电刷镀技术

电度是指利用电解的方法从一定的电解质溶液（水溶液、非水溶液）中，在经过处理的基体金属表面沉积层叫电沉积各种所需性能或尺寸的连续、均匀而附着沉积的一种电化学过程的总称。

电镀所获得的沉积层叫电沉积层或电镀层。

获得电镀层的技术属于表面工程技术中的覆盖层技术，属于原子沉积技术，是覆盖层技术领域较为古老而成熟且应用面较广泛的一种技术。

电镀广泛用于各种金属和非金属的防护，以及赋予这些金属和非金属的各种所需要的特殊性能或功能。

高级装饰防护和各种功能性电镀或两者兼具的电镀是电镀技术发展的重要趋势。

第4章电刷镀技术
4.1概述
4.1.1电刷镀技术的基本原理
电刷镀是应用电化学沉积的原理，在导电零件需要制备镀层的表面上，快速沉积金属镀层的表面技术，它是表面工程技术重要的组成部分。

电刷镀原理如图4-1所示。

电刷镀时，直流电源的负载通过电缆线与工件联接；正极通过电缆线与镀具（导电柄和阳极的组合体）联接。

镀具前端的经包裹的与刷镀表面仿形的阳极与工件表面轻轻接
触，含有欲镀金属离子的电刷镀专用镀液不断地供送到阳极和工件刷镀表面之间，在电场作用下，镀液中的金属离子定向迁移到工件表面，在工件表面获得电子还原成金属原子
M n+n e→M↓
还原的金属原子在工件表面上形成镀层。

