上海高鹏金属材料有限公司
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全面解读电刷镀技术的发展

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发表时间:2019-07-30 14:57作者:一镀国际来源:环球电镀网网址:http://www.oneplating.com

全面解读电刷镀技术的发展

01

电刷镀介绍


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。 

02

电刷镀服务内容


(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。 

03

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。 


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、AlO,、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

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500%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)服役的纳米结构镀层和功能性纳米镀层开辟了新领域。

纳米材料的镀层制备,不仅可以发挥纳米结构材料的性能优势,还可最大限度地降低 因以纳米结构材料作为基材使用带来的高成本。 

(3)马亚军,徐龙堂等应用电刷镀技术制备了含有Ni包纳米粉的镍基复合镀层。

采用镍包裹纳米颗粒解决了粉粒在镀层中共沉积时的均匀分布难题。对复合镀层的表面形貌、组织特征、显微硬度等进行了测试,并提出了镍包纳米AlO,粉、镍包纳米SiC粉与镍共沉积的机理。

张玉峰等提出了纳米Ni—Z10 复镀层刷镀工艺,试验表明,镀层中的ZrO粒子复合量随镀液中ZrO 含量的增大而增大,时效热处理能明显提高镀层的硬度,经400℃时效热处理后,硬度达最大,纳米Ni—ZrO 复合镀层的高温耐磨性是基材(40Cr钢)的5~7倍。

这是由于复合刷镀层中纳米ZrO 的存在抑制了晶粒的长大,从而提高了镀层的硬度和耐磨性。复合刷镀纳米Ni—z 镀层具有优良的高温耐磨性,可用于高温下磨损后设备的修复处理(如处于600℃以上高温工作环境中的高速柴油机的缸体、发动机轴承衬垫和汽车燃气涡轮发动机主轴等修复)。

张伟等“川用含纳米金刚石粉的镍镀液电刷镀复合镀层,系统试验研究了复合镀层中纳米金刚石对镀层显微结构、力学性能及耐磨性能的影响。

结果表明,纳米金刚石的弥散强化作用,可有效改善镀层的生长、减小内应力,提高镀层的显微硬度。

含纳米金刚石粉的复合镀层在室温、高负荷下具有优良的抗疲劳和抗磨损性能,其耐磨性是纯镍镀层的4倍。 

3

电刷镀复合工艺的进展 

电刷镀技术与其它表面工程技术(特别是高能束流加工技术,如激光束、离子束等)的复合,是电刷镀复合工艺的重要发展方向。

可分为以电刷镀为前道工序的复合(电刷镀+其它表面工程技术)及以电刷镀为后道工序(其它表面工程技术+电刷镀)的复合。

其中,以电刷镀为前道工序时,后道工序的主要作用体现在对镀层的再处理上,此时可对已获得的刷镀层起到强化、增加界面结合强度、辅以镀层特殊性能等,也可以在已获得的镀层基础上,制备新材料层。如电刷镀与激光微精处理技术复合时,利用激光在一些重要摩擦副镀层表面,打出有规则的微凹体,可起到强化镀层,改善储油能力,提高摩擦副耐磨性能的作用;电刷镀与激光重熔、激光强化技术的复合时,经激光重熔或强化处理后的金属镀层或合金镀层,其刷镀层的结合强度、材料的表面性能均得以提高。

电刷镀与离子注入技术复合,在镍镀层、镍钨镀层、铜镀层上注入氮离子,使镀层得到强化,可进一步提高电刷镀镀层的耐磨性等。

电刷镀与钎焊技术复合时,在一些难钎焊材料上镀铜、锡、银等过渡性镀层,再行钎焊,可解决基体材料与钎焊材料间的性能差异,增强界面结合力。用于修复机床铸铁导轨划伤的“夹钎镀”即为典型的应用实例。 

