································································································4
1.5.1镀前预处理·······················································································4·
1.5.2镀件刷镀····························································································5
1.5.3．镀后处理·························································································5
2电刷镀技术············································································································6
2．1电刷镀技术的介绍·······················································································6
2．2电刷镀技术的服务内容··············································································7
2．3电刷镀技术的新发展···················································································7
2.3.1电刷镀复合镀层的研究··········································································8
2.3.2电刷镀技术在纳米表面工程中的新进展··············································9
2.3.3电刷镀复合工艺的进展·········································································10
3电刷镀的应用·······································································································11
3．1电刷镀的应用范围·····················································································12
3．2电刷镀技术在机械工程中的应用及展望···················································12
3．3电刷镀的应用举例·····················································································13
4结论·····················································································································14
5致谢······················································································································15
6参考文献··············································································································17
前言
毕业设计是学生在学校完成了大学三年的全部课程，并在进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，也是学生在校学习阶段的最后一个重要的教学环节，通过毕业设计培养学生综合运用所学知识独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。
毕业设计是在毕业实习的基础上进行的，根据自己的设计课题，在毕业实习期间认真调查研究、搜索资料。
由于时间短促，经验不足以及水平有限，本次设计难免许多不妥和错误之处，敬请批评指正，以便及时改正。
1电刷镀
1．1电刷镀的工作原理
如1图所示为电刷镀的工作原理示意图。
电刷镀时，工件与专用直流电源的负极连接，刷镀笔与电源正极连接。
刷镀笔上的阳极包裹着棉花和棉纱布，蘸上电刷镀专用的电解液，与工件待镀表面接触并相对运动。
接通电源后，电解液中的金属离子在电场作用下向工件表面迁移，从工件表面获得电子后还原成金属离子，结晶沉积在工件表面上形成金属镀层。
随着时间延长，镀层逐渐增厚。
镀液可不断的蘸用，也可用注射管、液压泵不断地滴入。
图1电刷镀的工作原理示意图
1．2电刷镀的技术特点
（1）设备简单，工艺灵活，操作简便。
工件尺寸形状不受限制，尤其是可以在现场不解体即可进行修复，凡刷镀笔可以触及到的表面，不论盲孔、深孔、键槽都可以修复，给设备维修或机加工超差件的修旧利用废带来极大的方便。
（2）结合强度高，比槽镀高，比喷涂更高。
（3）沉积速度快，一般为槽镀的5～50倍，铺助时间少，生产效高。
（4）工件加热温度低，通常小于70度，不会引起变形和金相组织变化。
（5）镀层厚度可精确控制，镀后一般不需要机械加工，可直接使用。
（6）操作安全，对环境污染小，不含毒品，储运无防火要求。
（7）适应材料广，常用金属材料基本上都可用电刷镀修复。
1．3电刷镀设备
电刷镀的主要设备是专用直流电源和刷镀笔，此外还有一些埔助器具和材料。
目前研制成功的SD型刷镀电源应用广泛，它具有使用可靠、操作方便、精度高等特点。
电源的主电路供给无级调节的直流电压和电流，控制线路中具有快速过电流保护装置、安培小时计及各种开关仪表等。
刷镀笔由导电手柄和阳极组成，常见结构如图2所示，刷镀笔上的材料最好选用高纯细结构的石墨。
为适应各种表面的刷镀，石墨阳极可做成圆柱、半圆、月牙、平板和方条等各种形状。
（如图3所示）
图2
图3
不论采用何种结构形状的阳极，都必须用适当材料包裹，形成包套以储存镀液，并防止阳极与镀件直接接触短路。
同时，又对阳极表面腐蚀的石墨微粒和其他杂质起过滤作用。
常用的阳极包裹材料主要是医用脱脂棉。
包裹要紧密均匀、可靠，使用时不松脱。
1．4电刷镀溶液
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。
（4）常用电刷镀溶液的性质、用途与工艺规范：
如表一,表二.
