電鑄加工的原理

1、電鍍、涂鍍、及復合鍍加工 電鑄、表面涂鍍、和復合鍍加工在原理和本質(zhì)上都屬于電鍍工藝的范疇，都是和電解相反，利用電鍍液中金屬正離子在電廠的作用下，鍍覆沉積到陰極上去的過程。電鍍電鑄涂鍍復合鍍工藝目的表面裝飾、防銹復制、成形加工增大尺寸，改善表面性能1電鍍耐磨鍍層制造超硬砂輪或磨具，電鍍硬質(zhì)材料鍍層厚度0.001-0.05mm0.05-5mm或以上0.001-0.05mm0.05-1mm或以上精度要求表面光亮.光滑有尺寸及形狀精度要求有尺寸及形狀精度要求有尺寸及形狀精度要求鍍層牢度要求與工件牢固粘結要求能與原模分離要求與工件牢固粘結要求與基本牢固連接陽極材料用鍍層金屬同一材料用鍍層金屬同一材料用石

2、墨.鉑等鈍性材料用鍍層金屬同一材料鍍液用自配的電鍍液自配的電溶液按被鍍金屬層選用現(xiàn)成供應的涂鍍液用自配的電鍍液 工作方式需用渡槽，工件浸泡在鍍液中，與陽極無相對運動需用鍍槽，工件與陽極可相對運動或靜止不動不需渡槽，鍍液澆注或含吸在相對運動著的工件和陽極之間需用渡槽，被復合鍍的硬質(zhì)材料放置在工件表面1 電鑄加工的原理、特點及應用1.1 電鑄加工的原理電鑄成型是利用電化學過程中的陰極沉積現(xiàn)象來進行成型加工的，即在原模上通過電化學方法沉積金屬，然后分離以制造或復制金屬制品。但電鑄與電鍍又有不同之處，電鍍時要求得到與基體結合牢固的金屬鍍層，以達到防護、裝飾等目的。而電鑄則要電鑄層與原模分離，其厚度也遠

3、大于電鍍層。 電鑄加工的原理如圖4 -12所示，在直流電源的作用下，陽極上的金屬原子交出電子成為正金屬離子進入鍍液：m-2e-+m2+，并進一步在陰極上獲得電子成為金屬原子而沉積鍍覆在陰極原模表面：m2+ +2e-m，陽極金屬源源不斷成為金屬離子補充溶解進入電鑄鍍液，保持電解液中金屬離子的質(zhì)量分數(shù)基本不變，陰極原模上電鑄層逐漸加厚，當達到預定厚度時即可取出，設法與原模分離，即可獲得與原模型面凹凸相反的電鑄件。1.2 電鑄加工的特點 1.21 復制精度高，可以做出機械加工不可能加工出的細微形狀（如微細花紋、復雜形狀等），表面粗糙度r可達0.1 m，一般不需拋光即可使用； 1.22 母模材料不限于

4、金屬，有時還可用制品零件直接作為母模； 1.23 表面硬度可達3550hrc，所以電鑄型腔使用壽命長；1.24 電鑄可獲得高純度的金屬制品，如電鑄銅，它純度高，具有良好的導電能，十分有利于電加工； 1.25 電鑄時，金屬沉積速度緩慢，制造周期長，如電鑄鎳，一般需要一周左右：1.26 電鑄層厚度不易均勻，且厚度較薄，僅為48 mm，電鑄層一般都具有較大的應力，所以大型電鑄件變形顯著，且不易承受大的沖擊載荷。這樣，就使電鑄成型的應用受到一定的限制。1.3 電鑄加工的應用 電鑄具有極高的復制精度和良好的機械性能，已在航空、儀器儀表、精密機械、模具制造等方面發(fā)揮日益重要的作用。電鑄也是制造各種篩網(wǎng)、濾

5、網(wǎng)最有效的方法，因為它無需使用專用設備就可獲得各種形狀的孔眼，孔眼的尺寸大至數(shù)十毫米，小至5mm。其中典型的就是電鑄電動剃須刀的網(wǎng)罩。1.31 制造原模，在銅或鋁板上涂布感光膠，再將照相底板與它緊貼，進行曝光、顯影、定影后即獲得帶有規(guī)定圖形絕緣層的原模。 1.32 對原模進行化學處理，以獲得鈍化層，使電鑄后的網(wǎng)罩容易與原模分離。 1.33 彎曲成型，將原模彎成所需形狀。1.34 電鑄，一般控制鎳層的硬度為堆氏硬度500550 hv之間，硬度過高，則容易發(fā)脆。1.35 脫模分離2 涂鍍加工2.1 涂鍍加工原理涂鍍是在工件表面局部快速電化沉積金屬的五槽電鍍技術，所需設備較為簡單輕便，主要包括一個專