电刷镀是电镀技术的一种特殊形式，又被称为“涂镀”、“无槽电镀”、“选择性电镀”、“擦镀”等。

电刷镀时被刷镀工件不需进入镀槽，包裹好的阳极必须与工件刷镀表面接触以便形成局部的“镀槽”。

阳极的面积通常都小于刷镀表面，为此阳极和工件刷镀表面必须作相对运动才能在欲刷镀的整个表面上沉积镀层。

电刷镀通常采用不溶性阳极，避免产生阳极钝化现象，同时电刷镀专用镀液里的金属离子含量高，所以电刷镀时的电流密度很大。

阳极（通过包套）与工件刷镀表面接触、相对运动、使用很大的电流密度（一般为槽镀的5～10倍）是电刷镀技术必须具备的三个基本条件。

这三个基本条件决定了电刷镀电源、电刷镀溶液、电刷镀工艺和电刷镀应用的一系列特点。

4.1.2电刷镀技术的特点
（1）电刷镀层具有良好的力学性能和物理-化学性能电刷镀层与金属基本的结合强度高。

例如，常用的镍镀层与碳钢的结合强度≥70MPa，在钛、铝、铬及高合金钢等难镀材料和石墨等非金属材料上也都具有很高的结合强度。

电刷镀技术中有一百多种镀液可供选用，可满足耐磨、耐蚀、减
摩、抗氧化、防辐射、导电、导磁、防渗碳防渗氮、改善钎焊性以及其他特定功能的需求。

（2）镀层厚度可精确控制利电刷镀专用电源上的镀层厚度控制系统，镀层厚度控制精度可达%。

10
（3）温升低电刷镀作业中，工件的温度≤70℃，不会引起工件的变形、表面金相组织的变化和产生残留应力等。

（4）工艺灵活、适应范围广
1）电刷镀技术可以在各种金属和能导电的非金属材料表面进行刷镀制备镀层。

2）镀层种类几乎包括了元素周期表中可以用电化学方法沉积的所有元素，可以制备单金属镀层、合金镀层、非晶态镀层、复合镀层、组合镀层等性能各异的镀层。

3）改变阳极的形态，可以在外圆、内孔、平面、曲面各种表面上镀层。

4）可以在各种尺寸的表面上刷镀，小至几毫米，大至几米的工件都有成功的电刷镀实践。

5）可以实现不解体刷镀和现场刷镀作业。

（5）生产效率高电刷镀的沉积速度一般是槽镀的5～20倍，而且辅助时间少，生产周期短，具有较高的生产率。

（6）对环境污染小
1)电刷镀溶液中不含剧毒物质（如氰化物），一般pH值为4～10。

2）电刷镀溶液可以回收循环使用，废液的排放量少。

3)溶液性能稳定，运输、存放无特殊要求。

（7）劳动强度大 适合于单件或小批量生产。

4.1.3 电刷镀技术的发展趋势
电刷镀技术在我国开发、推广应用已经有20多年了。

首先在维修部门得到推广和应用，节约了大量的能源、降低材料消耗、减少环境污染，并可以大幅度地提高零部件的使用性能和寿命，是当代“绿色再造工程”的重要组成部分。

在推广应用实践中，电刷镀技术本身得到了不断的完善和进步，取得了一批具有自主知识产权的科研成果，其中相当一部分在国内外处于领先地位。

电刷镀技术的进步和发展趋势主要体现在;
1.电刷镀溶液的进步
电刷镀溶液的体系将得到不断完善，品种规格向能更加满足实际应用工况发展，典型的有;
(1) 刷镀大厚度的溶液 目前电刷镀镍度层的厚度可以突破毫米级，如TDY112溶液，并将有更多的溶液可以实现这一目标。

(2) 镜面溶液 在粗糙度为m R a μ3.6的表面上，刷镀m μ5厚的镀层，即可获得低粗糙度、低孔隙率的镜面镀层。

(3) 复合镀层 不仅可以获得常规的如32O Al 等微粒的复合镀层，而且
可以获得所需性能的纳米级微粒的复合镀层。

(4) 非晶态镀层 可以获得不同磷含量的非晶态或晶态合金镀层。

(5) 固体制剂 部分电刷镀溶液以固体制剂形式的商品化供应。

2.电刷镀设备的进步和发展趋势
电刷镀设备的进步与发展趋势是向大容量、小型化、多功能和操作更方便方面发展。

（1)大容量容量5-500A，甚至更大。

（2)小型化电刷镀电源的体积小型、重量轻型，主要从主电路的进步来实现，主电路型式将有:调压--变压式、晶闸管式、逆变式、晶体管式等。

（3)多功能随着电刷镀技术与其他表面工程技术复合应用，电刷镀电源的开展，电刷电源开始向多功能化发展，例电刷镀—电弧喷涂电源、电刷镀—工模具修补机电源等。

3、电刷镀工艺的进步和发展趋势
电刷镀工艺在成功地解决常用材料、难镀材料和特殊表面的电刷镀工艺的基础上，创新与其他表面工艺技术复合、交叉，又衍生出许多源于电刷镀技术而又不同于电刷镀技术的新工艺方法，如：（1）流镀流镀的工艺形式是:阳极表面不进行包裹，阳极与刷镀表面不接触，保持0.5—5mm左右的间隙，镀液充分地供送到
阳极和刷镀表面，构成电的回路。

阳极和工件表面可以相对
运动，也可不作相对运动，如图4-2和图4-3所示。

（2）珩磨镀在刷镀过程中利用阳极和另设的珩磨块在沉积镀层的同时进行机械磨削的一种电刷镀工艺。

（3）使用电刷镀溶液的局部槽镀只要位置和条件许可，可采用电刷镀溶液对零部件的局部进行槽镀。

（4）脉冲静镀是在采用电刷镀溶液进行局部槽镀工艺中引入脉
冲工艺，可解决如花键槽的修复或化类的难题。

（5）电喷镀电喷镀是在阳极和刷镀表面不接触的情况下，靠连续喷射的电解液连通电的回路，完成沉积镀层的工艺方法。

（6）复合工艺将电刷镀技术与其他相关表面工程技术有机结合，可以收到意想不到的效果，例如：电刷镀—堆焊、电刷
镀—钎焊、电刷镀—高分子粘接、电刷镀—曹镀、电刷镀—
催渗或扩渗、电刷镀—热喷涂、电刷镀—化学镀等。