表一：
常用电刷镀溶液的性质、用途与工艺规范
序
号
镀液
名称
颜色
电源
极性
工作
电压
（V）
相对运动速度
（mm/s）
主要用途
1
0号电净液
无色
透明
正接
12V
60～130
除油效果比1号电净液要好，尤其适用于铸铁等组织疏松材料
2
1号电净液
无色
透明
正接
12V
60～130
具有较强的去油污能力，并且有轻微的去锈蚀作用，适用于所有金属表面的电解除油
3
1号活化液
无色
透明
反接
12V
100～160
有去除金属表面氧化膜和疲劳层的能力，对基体腐蚀较慢，适用于低碳钢、低碳合金钢以及白口铸铁等材料的表面活化处理
4
2号活化液
无色
透明
反接
12V
100～160
具有较强的去除金属表面氧化膜和疲劳层的能力，对基体腐蚀快，适用于中碳钢、中碳合金钢、高碳钢、高碳合金钢、铝和铝合金、灰口铸铁、镍层以及难熔金属的活化处理
5
3号活化液
淡绿色
反接
18V
100～130
除对铜等少数材料活化时单独使用外，一般与其他活化液配合使用。
主要用途是去除中、高碳钢、铸铁等材料经1号、2号活化液活化后表面出现的炭黑层，以提高镀覆层与基体的结合强度
6
4号活化液
无色
透明
反接
18V
100～160
腐蚀能力很强，适用于钝化状态的铬、镍钢或者经上述活化液活化后仍难施镀的基体材料的活化处理
7
特殊镍
深绿色
正接
18V降至12V
100～160
主要用作在钢、铝、铜、不锈钢、铬、镍等材料上镀底层或中间夹心层，也可用作镀覆耐磨层
8
快速镍
蓝绿色
正接
12V
130～250
可在各种材料上镀覆工作层、恢复尺寸层或镀复合层，更适用于铸铁上镀底层
9
碱铜
蓝紫色
正接
12V
100～200
最常用作快速恢复尺寸层和填补沟槽；特别适用于铝、铸铁或锌等难镀材料上镀覆；在钢件上镀覆时，最好先用特殊镍打底，以便获得更高的结合力
表二:
常用电刷镀溶液的性质、用途与工艺规范
序
号
镀液
名称
颜色
电源
极性
工作
电压
（V）
相对运动速度
（mm/s）
主要用途
1
1号电净液
无色
透明
正接
12V
60～130
具有较强的去油污能力，并且有轻微的去锈蚀作用，适用于所有金属表面的电解除油
2
2号活化液
无色
透明
反接
12V
100～160
具有较强的去除金属表面氧化膜和疲劳层的能力，对基体腐蚀快，适用于中碳钢、中碳合金钢、高碳钢、高碳合金钢、铝和铝合金、灰口铸铁、镍层以及难熔金属的活化处理
3
3号活化液
淡绿色
反接
18V
100～130
除对铜等少数材料活化时单独使用外，一般与其他活化液配合使用。
主要用途是去除中、高碳钢、铸铁等材料经1号、2号活化液活化后表面出现的炭黑层，以提高镀覆层与基体的结合强度
4
4号活化液
无色
透明
反接
18V
100～160
腐蚀能力很强，适用于钝化状态的铬、镍钢或者经上述活化液活化后仍难施镀的基体材料的活化处理
5
特殊镍
深绿色
正接
18V降至12V
100～160
主要用作在钢、铝、铜、不锈钢、铬、镍等材料上镀底层或中间夹心层，也可用作镀覆耐磨层
6
快速镍
蓝绿色
正接
12V
130～250
可在各种材料上镀覆工作层、恢复尺寸层或镀复合层，更适用于铸铁上镀底层
7
碱铜
蓝紫色
正接
12V
100～200
最常用作快速恢复尺寸层和填补沟槽；特别适用于铝、铸铁或锌等难镀材料上镀覆；在钢件上镀覆时，最好先用特殊镍打底，以便获得更高的结合力
1．5电刷镀工艺
电刷镀一般工艺过程主要包括镀前预处理、镀件刷镀和镀后处理三大部分，每个部分又包含几道工序。