6、用電源設備，帶有若干支石墨陽極的鍍筆和輔具及涂鍍?nèi)垡旱取Ｍ垮儠r，接在直接電源正極上的鍍筆與接在負極上的工件接觸并作相對運動，通電時在電場的作用，吸附在鍍筆陽極棉套上的鍍液產(chǎn)生電化學反應，溶液中的范圍而定，鍍層的厚度則是隨著時間的延長和電量的消耗而逐漸增厚，直至索要求的厚度，其精確度可控制在，0.010.02mm之內(nèi)，甚至還可以涂鍍只需要幾微米厚的鍍層。此涂鍍技術國外在五十年代就發(fā)展起來，并迅速得到廣泛應用。在國內(nèi)經(jīng)過近三年額研究和應用，也取得較好的效果。為了滿足涂鍍技術的需要，國內(nèi)已經(jīng)研制成功了四種涂鍍專用電源和20多種涂鍍液。我所在綜合這些電源的基礎上，新設計了一種負載可調(diào)節(jié)、結構緊湊、使用

7、靈活、價格便宜的涂鍍專用電源，同時也成功的試制了10多種常用涂鍍液，供省內(nèi)各單位參考。3、金屬涂鍍技術的特點：2.2 涂鍍加工特點特點：2.21 金屬涂鍍技術的設備簡單，投資少、上馬快。只需要一臺專用電源，若干支鍍筆， 若干種需要的涂鍍液即可。就國內(nèi)目前情況講，在投資方面多則56千元、少則1千元就能搞起來。有電源的地方可以涂鍍，無電源的地方也可以涂鍍，在無電源的地方利用電瓶也可以涂鍍，因此涂鍍技術大廠搞的起來，小廠也搞的起。如果和其他修理手段比較，投資就節(jié)省很多，一套精鍍鉻貨鐵設備至少要1.5萬元以上，而且安裝麻煩，廠房占地面積大，一套振動電焊設備投資得1萬元左右。、金屬涂鍍技術工藝靈活，操作

8、簡單容易掌握。因為取消了鍍槽，不僅可以在車間涂鍍，還可以到現(xiàn)場進行不解體涂鍍。并且一套涂鍍設備，可以涂鍍各種各樣的品種，根據(jù)工況不同的要求換一換鍍液就可以了，不像鍍槽那樣，一個品種要一套設備，一個沒有涂鍍只是的工人，通過短時間的培訓即可以掌握。2.22 金屬涂鍍的沉積速度比槽鍍高。因為在槽時，陰陽兩極無相對運動，而在涂鍍時候，鍍筆和工件之間有相對接觸運動，鍍液不斷補充流動，可以大大減少濃差化極，電流密度可以比槽鍍大幾倍到幾十倍，盡管涂鍍時鍍液中的金屬離子濃度很高，比槽鍍大1020倍。而仍能得到均勻致密結合良好的鍍層。2.23 金屬涂鍍技術維修質(zhì)量高，設備容積小，功率小，耗電省。涂鍍使用了安倍小

9、時計，能準確的控制鍍層厚度，精確度達到0.01mm，在要求不太高的場合下，可以不必機械加工，不管電焊、熱噴涂（焊），槽鍍均達不到這樣的要求，涂鍍設備容量一般為0.41.2千瓦，而一般電焊機容量為626千瓦，一般槽鍍要6千瓦，振動焊接設備容量也不少于5千瓦。所以涂鍍耗電功率極小，是一般電鍍接耗電量的幾十分之一。加之省去機械加工，用電就更節(jié)省。例如，一臺汽車的半軸套管恢復尺寸用電，若槽鍍則耗電4.5度，若采用對焊耗電則需要6度，還需要機械加工，而涂鍍則只要耗電0.2度。2.24 金屬涂鍍時，工件輸入熱量小，在涂鍍過程中工件的熱溫度小于70，對基體金屬不會產(chǎn)生變形和金相組織的變化，這是焊接和熱噴涂（

