电刷镀_莒南县通达电子设备厂

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电刷镀

电刷镀
又称金属笔镀或快速电镀。借助电化学方法,以浸满镀液的镀笔为阳极,使金属离子在负极(工件)表面上放电结晶,形成金属覆盖层的工艺过程。镀笔为不溶性阳极,镀液采用有机络合物的金属盐水溶液,刷镀时镀笔与工件表面接触并不断地移动。
基本原理
电刷镀是依靠一个与阳极接触的垫或刷提供电镀需要的电解液,电镀时,垫或
刷在被镀的阴极上移动的一种电镀方法。电刷镀使用专门研制的系列电刷镀溶液、各种形式的镀笔和阳极,以及专用的直流电源。工作时,工件接电源的负极,镀笔接电源的正极,靠包裹着的浸满溶液的阳极在工件表面擦拭,溶液中的金属离子在零件表面与阳极相接触的各点上发生放电结晶,并随时间增长逐渐加厚,由于工件与镀笔有一定的相对运动速度,因而对镀层上的各点来说是一个断续结晶过程
技术特点
电刷镀镀层的形成从本质上讲和槽镀相同,都是溶液中的金属离子在负极(工件)上放电结晶的过程。但是和槽镀相比,电刷镀中镀笔和工件有相对运动,因而被镀表面不是整体同时发生金属离子还原结晶,而是被镀表面各点在镀笔与其接触时发生瞬间放电结晶。因此,电刷镀技术在工艺方面有其独特之处,其特点可归纳如下:
1、设备简单,不需要镀槽,便于携带,适用于野外及现场修复。尤其对于大型、精密设备的现场不解体修复更具有实用价值。
2、工艺简单,操作灵活,不需要镀的部位不要用很多的材料保护。
3、操作过程中,阴极与阳极有相对运动,故允许使用较高的电流密度,它比槽镀使用的电流密度大几倍到几十倍。
4、镀液中金属离子含量高,所以镀积速度快(比槽镀快5倍~10倍)。
5、溶液种类多,应用范围广。已有一百多种不同用途的溶液,适用于各个行业不同的需要。
6、溶液性能稳定,使用时不需要化验和调整;无毒,对环境污染小;不燃、不爆,储存、运输方便。
7、配有专用除油和除锈的电解溶液,所以表面预处理效果好,镀层质量高,结合强度大。
8、有不同型号的镀笔,并配有形状不同、大小不一的不溶阳极,对各种不同几何形状及结构复杂的零部件都可修复。某些阳极也可使用可溶性阳极。
9、费用低,经济效益大。
10、镀后一般不需要机械加工。
11、一套设备可在多种材料上刷镀,可以镀几十种镀层。获得复合镀层非常方便,并可用叠层结构得到大厚度镀层。
12、镀层厚度的均匀性可以控制,既可均匀镀,也可以不均匀镀。
技术用途
1、修复槽镀产品的缺陷。
2、修复加工超差件及零件的表面磨损,恢复其尺寸精度和几何形状精度。3、修复零件表面的划伤、沟槽、凹坑、斑蚀。
4、强化新品表面,使其有较高的力学性能和较好的物化性能。
5、制备零件表面的防护层,如要求表面耐腐蚀、耐高温、耐氧化,对铝及铝合金表面进行氧化处理。
6、完成槽镀难于完成的作业。如:
(1)零件太大或要求特殊而无法槽镀。
(2)工件难以拆装或拆装运输费用昂贵,对大型设备现场修理。
(3)只需局部镀的大件或镀盲孔。
(4)零件浸入镀槽会引其他部位的损坏或污染镀液。

电刷镀设备
现代电刷镀技术要求有专用的设备和工辅具。它包括电源装置,一整套齐备的镀笔工具和可更换的阳极及包裹材料,还有夹持零件转动的转胎和其他辅助工具。
电源
电源是实施电刷镀的主要设备,是用来提供电能的装置。因此,必须达到下列设计要求:
