電刷鍍實(shí)驗(yàn)原理

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電刷鍍簡(jiǎn)介

電刷鍍是用電解方法在工件表面獵取鍍層的過(guò)程。其中的在于強(qiáng)化、提高工件表面性能，取得工件的裝飾性外觀、耐腐蝕、抗磨損和特別光、電、磁、熱性能；也可以轉(zhuǎn)變工件尺寸，改善機(jī)械協(xié)作，修復(fù)因超差或因磨損而報(bào)廢的工件等，因而在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。電刷鍍技術(shù)（簡(jiǎn)稱刷鍍技術(shù)）是電鍍技術(shù)中的一個(gè)重要分支，除了有上述的共同作用外，它更偏重于工件的修復(fù)應(yīng)用和中小批量工件的功能性表面強(qiáng)化。因此在實(shí)踐上更要求現(xiàn)場(chǎng)或在線施鍍，在保證鍍層品質(zhì)的基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)鍍層的快速高效沉積。刷鍍的基本過(guò)程是用裹有包套浸漬特種鍍液的鍍筆（陽(yáng)極）貼合在工件（陰極）的被鍍部位并做相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成鍍層，刷鍍電源串接于兩級(jí)之間。為了穩(wěn)定地向工件表面液層供應(yīng)足夠的被鍍金屬離子，高濃度的刷鍍液直接泵送或自然回流陰陽(yáng)極之間。

1.應(yīng)用

電刷鍍技術(shù)已在航空航天、機(jī)車車輛、船舶艦艇、石油化工、紡織印染、工程機(jī)械、電子電力、文物修復(fù)、工藝品裝飾、局部鍍金、渡銀等方面獲得大量應(yīng)用。概括講有以下方面：

(1)軸頸磨損的修復(fù)。

(2)孔類零件的修理。

(3)滾動(dòng)軸承的修理。

1、電刷鍍工藝能快速修復(fù)機(jī)械零部件的加工超差、磨損、凹坑及劃傷，恢復(fù)磨損和超差零件的尺寸，滿意公差要求；

2、在碳鋼、不銹鋼、鑄鐵（鋼）、銅（合金）、鋁（合金）等各類金屬材料上均有良好結(jié)合力，鍍層硬度高、耐磨性好、修復(fù)厚度能達(dá)到1.0mm以上，可滿意各種修復(fù)的性能要求。新品刷鍍愛(ài)護(hù)層。用于提高零件的耐磨性、表面防腐性和抗高溫氧化性；