10、焊）等工藝無法與之競爭的。2.25 金屬涂鍍時，可只用一小杯鍍液進行施鍍，鍍液中不含氰化物和劇毒藥品，溶液消耗很少，不會造成大量廢液排放污染，故對環(huán)境污染較小。2.26 用金屬涂鍍工藝所獲得的某些金屬鍍層，具備良好的機械性能，如硬度高、耐磨性好，通過測試：在室溫時高速鎳硬度HV為578，相當于洛氏硬度HRC52左右，鐵鍍層HV為662，相當于洛氏硬度HRC56，鈦合金鍍層硬度HV693，相當于HRC57，經(jīng)不同溫度回火，三種鍍層硬度都有提高，產(chǎn)生二次硬化效應鎳鍍層100回火時HRC54，鐵鍍層400回火時，HRC59，鈦合金在300回火時，HRC64,通過試驗，上述三種鍍層的耐磨性均優(yōu)于45號

11、淬火鋼（HRC55）和20Cr滲碳淬火（HRC60），因此用涂鍍工藝修復機械零件貨修復加工超差的新件，其使用壽命均比原工件有所提高，具有顯著的技術經(jīng)濟效果2.27 在鍍液方面，采用不溶性陽極，金屬離子全靠鍍液提供。平時不需要對鍍液化驗調(diào)整，有些工廠雖有鍍槽車間，但是一般只有幾個鍍種，每個鍍種又需要一套設備，而涂鍍技術目前已經(jīng)發(fā)展到一套設備可鍍積金、銀、銅、鐵、錫、鎳、鉻、鋅、鎘、銦、銠、鎵、鈀、錸等30多種單一金屬或者其合金。同一種金屬又可以獲得不同特點的鍍層，以鎳為例就有10種溶液，有的可獲得較高的沉積速度，有的可獲得較高的致密度；有的可獲得較好的電效率；有的鍍層光亮美觀；有的鍍層烏黑吸光性

12、好；有的鍍層內(nèi)應力低；有的鍍層耐磨性好等等，另外根據(jù)鍍液說明書可將單一金屬溶液按一定比例配制成多種的合金鍍液。2.3 涂鍍技術在工業(yè)部門應用范圍有以下幾個方面： 金屬涂鍍技術近兩年在國內(nèi)引起了人們的極大重視，他們?yōu)檫@一技術能以很小的代價換的較大的經(jīng)濟效益而贊嘆不已。又由于這一技術能修復那些以其他技術難以修復的零部件，使一些頻臨報廢的貴重機械得以起死回生。而被人們成為“機械的起死回生術”。大量實際應用離子表明涂鍍技術是一項符合我國國情、用途廣泛、有強大生命力的新技術。為此，這一技術與熱噴涂一起被列入國家“六五”期間四十項重點推廣項目之一。金屬涂鍍技術已經(jīng)在國內(nèi)外廣泛應用于飛機、導彈、船艦、汽車坦

13、克、我所它應用涂鍍技術僅幾個月的時間修復了船用舵桿變速箱體，空壓機曲軸，汽缸芯、鋁合金環(huán)、花鍵軸、密封環(huán)、車床主軸、車床絲桿、印刷滾筒、車床尾軸刻線、大型柴油機主軸承座以及各種大小不同的滾珠軸承等上百件各類型的工件，這些工件都是用通常方法難以修復或用這些方法修復從經(jīng)濟上不合算的，晚會直接損失達上萬元。例如，長沙某機務段有一臺從羅馬尼亞進口的內(nèi)燃機車，價值100多萬元，其中主軸承孔第三道軸承位置優(yōu)于燒壞變形，按以往的辦法是運往武漢重型機廠鏜孔、鑲套，還難以保證質(zhì)量，怒用說鏜孔、鑲套，往返運輸費用大，就是時間也難以保證。我們和該段通知一起采用涂鍍，在現(xiàn)場就2.31 然而任何一種修理方法都有其應用的