1、电源必须具备变交流电为直流电的功能,并要求负载电流在较大范围内变化时,电压的变化很小。2、输出电压应能无级调节,以满足各道工序和不同溶液的需要。常用电源电压可调节范围为0V~30V,大功率电源最高电压可达到50V。
3、电源的自调作用强,输出电流应能随镀笔和阳极接触面积的改变而自动调节。4、电源应装有直接或间接地测量镀层厚度的装置,以显示或控制镀层的厚度。5、有过载保护装置。当超载或短路时,能迅速切断主电路,保护设备和人员安全。6、电源应体积小、质量轻,工作可靠,操作简单,维修方便。
国内有许多厂家生产电刷镀电源,以其控制和输出形式,大体有恒压式、恒流式、脉冲式三种类型。其组成部分和工作原理是基本相同的,一般主要由整流装置、安培小时计、过载保护电路及其他一些辅助电路组成。
镀笔
镀笔由阳极与镀笔杆组成,镀笔杆包括导电杆、散热器、绝缘手柄等。1、阳极的分类及选用
按所使用的材料阳极可分为:石墨阳极、铂铱合金阳极、不锈钢阳极、可溶性阳极和其他材料阳极。为了适应不同形状和不同尺寸工件的需要,可将阳极制作成圆柱、半圆、月牙、平板、方条、线状等各种形状。在实践操作中,选用什么形状及多大尺寸的阳极,要根据待镀工件表面的形状和大小平决定。例如:线细状阳极适用于填补沟槽、凹坑;圆柱状阳极用于内径或小平面,半圆形阳极用于内孔或平面;月牙形阳极用于外圆;平板形阳极用于平面或外圆等。
一般小面积刷镀,设计的阳极工作面积占被镀面积的1/5~1/3为最佳。但刷镀大面积时,由于受材料大小和强度的限制,不可能做成很大尺寸的阳极,所以只能根据现有材料的尺寸,做出尽量大的阳极来使用。
2、阳极的包裹及包裹材料
阳极外表面如不用适当的材料包裹是不允许直接用来刷镀的。阳极包裹的作用是储存镀液,防止阳极与工件直接接触短路,以免烧伤工件。同时对阳极表面腐蚀下来的石墨粒子和其他杂质起到机械过滤作用。
常用的包裹材料主要是医用脱脂棉,涤纶棉套,或人造毛套等。包裹时,一般先在阳极表面上包一层适当厚度的脱脂棉花,外面再用涤纶棉套或人造毛套裹住。
阳极的包裹主要是将与工件接触的表面包起来。包裹圆柱、平板形阳极的步骤和方法是:(1)将脱脂棉花撕成片状(厚度约3mm~6mm)。(2)根据阳极形状和大小,用剪刀将棉花剪成条状。
(3)用棉花条沿阳极外表面包裹。棉花的开头与收尾应扯成楔形,使棉套紧密均匀。(4)选择适当尺寸的涤纶绵套套住棉花,并用橡皮筋捆紧,以提高棉套的耐磨性。
阳极的包裹层厚度要均匀、适当。太厚时,虽然储存镀液多,但电阻大,沉积速度慢,太薄时,储存镀液少,容易磨穿,造成工件局部过热,甚至发生短路,影响镀层质量。包套厚度一般取5mm~15mm(指包套在虚态情况下)。
3、镀笔的使用和保管
在刷镀时,对于每一种溶液都必须有一支或几支专用镀笔。每支镀笔使用前都必须先在笔杆上贴上所用镀液的名称标签,不能混用。
镀笔用完后要用清水冲洗干净分别存放,不能混放,更不能混用,尤其是镀铜与镀镍的镀笔不能混用,以免镀液互相污染。下一次使用镀笔前,应注意检查电缆线插孔处是否有锈蚀,若有锈蚀,要拆卸清理干净。
石墨阳极长时间使用也会被腐蚀,可用锉刀、刮刀等工具将表面腐蚀刮除,继续使用。过度腐蚀就要报废。
阳极包套一旦磨穿就要及时更换。换下的棉花一般不能再用,较干净的棉花可用水冲冼,晒干后继续使用。
用过的镀笔,长时间不再用时,应将阳极、锁紧螺帽、导电杆、散热器分别拆开,清理干净后分别保管,以备再用。
辅助器具及材料
1、转胎
它是用来夹持零件转动的设备。为了满足阴极和阳极之间相对运动速度的要求,减少劳动强度,对于轴类零件的电刷镀,它是不可缺少的设备。