操作过程中，每道工序完毕后需立即将镀件冲洗干净。
1.5.1镀前预处理
（1）表面整修待镀件的表面必须平滑，故镀件表面存在的毛刺、锥度、不圆度和疲劳层，都要用切削机床精工修理，或用砂布、金相砂纸打磨，以获得正确的几何形状和暴露出基体金属的正常组织，一般在修整后的镀件表面粗糙度Ra应在5μm以下。
（2）表面清理表面清理指采用化学及机械的方法对镀件表面的油污、锈斑等进行清理。
当镀件表面有大量油污时，先用汽油、煤油、丙酮或乙醇等有机溶剂去除绝大部分油污，然后再用化学脱脂溶液除去残留油污，并用清水洗净。
若表面有较厚的锈蚀物，可用砂布打磨、钢丝刷刷除或喷砂处理，以除去锈蚀物。
对于表面所沾油污和锈斑很少的镀件，不必采用上述处理方法而直接用电净法和活化法来清除油污和锈斑。
（3）电净处理电净处理就是槽镀工艺中的电解脱脂。
刷镀中对任何基体金属都用同一种脱脂溶液，只是不同的基体金属所要求的电压和脱脂时间不一样。
电净时一般采用正向电流（镀件接负极），对有色金属和对氢脆特别敏感的超高强度钢，采用反向电流（镀件接正极）。
电净后的表面应无油迹，对水润湿良好，不挂水珠。
（4）活化处理活化处理用以去除镀件在脱脂后可能形成的氧化膜并使镀件表面受到轻微刻蚀而呈现出金属的结晶组织，确保金属离子能在新鲜的基体表面上还原并与基体牢固结合，形成结合强度良好的镀层。
活化时，一般采用阳极活化（镀笔接负极）。
1.5.2镀件刷镀
（1）刷镀打底层由于刷镀层在不同金属上结合强度不同，有些刷镀层不能直接沉积在钢铁上，故针对一些特殊镀种要先刷镀一层打底层作为过渡，厚度一般为0．001～0．01mm。
常用的打底层镀液有以下几种。
1）特殊镍或钴镀液用于一般金属，特别是不锈钢、铬、镍等材料和高熔点金属作为打底层，以使基体金属与镀层有良好的结合力。
酸性活化后可不经水清洗，在不通电条件下用特殊镀镍液擦拭待镀表面，然后立即刷镀特殊镍。
2）碱铜镀液碱铜的结合比特殊镍差，但镀液对疏松的材料（如铸钢、铸铁）和软金属（如锡、铝等）的腐蚀性比特殊镍小，所以常作为铸钢、铸铁、锡、铝的打底层。
3）低氢脆镉镀液对氢特别敏感的超高强度钢，经阳极电净、阴极活化后，用低氢脆镉作打底层，可以提高镀层与基体的结合强度并避免渗氢的危险。
（2）刷镀工作镀层工作镀层是一种表面最终刷镀层，其作用是满足表面的力学性能、物理性能、化学性能等特殊要求。
根据镀层性能的需要来选择合适的刷镀溶液。
例如用于耐磨的表面，工作镀层可以选用镍、镍一钨和钴一钨合金等。
对于装饰表面，工作镀层可选用金、银、铬、半光亮镍等。
对于要求耐腐蚀的表面，工作镀层可选用镍、锌、铜等。
1．5．3．镀后处理刷镀完毕要立即进行镀后处理，清除镀件表面的残积物，如水迹、残液痕迹等，采取必要的保护方法，如烘干、打磨、抛光、涂油等，以保证刷镀零件完好如初。
2．电刷镀技术
2．1电刷镀技术的介绍
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。
2．2电刷镀技术的服务内容
北海市技术交流站是中国表面工程协会电刷镀专业委员会的会员单位,从1996年开始在北海市开展电刷镀技术服务,具体内容有:
（1）磨损零部件的修复强化｡各种机械不同材料的轴类､箱体､端盖及其它零部件磨损后均可采用电刷镀的方法修复,修复硬度范围HRC20-60,可满足各种工况的要求,大幅度提高其使用寿命｡
（2）发动机曲轴磨损超差的修复｡采用电刷镀的方法可以恢复磨损超差曲轴的原有尺寸,大大延长曲轴的使用寿命｡
（3）加工超差复原｡贵重机械零部件加工超差,可以方便地使用电刷镀的方法校正其几何形状和尺寸精度｡