14、局限性，金屬涂鍍也是一樣為了獲得小面積。薄厚度的鍍層時，在需要局部不解體現(xiàn)場修理時，在遇到大型機件、機座不便于拆卸和搬運時，在精密零件不便于應用其他方法修理時，在貴重零件加工中不慎超差時，運用涂鍍技術修復?？傻玫绞至钊藵M意的效果，充分展現(xiàn)了涂鍍技術的優(yōu)越性和獨到之處。但是此工藝不適于大面積、大厚度、大批量修復，對于這些情況全面衡量不如槽鍍，因此作為機械加工車間，裝配車間，維修車間掌握一種機動修復手段。作為一部分零件，原件的一種常規(guī)修理方法，仍是十分必要的和有效的。2.32 恢復零部件尺寸：1 零部件在使用過程中由于發(fā)生磨損擦傷、腐蝕，或者優(yōu)于在機械加工過程中造成超差等原因，需要恢復尺寸，可應

15、用金屬涂鍍技術。它特別適用于精密的結構或部分精密結構的維修。例如在軸類零部件方面有：各種不同型號柴油機、汽油機、空壓機等的曲軸，船用主軸、風機軸、水泵軸、電機軸、汽輪機轉子軸、油泵柱塞、傳動箱軸、車床主軸等等，大至500mm以上，小至幾毫米均能涂鍍。對于這些高精密度產(chǎn)品局部磨損、腐蝕、加工超差后，過去沒有適合的方法修復，一般均報廢處理，現(xiàn)在可采用涂鍍修復，使零部件獲得重新使用，在孔類零部件方面有各種大小型號不同的柴油機車底座，汽油機座軸承孔，各類機床軸承座孔，液壓傳動箱箱體孔，連桿孔、減震器孔、變速箱箱體孔、柴油機水套孔，其孔的直徑大小不限，小的可到幾毫米均能采用金屬涂鍍孔型偏磨也好，還是超差

16、，涂鍍技術修復這類孔型零件比電鍍貨熱噴涂（焊）都方便得多。2 修復各種運動面磨損，腐蝕的零部件3 這類零件的修復要求，除了恢復外形尺寸外，還要求能耐磨、耐腐蝕、減磨、抗擦傷等能力。例如汽車活塞、活塞環(huán)、活塞缸套，各種柴油機車缸體、活塞、油壓泵體、柱塞、水泵葉輪，各種機床導軌等等，應用金屬涂鍍技術都可以滿足這些要求。改善軸承和配合面的過盈配合性能。4 在我們?nèi)粘Ｋ佑|的大部分機械設備中，其運動連接部位多安裝滾珠軸承，在平時運轉過程中或者在拆裝檢修時，往往會造成孔的擴大（一般約擴大0.05.10mm），引起滾珠軸承松動，采用涂鍍修復，很方面的解決這個問題，提高修機質(zhì)量和速度，很受工人歡迎。改善零件

17、的表面性能。5 有些機械零件在高溫下，脫碳、滲碳和氮化，采用金屬涂鍍技術予先在零件表面涂鍍一層金屬即可防止，效果很好，不僅提高了零部件熱處理質(zhì)量，而且還能節(jié)省許多遮蔽費用。6 對于那些通常槽鍍難以完成的工件，可以采用涂鍍技術。7 例如：工件太大或要求特殊而無法槽鍍的工件可以用涂鍍技術：對于難以從機器上拆下或拆裝運輸費用昂貴的大型設備，可采用現(xiàn)場涂鍍；對大件只需局部涂鍍或盲孔；對槽鍍液的均鍍和深鍍能力無法達到的狹縫和深孔可以采用涂鍍；用于鋁、鈦和高合金鋼的過渡層，增強槽鍍的結合力，可以預先涂鍍；有的工件浸入槽鍍液會引起其他部分的損壞或污染槽鍍液時，可以采用涂鍍。印刷線路板的維修和護理8 電器接觸

18、點，接頭和高壓開關的維修和防護。一般模具的修理和防護。9 使用金屬溶液或活化液，可對零件去毛刺，動平衡去重，模具刻字，金屬刀花，陽極腐蝕等。10 隨著金屬涂鍍技術研究的深入，工藝技術水平的提高，鍍液品種的增加，預計在最近幾年內(nèi)各行各業(yè)中會獲得更加廣泛的應用。二、 2.4 金屬涂鍍工藝: 1、涂鍍前的準備工作。工藝技術水平的提高，涂鍍前需對被涂鍍工件做好一定的準備工作，否則將會帶來返工或不必要的浪費。、被涂鍍工件的準備：首先檢查工件是否有疲勞層。 2 需要涂鍍的工件表面與噴涂（焊）不同，一般不需要預先車削，拉毛或粗糙。工件表面應盡量光滑平整，淬火，滲碳層和氮化層允許保留，因為涂鍍金屬與這些表面層