2、盛液杯、塑料盘、挤压瓶
盛液杯用来盛装镀液,塑料盘用来回收镀液或废水,挤压瓶用来盛冲洗水或装镀液作为供送镀液的器具。
3、手提式电机、各种小砂轮、油石、刮刀
这些是用来清理、整形工件的划痕、沟槽、凹坑等缺陷和修整镀层不可缺少的一整套工具。4、绝缘胶带、塑料布
绝缘胶带和塑料布用来粘贴和遮蔽工件的非镀面,防止污染和腐蚀。5、剪刀、橡皮筋、针和线
剪刀用于剪棉花和涤棉套,橡皮筋做捆扎包套用,针和线用来缝合包套。

电刷镀溶液
电刷镀溶液与有槽电镀溶液相比有明显的特点。大多数金属镀液都是有机鳌合物的水溶液;
除了小部分有特殊要求的镀液(金、银)外,其余的镀液都不含有氰化物;镀液中金属离子含量高,沉积速度快;部分溶液的酸性或碱性较强,多数溶液的pH值在4~10之间,其腐蚀性小。酸性镀液一般比碱性镀液的沉积速度快,但酸性镀液一般不宜直接在组织疏松的材料上起镀;碱性镀液和中性镀液比酸性镀液的沉积速度慢些,但是它们的镀覆工艺性能和镀覆层的力学性能是比较好的。
电刷镀溶液分为表面预处理溶液、单金属镀液、合金镀液、退镀液和钝化液5大类,共18个系100多个品种。
电刷镀溶液质量的好坏直接关系到工件的修复质量。一般来讲,对电刷镀所用溶液有以下要求:
(1)溶液长时间不用时,不应有沉淀、变色、变质发生;
(2)镀液中金属离子浓度较为恒定;
(3)镀液利用率高,用过的废液对环境污染少或无污染;
(4)镀液对人体伤害少或是绿色环保镀液。
表面预处理溶液
用于表面预处理的溶液主要有电解除油液(电净液)和对表面电解刻蚀(除锈)的活化液。
1号电净液
该溶液为无色透明的碱性水溶液,pH=13,冻点为-10℃。可以长期存放,腐蚀性小。1号电净液具有较强的去油污能力,并且有轻微的去锈蚀作用,适用于所有金属表面的电解除油。其操作工艺规范为:
工作电压8V~15V
相对运动速度60mm/s~130mm/s
电源极性正接(高强度钢除外)
0号电净液
这是一种与1号电净液性能相似的除油溶液。无色透明,pH=13,冻点为-10℃,可长期存放。0号电净液的除油效果比1号电净液要好,尤其适用于铸铁等组织疏松材料。操作工艺规范为:
工作电压8V~15V
相对运动速度60mm~130mm电源极性正接
1号活化液
该溶液无色透明,呈酸性,pH=0.4,冻点为-15℃,可长期存放。1号活化液有去除金属表面氧化膜和疲劳层的能力,对基体腐蚀较慢,适用于低碳钢、低碳合金钢以及白口铸铁等材料的表面活化处理。活化时按以下工艺规范操作:
工作电压8V~15V
相对运动速度100mm/s~160mm/s电源极性正接或反接
2号活化液
溶液的pH=0.3,无色透明,冻点为-17℃,可长期存放。2号活化液具有较强的去除金属表面氧化膜和疲劳层的能力,对基体腐蚀快,适用于中碳钢、中碳合金钢、高碳钢、高碳合金钢、铝和铝合金、灰口铸铁、镍层以及难熔金属的活化处理。也可用于去除金属毛刺和剥蚀镀层。操作工艺规范为:
工作电压6V~14V
相对运动速度100mm/s~160mm/s电源极性反接
3号活化液
3号活化液呈淡绿色,pH=4,冻点为-9℃,可长期存放。3号活化液对铁素体基体的作用较弱,甚至不起作用,而对碳化物的作用很强。因此除对铜等少数材料活化时单独使用外,一般与其他活化液(1号、2号)配合使用。主要用途是去除中、高碳钢、铸铁等材料经1号、2号活化液活化后表面出现的炭黑层,以提高镀覆层与基体的结合强度。其操作工艺规范为:
工作电压10V~25V