（4）大型机械零部件的不解体修复｡对于大型的､精度高的､结构复杂的机械零部件,可在现场进行不解体的局部修理,省去了拆卸､吊装､运输等环节,效率高,经济省时｡
（5）强化新产品新工件表面｡可应用于新产品新工件的生产工艺中,对其进行强化处理使之具有特定机械性能和物化性能｡
（6）制备工件､设备､金属结构件的表面防护层｡在工件､设备或钢铁结构件的表面涂镀防护层,使其表面具有高效耐腐蚀､抗氧化､耐高温等特殊性能,是一般涂料涂装防护所不能比拟的｡
用电刷镀修复印刷电路､电工器件的触头､电子元件的管脚管座等｡
2．3电刷镀技术的新发展
随着对电刷镀技术的不断研究及推广应用，刷镀技术得到了进一步发展，不仅应用于破损零部件的修复中，和其它表面工程技术一样，得到了长足的发展。
目前在材料工程、制造工程中都有应用，其工艺也将更加完善、成熟。
2.3.1电刷镀复合镀层的研究
复合镀层是镀层研究及应用中的重要发展方向。
复合镀层按其结构可分为层状镀层和弥散镀层。
层状镀层是两种或多种金属元素依次沉积而形
成的多层镀层。
按使用性能设计合理的多层结构，可有效地提高涂层与基体之间的结合强度，改善涂层内应力的分布及裂纹的扩展方向，获得一些特殊和优异的性能。
通过镀层结构设计和工艺调整，还可以针对零部件的结构特点及工作条件制备出性能各异的镀层，以满足不同使用要求（如减磨、耐磨、耐腐蚀、耐高温等）。
弥散镀层是指在常规镀液中加入一些高性能的固体微粒，使这些微粒均匀地悬浮在镀液中，并在电刷镀时与金属离子共沉积，以获得性能优良的复合镀层。
研究表明，在刷镀液中加入微米级第二相的弥散颗粒（如SiC、A10，、SiO、ZrO、金刚石等-41），对共沉积后形成的复合镀层起到一定的弥散强化作用。
但当采用的弥散颗粒粒径较大时，难以保证镀层组织的均匀性及性能稳定性，在工业上的应用受到一定限制，尚有待对镀层组织及结构作进一步的改善。
2.3.2电刷镀技术在纳米表面工程中的新进展
（1）复合材料相关的研究表明，采用微米级第二相的颗粒弥散强化，其增韧效果并不十分显著。
采用纳米颗粒复合时，则会得到显著的增韧补强效果。
1988年，Izaki等用纳米碳化硅增强Si3N4陶瓷，使SiC／Si3N,陶瓷的力学性能较单相si3N4陶瓷有了显著改变。
日本的新源皓一等在微米级A1O，中加入5tool％的SiC纳米粉末合成了高强度纳米复相陶瓷以来，纳米复合陶瓷由于具有比微米复相陶瓷更加优越的性能，尤其是强度和高温性能，已成为近年来陶瓷材料领域内的研究热点之一，具有发展成为一种新型结构材料的良好前景。
同样，对复合镀层用材料而言，以纳米一纳米、纳米一微米为第二弥散相或多弥散相的复合镀层有可能使机械性能得到较大幅度的改善。
（2）纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，为镀层材料的组成和性能提高提供了有利的条件，并使得材料的功能化具有极大的可能。
将纳米粉体与电刷镀技术相结合，制备纳米或含有纳米粉体的表面复合镀层，可使基体表面的机械、物理和化学性能得到提高，达到材料表面改性与功能化的目的。
与传统镀层相比，纳米镀层应具有高强度、高韧性、更好的耐腐蚀性能、更优越的抗磨性能和抗热疲劳性能。
特别是纳米材料的特性为制备在严酷条件或特殊环境下（如超高温／低温、超高压、真空、腐蚀环境、辐射、声吸收、信号屏蔽和承受点载荷等）
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