电刷镀技术的原理特点及应用讲课讲稿

电刷镀技术的原理特

点及应用

电刷镀技术的概况、应用及前景

一、电刷镀技术的介绍

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。

二、电刷镀技术的服务内容

（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｡

三、电刷镀技术的新发展

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、A1 0，、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A1 O，中加入5 tool％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A1：0，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 oC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

6OO oC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