3、模具的修理和防護(hù)。如表面刷鍍鏡面鍍層，滿意防腐及表面光澤度的要求，提高模具使用性能和壽命；

4、大型和精密零件，如曲軸、油缸、柱塞、機(jī)體、導(dǎo)桿等局部磨損、擦傷、凹坑、腐蝕點(diǎn)等的修復(fù)；

5、改善零件表面的冶金性能。如改善材料的釬焊性，零件局部防滲碳、防滲氮等；

6、改善軸承和協(xié)作面的過(guò)盈及協(xié)作性能。如增加過(guò)盈量、增加協(xié)作面的耐磨性及防腐性；

7、印刷電路板的修理和愛(ài)護(hù)。如插腳鍍金，銀等；

8、電氣觸點(diǎn)、接頭和高壓開關(guān)的修理和防護(hù)；

9、通常槽度難以完成的作業(yè)。如有缺陷的鍍件修復(fù)、無(wú)法入槽的工件、已安裝在設(shè)備上的工件、只需局部施鍍的工件、部分深孔、盲孔等；

10、在常溫下施工，保證基體不產(chǎn)生熱變形和金相組織變化，延長(zhǎng)零部件的使用壽命。如鑄件沙眼、淬火裂紋修補(bǔ)，幾乎看不出痕跡；

2.電刷鍍?cè)O(shè)備與溶液

專用電源為電刷鍍主要設(shè)備，采納無(wú)級(jí)調(diào)整電壓的直流電源，常用電壓范圍為0～50V。鍍筆是電刷鍍的主要工具，是由手柄和陽(yáng)極組成。陽(yáng)極是鍍筆的工作部分，石墨和鉑合金是抱負(fù)的不溶性陽(yáng)極材料，但石墨應(yīng)用最多，只在陽(yáng)極尺寸微小無(wú)法用石墨時(shí)才用鉑銥合金。在石墨陽(yáng)極上包扎脫脂棉包套，其作用是儲(chǔ)存電鍍液，防止兩極接觸產(chǎn)生電弧燒傷零件表面和防止陽(yáng)極石墨粒子脫落污染電鍍液。石墨陽(yáng)極的外形依被鍍零件表面外形而定。

電鍍?nèi)芤海罁?jù)用途不同有表面頂處理溶液、沉積金屬溶液、退鍍?nèi)芤旱取?/p>

(1)表面頂處理溶液：為了提高鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，被鍍表面必需預(yù)先進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)處理，包括電凈處理和活化處理，所以有電凈液和活化液。

電凈液：用電解的方法清除零件金屬表面上的油污和雜質(zhì)稱為電凈處理。電凈液為無(wú)色透亮?????的堿性溶液，－10℃不結(jié)冰，可長(zhǎng)期存放，腐蝕性小。零件電凈處理后用清水沖洗?；罨海河秒娊獾姆椒ǔチ慵饘俦砻娴难趸しQ為活化處理，目的是使零件表面露出金屬光澤，為鍍層與基體金屬結(jié)合制造條件。

(2)沉積金屬溶液：電刷鍍?nèi)芤阂话惴譃樗嵝院蛪A性兩大類。酸性溶液比堿性溶液沉積速度快1.5～3倍，但絕大部分酸性溶液不適用于材質(zhì)疏松的金屬材料，如鑄鐵，也不適用于不耐酸腐蝕的金屬材料，如錫、鋅等。堿性和中性電鍍?nèi)芤河泻芎玫氖褂眯阅埽色@得晶粒細(xì)小的鍍層，在邊角、狹縫和盲孔等處有很好的均鍍力量，無(wú)腐蝕性，適于在各種材質(zhì)的零件上鍍覆。

(3)退鍍?nèi)芤海河糜诔ゲ恍桢兏脖砻嫔系腻儗?，主要退除鉻、銅、鐵、鈷、鎳、鋅等鍍層。

3.電刷鍍工藝

(1)零件表面的預(yù)備：零件表面的預(yù)處理是保證鍍層與零件表面結(jié)合強(qiáng)度的關(guān)鍵工序。零件表面應(yīng)光滑平整，無(wú)油污、無(wú)銹斑和氧化膜等。為此先用鋼絲刷、丙酮清潔，然后進(jìn)行電凈處理和活化處理。

(2)打底層(過(guò)渡層)：為了進(jìn)一步提高工作鍍層與零件金屬基體的結(jié)合力，選用特別鎳、堿銅等作為底層，厚度一般為2μm～5μm。然后再于其上鍍覆要求的金屬鍍層，即工作鍍層。

(3)鍍工作鍍層：電刷鍍工作鍍層的厚度(半徑方向上)為0.3mm～0.5mm，鍍層厚度增加內(nèi)應(yīng)力加大，簡(jiǎn)單引起裂紋和使結(jié)合強(qiáng)度下降，乃至鍍層脫落。但用于補(bǔ)償零件磨損尺寸時(shí)，需要較大厚度，則應(yīng)采納組合鍍層。在零件表面上先鍍打底層，再鍍補(bǔ)償尺寸的尺寸鍍層。為避開因厚度過(guò)大使應(yīng)力增加、晶粒粗大和沉積速度下降，在尺寸鍍層間鍍夾心鍍層(不超過(guò)0.05mm)，最終再鍍上工作鍍層。

4.特點(diǎn)

