現(xiàn)代表面技術(shù)第3章-2-電刷鍍和化學鍍

第三章

第二節(jié)電刷鍍電刷鍍是電鍍的一種特殊方式，不用鍍槽，只需在不斷供應電解液的條件下，用一支鍍筆在工件表面上進行擦拭，從而獲得電鍍層。所以，電刷鍍又稱無槽鍍、筆鍍、擦鍍或涂鍍。與曹鍍相比，有一下優(yōu)點：設備簡單，攜帶方便，不需大的鍍槽。工藝簡單，操作簡便適用于不解體的現(xiàn)場維修和野外檢修鍍層種類多，與集體材料結(jié)合力強，力學性能好，沉積速度快。但須高電流密度操作。缺點：勞動強度大，消耗鍍液多，消耗陽極包纏材料。電鍍應用范圍修復因機械磨損、腐蝕、加工等造成的零件表面缺陷。零件表面尺寸和零件形狀與位置精度。對零件材料表面進行強化處理，提高零件表面的硬度、耐磨性、減模性等對零件進行表面改性處理，包括導電性能、熱性能、光性能。與其他表面技術(shù)復合對零件材料表面進行處理。一、電刷鍍的原理與特點（1）原理電刷鍍也是一種金屬電沉積的過程,基本原理同電鍍。右圖是其工作原理的示意圖。直流電源的正極通過導線與鍍筆相聯(lián)，負極通過導線和工件相聯(lián)，當電流方向由鍍筆流向工件時為正向電流，正向電流接通時發(fā)生電沉積；電流方向從工件流向鍍筆時為反向電流，反向電流接通時工件表面發(fā)生溶解。（2）特點鍍層結(jié)合強度高在鈦、鋁、銅、鉻、高合金鋼和石墨上也具有很好的結(jié)合強度設備簡單、工藝靈活、操作方便，可現(xiàn)場作業(yè)可進行槽鍍困難或?qū)崿F(xiàn)不了的局部電鍍例如對某些重量重、體積大的零件實行局部電鍍生產(chǎn)效率高刷鍍的速度是一般槽鍍的10~15倍；輔助時間少；且可節(jié)約能源，是糟鍍耗電量的幾十分之一操作安全，對環(huán)境污染小刷鍍的溶液不含氰化物和劇毒藥品，可循環(huán)使用，耗量小，不會因大量廢液排放而造成污染一、電刷鍍的原理與特點電刷鍍的設備由專用直流電源、鍍筆及鍍液、集液裝置。特點：電刷鍍設備簡單一套設備可以完成多個鍍種的刷鍍。電刷鍍設備的用電量、用水量比槽鍍少很多，可以節(jié)約能源、資源。專用直流電源由整流電路、正負極轉(zhuǎn)換裝置、過載保護電路、安培計。鍍筆由陽極、絕緣手柄和散熱裝置。根據(jù)電刷鍍零件尺寸與尺度，選擇不同類型的筆。供液、集液裝置可采用不同的方式給鍍筆供液。二、電刷鍍的設備電刷鍍電源（1）電源應具有直流平外特性，即當負載電流增大時，電壓應下降很小（2）輸出電壓應采用無級調(diào)節(jié)，以便根據(jù)不同的工件、不同的鍍液選擇最佳的電壓值（3）輸出電流要根據(jù)零件的大小、鍍液的種類及沉積速率等因素確定（4）電源應帶有安培小時計或鍍層測厚儀（5）電源應設有正、反向開關(guān)，以滿足電凈、活化、電鍍的需要（6）電源應有過載保護裝置。當負載電流超過額定電流的5％~10％或正、負極短路時，應能迅速切斷主電路，以保護電源和被鍍零件不受損失（7）為了適應現(xiàn)場作業(yè)，電源應盡可能做到體積小、重量輕、工作可靠、計量精度高、操作簡單和維修方便鍍筆陽極材料高純石墨，鉑銥合金和不銹鋼陽極形狀可以加工成不同形狀陽極的包裹用棉花和針織套進行包裹絕緣手柄套在紫銅制作的導電桿外面散熱片不銹鋼制作，散熱（1）鍍液分類預處理溶液：

可分為電凈液和活化液兩類。電凈液用于清洗工件表面的油污；活化液用于去除金屬表面的氧化膜和疲勞層，使基體金屬的晶格顯露出來；電鍍?nèi)芤海嚎煞譃閱谓饘匐婂円汉秃辖痣婂円骸?/p>