相对运动速度100mm/s~130mm/s电源极性反接
4号活化液
该溶液无色透明,pH=0.2,冻点为-18℃,可长期存放。4号活化液腐蚀能力很强,适用于钝化状态的铬、镍钢或者经上述活化液活化后仍难施镀的基体材料的活化处理。也可用于去除金属毛刺和剥蚀旧镀层。操作工艺规范为:
工作电压10V~25V
相对运动速度100mm/s~160mm/s电源极性反接
单金属镀液
镀镍溶液
1、镍的性质和用途
在表面镀覆技术中,镍是应用最广泛的镀层。尤其在机械零件修复和强化零件表面用得最多。这是因为镍镀层具有优良的物理、化学和力学性能。镍镀层在真空中有很好的化学稳定性,不易变色。镍有很强的钝化能力,能够迅速地生成一层很薄的钝化膜,所以在常温下能很好地抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀。例如:镍在有机酸中很稳定,在浓硝酸中处于钝化状态,在硫酸和盐酸中溶解缓慢,但易溶于稀硝酸中。
电刷镀镍层具有较高的硬度,并有较好的塑性。因此,被广泛应用于要求硬度高、耐磨性好的零件表面。镍还有较好的抗高温氧化性能,在温度高于600℃时,表面才被氧化。
电刷镀的镍层晶粒很细小,具有良好的抛光性能。经抛光的镀镍层可以得到很光亮的外表,在大气中可长时间保持光泽性。
2、特殊镍的性能、用途及工艺条件
特殊镍溶液是一种强酸性镀液,pH=1,颜色呈深绿色,有较强的醋酸味。溶液中镍离子含量为85g/L,密度1.23g/cm,镀层硬度HB550。
特殊镍与绝大多数金属基体(铸铁等疏松材料除外)都有很高的结合力,镀层致密,耐磨性好。主要用作在钢、铝、铜、不锈钢、铬、镍等材料上镀底层或中间夹心层,也可用作镀覆耐磨层。用在不锈钢、铬、镍上镀底层时,为使其与基体结合良好,通常在酸性活化后,不用水漂洗而直接镀特殊镍。操作时先不通电,用镀笔蘸上溶液将被镀表面擦拭一遍,通电后,先用18V冲击镀一遍被镀表面,然后降至12V,相对运动速度100mm/s~160mm/s,工件接电源正极。3、快速镍的性能、用途与工艺规范
该溶液略呈碱性,pH=7.5~7.8,蓝绿色,可嗅到氨水气味,镍离子含量为53g/L,密度1.5g/cm3,镀层硬度HRC45~48。溶液的特点是沉积速度快,镀覆层硬度高,抗磨损,并且耐腐蚀性也较好。可在各种材料上镀覆工作层、恢复尺寸层或镀复合层,更适用于铸铁上镀底层。工艺规范如下:
工作电压10V~15V
相对运动速度130mm/s~250mm/s电源极性正接
在10V~15V电压,130mm/s~250mm/s相对运动速度下,电刷镀的快速镍镀层的硬度较高,并具有良好的耐磨性,其硬度和耐磨性指标等于或高于45号钢淬火加180℃回火后的硬度和耐磨性。硬度的峰值出现在12V及180mm/s附近,大小约为HV668。耐磨性的峰值出现在14V及180mm/s附近,大小约为45号钢淬火加180℃回火后的1.7倍。
4、碱性镍的性能、用途与工艺规范
溶液pH=8.5,呈蓝绿色,镍离子含量为54.4g/L,镀层硬度HB500。镀液的沉积速度快,有良好的工艺性。镀层组织细密,颜色均匀,应力低,可镀层厚。适用于各种材料上镀尺寸层或工作层。可代替中性镍使用。工艺规范如下:
工作电压8V~14V
相对运动速度130mm/s~200mm/s电源极性正接
5、中性镍的性能、用途与工艺规范