在以电刷镀作为后道工序的复合时,若此时电刷镀作为最终加工工序,刷镀后的表面质量及刷镀层的误差决定了零件的最终质量;若刷镀之后还要补充加工,此时应留有加工的余量。

如电刷镀技术与热喷涂技术复合时,用热喷涂层迅速恢复尺寸,然后在涂层上进行电刷镀,堵塞喷涂层孑L隙以降低表面粗糙度和获得需要的涂层性能。

电刷镀与粘涂技术复合时,对于一些大型零件上的深度划伤、沟槽和压坑,在不便于堆焊、钎焊和热喷涂的部位,可先用粘涂导电胶填补沟槽,待胶固化后再在胶上电刷镀金属镀层。 

应该说能与电刷镀复合的表面工程技术很多,应该根据实际应用选择必要的复合技术,以达到最佳的协同效应,实现低成本、高性能表面工作层制备的要求。

04

电刷镀的应用


1

电刷镀技术在机械工程中的应用

电刷镀技术已在航空航天、机车车辆、船舶舰艇、石油化工、纺织印染、工程机械、电子电力、文物修复、工艺品装饰、局部镀金、渡银等方面获得大量应用。概括讲有以下方面:轴颈磨损的修复。孔类零件的修理。滚动轴承的修理。  

(1)电刷镀工艺能快速修复机械零部件的加工超差、磨损、凹坑及划伤,恢复磨损和超差零件的尺寸,满足公差要求; 

(2)在碳钢、不锈钢、铸铁(钢)、铜(合金)、铝(合金)等各类金属材料上均有良好结合力,镀层硬度高、耐磨性好、修复厚度能达到1.0mm以上,可满足各种修复的性能要求。新品刷镀保护层。用于提高零件的耐磨性、表面防腐性和抗高温氧化性; 

(3)模具的修理和防护。如表面刷镀镜面镀层,满足防腐及表面光泽度的要求,提高模具使用性能和寿命; 

(4) 大型和精密零件,如曲轴、油缸、柱塞、机体、导杆等局部磨损、擦伤、凹坑、腐蚀点等的修复; 

(5)改善零件表面的冶金性能。如改善材料的钎焊性,零件局部防渗碳、防渗氮等;

(6)改善轴承和配合面的过盈及配合性能。如增加过盈量、增加配合面的耐磨性及防腐性; 

(7) 印刷电路板的维修和保护。如插脚镀金,银等; 

(8) 电气触点、接头和高压开关的维修和防护; 

(9) 通常槽度难以完成的作业。如有缺陷的镀件修复、无法入槽的工件、已安装在设备上的工件、只需局部施镀的工件、部分深孔、盲孔等; 

(10)在常温下施工,保证基体不产生热变形和金相组织变化,延长零部件的使用寿命。如铸件沙眼、淬火裂纹修补,几乎看不出痕迹;

2

电刷镀技术在机械工程中的应用及展望

(1)对运动零部件磨损及损伤表面的修复是电刷镀在机械工程中的主要应用。

可分为外表面修复和内表面的修复。外表面如:活塞杆、发动机曲轴、传动轴和销轴、齿轮轴等各类外圆表面“引,以及作为机床运动基准的导轨平面。

内表面如:液压缸、轴承座内孔、轴套、箱体孔系等。对具有配合性能或间隙要求的组合件电刷镀可用作机床、夹具或组件间隙调整的方法。

如柴油机轴承间隙变大后,可在连杆轴承的瓦背上刷铜镀层,得到符合规定的轴承间隙,方便地满足工程使用要求。对于进口的机械设备如数控机床、加工中心等,由于零配件的价格昂贵、采购周期长,如采用电刷镀修复能使其维修成本降低、周期缩短,且维修后的表面性能可以超过原件的性能,经济效益非常显著。

同样,对于机械工程用各种模具破损零件的修复也是电刷镀修复的另一重要应用方面。同时,电刷镀技术还可用作各种模具的表面强化手段,对模具表面刷镀耐磨、耐冲或耐高温材料可提高各种机械工程用模具的使用寿命。这是最近几年来开辟的一个新应用领域。

(2)电刷镀因设备简单、工艺成熟、低温且参数可控等突出优点将被逐渐重视。

在基体上电刷镀薄金属层(厚度100μm以下)以改善表面性能和恢复尺寸是电刷镀技术最广泛的应用。

同时,电刷镀的纳米结构薄层,具有高耐磨、耐蚀性的同时,又具有高的硬度,与基体极好的结合力,可作为理想的保护性镀层;具有低的磨损率和较低的摩擦系数,可用于要有高的耐磨性又要有低的摩擦系数的场合,如汽车发动机和液压活塞。

电刷镀纳米合金可用于飞机起落架零件和汽车减震器、液压活塞。在核能发电机管道内表面电刷镀纳米晶结构,现场修复因晶间腐蚀及应力腐蚀导致开裂、破损的管道同样是电刷镀纳米晶材料的一项重要工业应用。


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