而且随
表面工程技术的进步，这个空间将会越开越广。

4、应用实践的进步与发展趋势
随着电刷镀装备、工艺等技术的不断完善和进步，电刷镀技术解决实际问题的能力不断增强，应用领域不断扩展，具备里解决国名经济中的重点、难点、热点技术问题的能力，例如：
(1)发电设备难点的公关采用电大厚度镀层技术修复3QFQS—200—2型发电机组励磁机侧密封瓦轴颈的深达2.5mm的大面积拉上，经三年运行后检测磨损量肌肤为零。

面前已有100多根此类轴颈成功的电刷镀修复实践。

此外还成功地解决了气缸结合面泄漏、整流子表面强化等难题。

(2)铁路提速道岔电板的防护和强化采用电刷镀技术后，不经解决了防锈问题，而且大大降低了尖轨与垫板尖的摩擦因素，提高了设备的安全性和可靠性。

4.2电刷镀溶液
4.2.1 电刷镀溶液的分类
按溶液在电刷镀工艺的作用和用途，将电刷镀溶液分成五类：
（1）表面准备溶液去除欲电刷表面的油、微量氧化膜好各种有机和无机杂质。

（2）沉积金属溶液该溶液一般又称为镀液，是在被镀表面沉积金属层的溶液。

按成分可分为单金属镀液、合金镀液、复合镀液、非晶态镀液等。

（3）退镀液从工件表面腐蚀去除金属或多于（不及格）镀层的溶液。

（4）钝化液和阳极化溶液在工件表面生成之谜的钝化膜的溶液。

（5）特殊用途溶液在工件表面获得特殊功能的表面层，如抛光、染色、发黑和防变色等。

4.3电刷镀设备和工辅具
电刷镀工艺所需的设备和工辅具主要有电刷镀专用电源、完成阴阳极相对运动的机械装置、镀层和工件表面机加工设备、阳极、镀笔、包裹材料等。

其中许多为通用装备和材料，电刷镀电源和镀笔等为电刷镀装用设备和工辅具。

4.3.1电刷镀专用电源
电刷镀专用设备具有：
1）从零到额定值的无级调节的直流输出。

2）快速过电流保护装置。

当工作电流超过额定值的10%时快速切断主电路，切断主电路的时间不宜超过0.035s。

3）输出极性的转换。

4）厚度控制装置。

专用电刷镀电源上设有镀层厚度控制装置，可以动态的显示刷镀过程中镀层厚度的值，控制精度可达±10%。

电刷镀电源的型号以主电路的形式来区分，目前主电路的主要形式有：5A、10A、30A、60A、75A、100A、120A、150A、300A、500A、1000A等规格。

常用电刷镀电源的设备系列见图4-4，其规格和主要技术参数见表4-19。

4.3.2镀笔
镀笔由阳极和导电手柄二部分组成。

导电手柄是阳极和电缆线的连接体，按能通过的电流分为：1号镀笔至5号镀笔几种规格，如图4-5所示。

电刷镀用的阳极分为不溶性阳极和可溶性两类，见图4-6。

不溶性阳极一般用石墨制作，小型的不溶性阳极也有用铂-铱合金制作的，但铂-铱合金的价格昂贵。

可溶性阳极为镀什么金属镀层就用什么金属材料制作阳极，用于制作阳极的金属必须按要求控制有害成分的含量。

目前有一种镀覆阳极，是在钛或不锈钢的基体上镀覆一层铂镀层（约5µm），这种阳极既具备了铂-铱阳极的化学稳定性，又大幅度降低了成本。

在电刷镀工艺中需用棉花和专用针织包套进行包裹，防止阳极在与刷镀表面的接触相对运动过程中产生短路。

4.6电刷镀技术的应用及典型实例
电刷镀技术已在我国的国防、交通运输、机械、电力、冶金、石油、化工、电子、矿山、纺织印染、航天航空、印刷、造纸、文物、装饰等部门获得了广泛的应用，取得了明显的技术经济和社会效益。

4.6.1电刷镀技术的应用
1.零件表面强化
由于电刷镀可以获得数量众多的单金属、合金和复合镀层，因此在某些场合下可以替代常规的表面强化工艺，获得高硬度、耐磨、减磨或耐蚀的表面强化层，可以简化工艺，提高零部件的使用寿命。