19、也具有良好的結合力，但表面疲勞層或已經(jīng)疲勞的鍍層應除去，所以應首先檢查需要涂鍍表面層是否疲勞，必 要時用油石打磨。 3 去除涂鍍區(qū)附近的尖角，毛刺和飛邊，并用砂紙、油石或細銼刀打磨，以免施鍍時拉傷、劃破陽極套，如果待修復的缺陷是劃痕、擦傷或尖銳的凹坑，為防止應力集中和保證修復質(zhì)量，應將其根部和表面拓寬，達到鍍筆可以接觸底部為止，拓寬的寬度應大于原來深度的兩倍，根部和表面都要圓弧過度。如果表面的缺陷是密集的小坑和劃痕麻將所有3 復合鍍加工復合電鍍是20世紀20年代發(fā)展起來的一種新的電鍍鍍種，到1949年才出現(xiàn)了第一個專利，這就是美國人西蒙斯(Simos)利用金剛石與鎳共沉積制作切削工具的金剛石復

20、合鍍技術。此后復合鍍獲得各國電鍍技術工作者的重視，研究和開發(fā)都十分活躍，發(fā)展到今天則成為電鍍技術中一個非常重要的分支領域。3.1 原理復合鍍是將固體微粒子加入鍍液中與金屬或合金共沉積，形成一種金屬基的表面復合材料的過程。鍍層中，固體微粒均勻彌散地分布在基體中，故又稱為分散鍍或彌散鍍。復合電鍍也叫包覆鍍、鑲嵌鍍，是在金屬鍍層中包覆固體微粒而改善鍍層性能的一種新工藝。根據(jù)被包覆的固體微粒的性質(zhì)，而制作出不同功能的復合鍍層。在研究復合電鍍共沉積的過程中，人信曾提出3種共沉積機理，即機械共沉積、電泳共沉積和吸附共沉積。目前較為公認的是由N.Guglielmi在1972年提出的兩段吸附理論。Guglie

21、lmi提出的模型認為，鍍液中的微粒表面為離子所包圍，到達陰極表面后，首先松散地吸附(弱吸附)于陰極表面，這是物理吸附，是可逆過程，微粒逐步進入陰極表面，繼而被沉積的金屬所埋入。該模型對弱吸附步驟的數(shù)學處理采用Langmuir吸附等溫式的形式。對強吸附步驟，則認為微粒的強吸附速率與弱吸附的覆蓋度和電極與溶液界面的電場有關。一些研究耐磨性鎳金剛石復合鍍層的共沉積過程顯示，鎳-金剛石共沉積機理符合Guglielmi的兩步吸附模型，其速度控制步驟為強吸附步驟。到目前為止，復合電沉積和其他新技術、新工敢一樣，實踐遠遠地走在理論的前面，其機理的研究正在不斷的發(fā)展中。3.2 分類1作為耐磨或耐高溫層的復合鍍

22、2制造切削工具的復合鍍或鑲嵌鍍。3.3 復合電鍍特點 復合電鍍的特點是以鍍層為基體而將具有各種功能性的微粒共沉積 鍍層中，來獲得具有微粒特征功能的鍍層。根據(jù)所用微粒不同而分別有耐磨鍍 層 、減摩鍍層、高硬度切削鍍層、熒光鍍層、特種材料復合鍍層、納米復合鍍層等。幾乎所有的鍍種都可以用作復合鍍層的基礎鍍液，包括單金屬鍍層和合金鍍層。但是常用的復合鍍基礎鍍液多以鍍鎳為主，近來也有以鍍鋅和合金電鍍?yōu)榛A液的復合鍍層用于實際生產(chǎn)。復合微粒早期是以耐磨材料為主，比如碳化硅、氧化鋁等，現(xiàn)在則發(fā)展為有多種功能的復合鍍層。特別是納米概念出現(xiàn)以來，冠以納米復合材料的復合鍍層時有出現(xiàn)。這正是復合鍍層具有巨大潛力的表現(xiàn)。 3.3 復合電鍍的添加劑復合電鍍的基體鍍層往往可以采用本鍍種原有的添加劑系列，比如鍍鎳為載體的復合鍍層，可以用到低應力的鍍鎳光亮劑等