現(xiàn)代表面技術(shù)第3章-2-電刷鍍和化學(xué)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(yīng)電解液的條件下，用一支鍍筆在工件表面上進(jìn)行擦拭，從而獲得電鍍層。所以，電刷鍍又稱無(wú)槽鍍、筆鍍、擦鍍或涂鍍。與曹鍍相比，有一下優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，攜帶方便，不需大的鍍槽。工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便適用于不解體的現(xiàn)場(chǎng)維修和野外檢修鍍層種類多，與集體材料結(jié)合力強(qiáng)，力學(xué)性能好，沉積速度快。但須高電流密度操作。缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大，消耗鍍液多，消耗陽(yáng)極包纏材料。電鍍應(yīng)用范圍修復(fù)因機(jī)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(duì)零件材料表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，提高零件表面的硬度、耐磨性、減模性等對(duì)零件進(jìn)行表面改性處理，包括導(dǎo)電性能、熱性能、光性能。與其他表面技術(shù)復(fù)合對(duì)零件材料表面進(jìn)行處理。一、電刷鍍的原理與特點(diǎn)（1）原理電刷鍍也是一種金屬電沉積的過(guò)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(guò)導(dǎo)線與鍍筆相聯(lián)，負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線和工件相聯(lián)，當(dāng)電流方向由鍍筆流向工件時(shí)為正向電流，正向電流接通時(shí)發(fā)生電沉積；電流方向從工件流向鍍筆時(shí)為反向電流，反向電流接通時(shí)工件表面發(fā)生溶解。（2）特點(diǎn)鍍層結(jié)合強(qiáng)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(qiáng)度設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝靈活、操作方便，可現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)可進(jìn)行槽鍍困難或?qū)崿F(xiàn)不了的局部電鍍例如對(duì)某些重量重、體積大的零件實(shí)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(shí)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(duì)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(huì)因大量廢液排放而造成污染一、電刷鍍的原理與特點(diǎn)電刷鍍的設(shè)備由專用直流電源、鍍筆及鍍液、集液裝置。特點(diǎn)：電刷鍍?cè)O(shè)備簡(jiǎn)單一套設(shè)備可以完成多個(gè)鍍種的刷鍍。電刷鍍?cè)O(shè)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(fù)極轉(zhuǎn)換裝置、過(guò)載保護(hù)電路、安培計(jì)。鍍筆由陽(yáng)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(shè)備電刷鍍電源（1）電源應(yīng)具有直流平外特性，即當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，電壓應(yīng)下降很?。?）輸出電壓應(yīng)采用無(wú)級(jí)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(yīng)帶有安培小時(shí)計(jì)或鍍層測(cè)厚儀（5）電源應(yīng)設(shè)有正、反向開(kāi)關(guān)，以滿足電凈、活化、電鍍的需要（6）電源應(yīng)有過(guò)載保護(hù)裝置。當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)額定電流的5％~10％或正、負(fù)極短路時(shí)，應(yīng)能迅速切斷主電路，以保護(hù)電源和被鍍零件不受損失（7）為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，電源應(yīng)盡可能做到體積小、重量輕、工作可靠、計(jì)量精度高、操作簡(jiǎn)單和維修方便鍍筆陽(yáng)極材料高純石墨，鉑銥合金和不銹鋼陽(yáng)極形狀可以加工成不同形狀陽(yáng)極的包裹用棉花和針織套進(jìn)行包裹絕緣手柄套在紫銅制作的導(dǎo)電桿外面散熱片不銹鋼制作，散熱（1）鍍液分類預(yù)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(lái)；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(diǎn)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(diǎn)與一般的槽鍍液相比，刷鍍?nèi)芤河腥缦绿攸c(diǎn)：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(guò)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(guò)程包括鍍前預(yù)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(xué)及機(jī)械的方法最鍍件表面的油污、銹斑等進(jìn)行清理。電凈處理：電解脫脂。電凈時(shí)，一般采用正向電流，特殊的采用反向電流。活化處理：去除鍍件在脫脂后可能形成的氧化膜并使鍍件表面受到輕微刻蝕而呈現(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(xué)性能、物理性能、化學(xué)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(xué)鍍定義：在沒(méi)有外電流通過(guò)的情況下，利用化學(xué)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(xué)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(wú)解電鍍化學(xué)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(fù)，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(xué)反應(yīng)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(shí)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?；瘜W(xué)鍍的特點(diǎn)與電鍍相比，化學(xué)鍍有如下的特點(diǎn)：①

鍍覆過(guò)程不需外電源驅(qū)動(dòng)，電流靠化學(xué)反應(yīng)提供；②

沒(méi)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(fù)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(guò)維護(hù)、調(diào)整可反復(fù)使用，但使用周期是有限的；④

通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可在金屬、非金屬以及有機(jī)物上沉積鍍層。

缺點(diǎn)：品種少于電鍍，鍍液復(fù)雜，溶液穩(wěn)定性差，使用溫度高，壽命短。一、化學(xué)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(xué)鍍鎳為例討論化學(xué)反應(yīng)以及鍍液成分和工藝條件化學(xué)鍍鎳機(jī)理（化學(xué)反應(yīng)）主要有三種理論：原子氫態(tài)理論、氫化物理論及電化學(xué)理論。原子氫態(tài)理論電化學(xué)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(diǎn)：穩(wěn)定易于控制，沉積速度快，鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高。堿性鍍液：pH范圍寬，磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低。穩(wěn)定性差，難維護(hù)。工藝見(jiàn)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(shí)提供磷成分。絡(luò)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(luò)合物，控制可供反應(yīng)的游離鎳離子，控制沉積速度，改善外觀。增速劑：提高反應(yīng)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(xué)鍍銅目的：在非導(dǎo)體材料表面形成導(dǎo)電層。廣泛應(yīng)用于印刷電路板孔金屬化和塑料電鍍前的化學(xué)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(xué)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(yù)先配置，原因是甲醛與堿會(huì)發(fā)生反應(yīng)：化學(xué)鍍銅液配置時(shí)發(fā)生的反應(yīng)：絡(luò)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(huì)加入二乙基二硫代氨基甲酸鈉等添加劑。穩(wěn)定pH值，來(lái)控制反應(yīng)速度，過(guò)高會(huì)造成甲醛消耗過(guò)大，導(dǎo)致鍍液老化、自然分解。嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，溫度過(guò)低，易析出硫酸鈉，影響銅的沉積，形成針孔，產(chǎn)生綠色斑點(diǎn)。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(jī)