安全性和经济性。

2.零部件超差的修复
由于加工失误或零件使用过程中所引起的尺寸和几何精度超差，可以用电刷镀来进行修复，以恢复零部件的尺寸和使用性能，修复的零部件其性能常常优于新件。

3.零部件表面划痕、擦伤和凹坑等缺陷的修复
机床导轨、立柱、液压设备中的柱塞、缸体等，在服役时，意外原因造成表面拉伤、划伤或被腐蚀成凹坑损伤，都可用刷镀技术进行修复。

如柱塞表面产生微细划痕影响密封性能时，采用锡镀层填补划痕并进行研磨抛光；划痕、擦伤深度小于0.2mm时，用镍或铜镀层来填补，打磨至表面同一高度；划痕、擦伤深度大于0.2mm时，先用铜或锡软镀层填补，再在上面制备硬度层强化表面，也可以采用复合工艺进行修复。

零部件有使用温度要求和不便于用软金属镀层修复的，可用大厚度可溶性快速镍镀层，采用边刷镀边机械打磨修复工艺，进行反复刷镀、打磨至填补全缺陷，表面符合要求为止。

4.制备特殊功能及其他要求镀层
改善摩擦副的匹配；提高表面的导电、导磁、反光与吸光、防辐射与防氧化能力镀层；文物修补；印制电路板、电器触头、接头的维修等。

4.6.2电刷镀应用实例及效果
我国电刷镀技术的推广应用取得了丰硕的成果，表4-36是部分成功的实例。

表4-36 电刷镀应用实例及效果
零件名称刷镀层种类及厚度应用效果备注
铁路行业各种柴油机机体孔、主
轴承盖
快速镍δ=0～1mm可
溶性快速镍
A、B、C、D
比新件耐用
使用磨损事故变形
各种柴油机曲轴快速镍δ≦0.3mm A、B、C、D
避免不同等级的尺寸出现
在同一根轴上
柴油机活塞
快速镍δ≦0.3mm流镀
镍
A、B、C、D可
使用20万km
以上
第一环槽、活销孔磨损修
复，可实现多次重复修复主发电机转子轴、传动
花键主轴、柴油机连杆
快速镍δ≦0.15mm A、B、C、D 使用磨损修复
主牵引电动机转子轴、
变速箱体
快速镍δ≦0.2mm
A、B、C、D
比新件耐用
使用磨损修复、孔尺寸和几
何精度修复制动阀镍钴合金δ=0.02mm B、C、D 降低摩擦因素
柴油机主轴瓦连杆瓦铟δ=0.005mm D
新件保护，提高轴瓦在启动
和停机时的使用性能
提速道岔滑床垫钣
大厚度镍δ=0.01～
0.005mm
铟δ=0.005mm
B、D寿命和耐
磨性均大于9
亿t通过量
防锈、降低摩擦因素
机械设备行业各种机床的主轴箱
快速镍δ≦0.5mm
可溶性快速镍
A、B、C、D
主轴孔加工超差或磨损修
复
机床主轴快速镍≤1mm A、B、C、D 磨损或加工超差
机床立柱、导轨
锡-镍组合镀层修复拉
伤深度可达几毫米
A、C 立柱、导轨拉伤修复
6m龙门铇导轨铜-镍组合镀层A、C、D 拉伤长750mm，深度0.45mm 2000kn油压机柱塞锡-铋合金+快速镍A、B、C、D
基体上4条宽4mm深6mm
长1000mm划痕的修复
15000kN石墨电极挤压
机主柱塞、缸套
铜--镍钨--锡组合镀层A、B、C、D
柱塞拉伤面积2700×
430mm²深在0.5--6mm；缸
套拉伤面积900×430mm²
深0.5--3mm
电力、电器行业20万kw发电机主轴可溶性大厚度镍A、B、C、D
Φ420×100轴轻表面大面
积拉伤，最大深度达2.5mm 汽轮机气缸
快速镍δ≥0.5mm
可溶性快速镍
A、B、C、D
结合面变形，最大不平度
0.6mm
铝排母线银δ=0.03～0.05mm C、D
降低接触电阻，防止铝排表
面氧化
汽轮发电机组导电部位银δ=0.03～0.05mm D