(1)無(wú)電鍍槽，設(shè)備簡(jiǎn)潔，不受零件尺寸的限制；

(2)電鍍工藝簡(jiǎn)化，如：不需要包扎絕緣等；

(3)鍍層種類多：勻稱、不勻稱鍍層等；

(4)沉積速度快，是有槽電鍍的10～15倍，由此而得名。節(jié)省能源與工時(shí)。

(5)鍍后一般不要加工，鍍層厚度可掌握。

電刷鍍?cè)?/p>

電刷鍍是有槽電鍍技術(shù)的進(jìn)展，它仍舊依靠電流的作用來(lái)獲得所需的金屬鍍層。因此，很多一般電鍍的電化學(xué)原理和定律都適用于電刷鍍。

刷鍍使用特地研制系列刷鍍?nèi)芤骸⒏鞣N形式的鍍筆和陽(yáng)極，以專用的直流為能源。在電刷鍍過(guò)程中，鍍筆接電源的正極，作為電刷鍍時(shí)的陽(yáng)極；表面處理好的被鍍工件接電源負(fù)極，作為刷鍍時(shí)的陰極。鍍筆前端通常采納高純細(xì)石墨塊做陽(yáng)極材料，石墨塊外面包裹棉花和耐磨的滌面套，以儲(chǔ)存鍍液，并防止與工件直接接觸產(chǎn)生電弧，同時(shí)延長(zhǎng)鍍筆的連續(xù)工作時(shí)間。鍍筆與工件以肯定的速度做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整電源的輸出電壓至肯定工作電壓后，鍍液中的金屬離子在工件表面與陽(yáng)極接觸的各點(diǎn)上發(fā)生放電結(jié)晶。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，鍍層厚度增加。因此，電刷過(guò)程中發(fā)生的電結(jié)晶是由下列步驟組成的：

1、被鍍金屬離子或他們的絡(luò)離子向陰極表面或四周的遷移。

2、金屬離子或其絡(luò)離子在陰極表面或四周液層中發(fā)生絡(luò)離子配位體變化或配位數(shù)降低。

3、金屬離子在陰極上放電，變?yōu)橹行再|(zhì)點(diǎn)（分子或原子）。

4、原子在晶格中安排排列，即晶核的生成長(zhǎng)大。

金屬離子在陰極表面放電變?yōu)橹行再|(zhì)點(diǎn)后，并不直接進(jìn)入晶格，而是沿著晶體表面進(jìn)行著不規(guī)章的熱運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能遇到很多相同的質(zhì)點(diǎn)，這些質(zhì)點(diǎn)便聚集形成晶核沉積在陰極表面。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)聚集尺寸小于某一臨界值時(shí)，將是不穩(wěn)定的，會(huì)自動(dòng)分解恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)；當(dāng)質(zhì)點(diǎn)聚集尺寸大于某一臨界值時(shí)，則晶核就可連續(xù)長(zhǎng)大成為晶粒。隨著刷鍍過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，新的晶核不斷產(chǎn)生并長(zhǎng)大成為晶粒，各晶粒相互連接長(zhǎng)成一片，便形成了鍍層。晶粒的長(zhǎng)大則是通過(guò)金屬離子在晶體的頂角和棱角處放電、進(jìn)入晶格來(lái)進(jìn)行的。

由上述電刷鍍基本原理知：

1、電刷鍍需要直流電源，并在肯定的電壓下才能獲得所需要的金屬鍍層。

2、它需要電鍍液，而且電鍍液不是放在電鍍槽中，而且是浸滿包裹石墨陽(yáng)極的棉花、滌棉布中。由于使用不溶性陽(yáng)極，金屬離子是以更新鍍液來(lái)得到補(bǔ)充。

3、由于電流密度遠(yuǎn)大于有槽電鍍的電流密度，工件和陽(yáng)極之間需要不間斷的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

二、電刷鍍技術(shù)特點(diǎn)

電刷鍍是由電鍍進(jìn)展出來(lái)的一種表面技術(shù)。與有槽電鍍相比較，電刷鍍具有一系列傳統(tǒng)電鍍不具備的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（一）工藝特點(diǎn)

1、電刷鍍時(shí)，陽(yáng)極鍍筆與陰極工件始終保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

2、允許使用比槽鍍大幾倍到幾十倍的電流密度