每類金屬電鍍液又根據(jù)其沉積速率、鍍液的性質(zhì)、鍍層的性能等特點分成許多品種退鍍?nèi)芤海嚎砂雅f鍍層或不合格的鍍層去掉

三、電刷鍍鍍液（2）鍍液的特點與一般的槽鍍液相比，刷鍍?nèi)芤河腥缦绿攸c：①金屬離子的含量較高。如鍍Ni液中離子含量53～55g/l；②鍍液的溫度范圍比較寬；③鍍液的性質(zhì)比較穩(wěn)定。在刷鍍過程中雖然金屬離子不斷沉積，但由于電極上的電阻熱使溶液不斷蒸發(fā)，綜合結(jié)果使離子濃度下降并不大，因而pH值變化也不大；④均鍍能力和深鍍能力較好；⑤鍍液的毒性與腐蝕性較??；三、電刷鍍鍍液電刷鍍的工藝過程包括鍍前預處理、鍍件刷鍍、鍍后處理。鍍前處理表面整修：用砂布、金相紙打磨到表面的毛刺、錐度、不圓度和疲勞度。表面清理：用化學及機械的方法最鍍件表面的油污、銹斑等進行清理。電凈處理：電解脫脂。電凈時，一般采用正向電流，特殊的采用反向電流?；罨幚恚喝コ兗诿撝罂赡苄纬傻难趸げ⑹瑰兗砻媸艿捷p微刻蝕而呈現(xiàn)出金屬的結(jié)晶組織。四、電刷鍍工藝鍍件刷鍍刷鍍打底層：厚度一般0.001-0.01nm.常用的打底層鍍液：特殊鎳或鈷鍍液；堿銅鍍液；低氫脆鎘鍍液。刷鍍工作鍍層：一種表面最終鍍層，作用是滿足表面的力學性能、物理性能、化學性能。鍍后處理：清除鍍件表面的殘積物、如水跡、殘液痕跡。第三節(jié)化學鍍定義：在沒有外電流通過的情況下，利用化學方法使溶液中的金屬離子還原為金屬并沉積在集體表面，形成鍍層的一種表面加工方法。鍍件可以是金屬，也可以是非金屬。最常用的是鎳和銅。被鍍件浸入鍍液中，化學還原劑在溶液中提供電子使子使金屬離子還原沉積在鍍件表面。而不是電源提供。Mn++ne→M自催化鍍、無解電鍍化學鍍的分類按照電子獲取路徑不同，可分成三類：置換法：利用基體金屬的電位比鍍層金屬負，將鍍層金屬離子從溶液中置換在基體金屬表面，電子由基體金屬給出。接觸鍍：類似于電鍍，不同在于提供接觸鍍的電流有化學反應提供，而電鍍靠外電源。還原法：溶液中添加還原劑，利用還原劑被氧化時釋放出電子，再把鍍層金屬離子還原在基體金屬表面。還有其他的分類方法。如根據(jù)主鹽種類、溫度、pH值、鍍層成分等。化學鍍的特點與電鍍相比，化學鍍有如下的特點：①

鍍覆過程不需外電源驅(qū)動，電流靠化學反應提供；②

沒有外電源，就不存在電力線分布不均勻的影響，因此均鍍能力好，孔隙率低。形狀復雜、有內(nèi)孔、內(nèi)腔的鍍件均可獲得均勻的鍍層；③鍍液通過維護、調(diào)整可反復使用，但使用周期是有限的；④

通過適當?shù)臒崽幚?，可在金屬、非金屬以及有機物上沉積鍍層。

缺點：品種少于電鍍，鍍液復雜，溶液穩(wěn)定性差，使用溫度高，壽命短。一、化學鍍鎳用還原劑將鍍液中的鎳離子還原為金屬鎳并沉積到基體金屬表面上去的方法。使用的還原劑：次磷酸鹽、硼氫化物、氨基硼烷、肼及其衍生物等。以次磷酸鹽化學鍍鎳為例討論化學反應以及鍍液成分和工藝條件化學鍍鎳機理（化學反應）主要有三種理論：原子氫態(tài)理論、氫化物理論及電化學理論。原子氫態(tài)理論電化學理論鍍液成分及其工藝條件鍍鎳工藝：酸性鍍液和堿性鍍液酸性鍍液特點：穩(wěn)定易于控制，沉積速度快，鍍層中磷的質(zhì)量分數(shù)高。堿性鍍液：pH范圍寬，磷的質(zhì)量分數(shù)低。穩(wěn)定性差，難維護。工藝見3-15.影響鍍層質(zhì)量因素主鹽：硫酸鎳，氯化鎳，濃度越高，沉積越快，但穩(wěn)定下降。還原劑：次磷酸鈉，提供活潑的氫原子，還原鎳離子為金屬，同時提供磷成分。絡合劑：乙醇酸、蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸、乳酸及他們的鹽類。與鎳離子形成穩(wěn)定的絡合物，控制可供反應的游離鎳離子，控制沉積速度，改善外觀。增速劑：提高反應速度穩(wěn)定劑：抑制存在于鍍液中的固體微粒的催化活性，以防鍍層粗糙和鍍液自發(fā)分解。pH值：主要影響酸性鍍液溫度：重要因素之一，低于65℃，沉積速度很慢，隨溫度升高速度加快。二、化學鍍銅目的：在非導體材料表面形成導電層。廣泛應用于印刷電路板孔金屬化和塑料電鍍前的化學鍍銅。主鹽：硫酸銅還原劑：甲醛、肼、次磷酸鈉、硼氫化鈉等以醛做還原劑為例研究鍍銅原理工藝。

甲醛還原銅的原理原子氫態(tài)理論電化學理論

鍍液成分及其工藝鍍液主要成分：甲液含有硫酸銅、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、氯化鎳乙液是含有還原劑甲醛兩種溶液需要預先配置，原因是甲醛與堿會發(fā)生反應：化學鍍銅液配置時發(fā)生的反應：絡合劑酒石酸鉀鈉，也阻止Cu(OH)2的沉淀調(diào)節(jié)pH值主鹽其他工藝要求提高鍍液的穩(wěn)定性、改善外觀和韌性，會加入二乙基二硫代氨基甲酸鈉等添加劑。穩(wěn)定pH值，來控制反應速度，過高會造成甲醛消耗過大，導致鍍液老化、自然分解。嚴格控制反應溫度，溫度過低，易析出硫酸鈉，影響銅的沉積，形成針孔，產(chǎn)生綠色斑點。溫度一般在15-25℃。攪拌，是鍍件表面溶液濃度盡可能同槽內(nèi)部濃度一致，維持正常的沉積速度，排除停留在鍍件表面的起泡?？刹捎脵C