提高传导、疏散瞬间反向电
流能力
汇流铜排、变压器母线银δ=0.03～0.05mm B、C、D 减少电阻，降低温升
20万kw汽轮发电机快速镍δ=0.10mm A、B、C、D 安装叶片的凸缘部加工超差
汽车行业汽车液压泵壳体、变速
器轴、后桥轴及差速器
快速镍δ=0.20mm A、B、C、D 内腔或轴承孔磨损修复
汽车曲轴及汽车缸体快速镍δ≦0.30mm
A、B、C、D及
B、C、D
轴颈磨损、缸体拉伤修复W5DL依发汽车气泵壳体
铜--镍组合镀层
δ=0.20～0.30mm
A、B、C、D 内腔磨损修复
轴瓦瓦背
铜或镍δ=0.10～
0.20mm
A、B、C、D 磨损修复
连杆铜套孔铜或镍δ=0.10mm A、B、C、D
尼桑40t拖车发动机缸
体
碱铜δ=0.01～0.03mm C
第三缸下部被连杆击穿一
直径为130mm的孔洞，刷镀
改善铝合金体钎焊性
坦克、农机、工程机械行业东方红-75型拖拉机焊
后大轴
快速镍
δ=0.30mm
快速铁
A、B、C、D 加工超差修复
18006推土机后桥轴、变
速轴、端盖
快速镍δ=0.20mm A、B、C、D
坦克变速器主轴、后桥
孔等
快速镍δ=0.30mm A、B、C、D
1m³WY100型挖掘机6135
发动机曲轴
快速镍δ=0.30mm A、B、C、D 曲轴主颈烧伤修复
模具方面塑料注塑模具
镜面镍δ=0.02～
0.05mm
Ni--P合金
B、D提高型腔
表面的硬度、
耐磨、耐蚀、
脱模性
经63万模生产后表面仍光
洁如新
锌基合金模具
快速镍δ
=0.05--0.10mm
B、D提高模具
表面硬度四
倍多
彩色电视机机壳模具快速镍δA、B、C、D 型腔面划伤、压痕修复
=0.30--0.50mm
T280--69 电动机轴孔冲模镍--钨“D”δ=0.10mm
A、B、C、D提
高压铸模使
用寿命四倍；
玻璃模寿命
十倍
鞋楦模光亮镍δ
=0.30--0.50mm
镜面镍
A、B、C、D
提高耐磨性、改善防污能
力，寿命提高十倍
矿山冶金石油勘探机械方面QY型倾斜式煤层掩护液
压支架
锌δ=0.05--0.10mm A、B、C、D
支架总重70t电刷现场不
解体修复防腐层
潜油电泵轴、札机人齿
轴、减速机轴、碎石机
偏心轴、榨机榨辊
快速镍δ
=0.20--0.30mm
A、B、C、D
泵长轴φ17.5mm×
400--600mm，人齿轴φ
400mm×2100mm，偏心轴长
2900mm，其他工艺难修复
油田抽油泵缸套高压阀
门芯阀座
镍-磷δ=0.05～
0.10mm
原泵缸套寿
命79天，刷
镀后寿命132
天
提高阀座锥面硬度
乙二醇溶液注入泵柱塞
镍-磷δ=0.05～
0.10mm
提高寿命3～
4倍
采用45调质钢加镀层代替
原18-8不锈钢
天然气排水采气工艺用
水泵轴
镍-磷δ=0.05～
0.10mm
提高寿命3倍
以上
提高耐H2S腐蚀能力
连续缩聚反应搅拌釜主
轴
快速镍δ=0.40mm
A、B、C、D 轴全长5.7m重1.6t
金刚石制造主机增压器
缸体
锡-铋合金+快速镍δ≥
0.60mm A、B、C、D
缸体内壁划伤320×11×
0.6（mm）压力700MPa
罗茨风机轴、矿井主扇
轴
快速镍δ≥1mm
A、B、C、D
最大磨损 2.15mm或拉伤
1mm
* A为恢复零件的尺寸和几何精度；B为提高硬度、耐磨性和
使用寿命；C为节约资金、有明显经济效益；D为改善使用性
能。