该溶液呈深绿色,pH=7,镍离子含量为28g/L,镀层硬度HB500。镀液的沉积速度快,有良好的工艺性。镀层组织细密,颜色呈银白色,耐腐蚀性好。可用于修补薄镀层,作铸铁的底层,也可作为铜与酸性镉的交替层。工艺规范如下:
工作电压10V~14V
相对运动速度100mm/s~160mm/s电源极性正接
6、低应力镍的性能、用途与工艺规范
这是一种专为沉积厚镀层时提供夹心层而研制的溶液。溶液pH=3.5,呈绿色,镍离子含量为75g/L,密度1.20g/cm3,硬度HB350。
使用时先将镀液预热到50℃,可以得到组织细密、具有压应力或较小拉应力的镀覆层。主要用于复合镀层中的夹心层,也可作为保护镀层。工艺规范如下:
工作电压8V~14V
相对运动速度100mm/s~160mm/s电源极性正接[5] 
镀铜溶液
铜是玫瑰红色的金属,原子量63.54,密度8.92g/cm3,熔点为1083℃。铜溶液有沉积速度快,镀层硬度适中的特点,所以被广泛用作快速恢复尺寸层或镀厚层。也可用来改善导电性、钎焊性或在钢件上镀防渗碳、防渗氮层。
1、碱性铜的性能、用途与工艺规范
碱铜溶液呈蓝紫色,pH=9.2~9.8,金属铜含量为62g/L,密度1.14g/cm3,镀层硬度HB250。镀液沉积速度快,腐蚀性小,最常用作快速恢复尺寸层和填补沟槽;特别适用于铝、铸铁或锌等难镀材料上镀覆;在钢件上镀覆时,最好先用特殊镍打底,以便获得更高的结合力。镀层组织细密,厚度在0.01mm时,就有良好的防渗碳、防渗氮能力。其工艺规范如下:
工作电压10V~14V
相对运动速度100mm/s~200mm/s电源极性正接
2、高速酸性铜的性能、用途与工艺规范溶液呈深蓝色,pH=1.5,金属铜含量为116g/L,密度1.28g/cm3,镀层硬度HB300。该镀液有较高的沉积速度,主要用于大厚度快速恢复尺寸,填补凹槽。镀液腐蚀性大,镀前应将邻近的非镀覆表面保护好。镀层平滑致密,比酸性铜镀层硬,容易机械加工。高速铜在大电流密度下镀覆时晶粒易变粗,应保证镀液的连续供给。该溶液不能直接在钢(某些不锈钢除外)及少数贵金属上镀覆,镀前要用镍打底层。在铜基体上镀覆高速酸铜时,应在通电前先用该溶液湿润被镀表面。其工艺规范如下:
工作电压8V~14V
相对运动速度160mm/s~250mm/s电源极性正接
3、高堆积碱铜的性能、用途与工艺规范
镀液呈紫色,pH=8.5~9.5,金属铜含量为82g/L,密度1.28g/cm3,镀层硬度HB250。镀液有较高的沉积速度,能获得厚镀层,镀层应力小。该镀液无腐蚀性,用途很广泛,主要用于镀覆尺寸层。特别推荐在镉或锡零件上填补凹坑,也可用于印刷电路板的修理。其工艺规范如下:
工作电压8V~14V
相对运动速度130mm/s~200mm/s电源极性正接[6] 
合金镀液
合金镀层是指含两种或两种以上金属的镀层。合金分机械混合、固溶体和金属化合物三种结构形式。合金镀层具有单一金属镀层所不能达到的性能,它比单一金属镀层更能满足对金属制品表面提出的更高要求。合金镀层都具有一些优异的理化性能和力学性能,如抗腐蚀、耐高温,较高的硬度和耐磨性,优美的外观和较好的钎焊性等,因此,它们被广泛地用作防护、装饰、耐磨和其他功能性镀层。例如:镍-钨、镍-钴合金镀层,不但硬度高、耐磨损,而且耐高温,可作轴承、活塞、气缸、模具等零件的防护工作层。
镍-钨合金溶液
该溶液呈绿色,pH=2~3,溶液中含镍85g/L,含钨15%,镀覆层硬度HB750。溶液性能很稳定。镀层硬度高,抗磨损,主要用作耐磨件镀覆工作层,镀覆层厚限制在0.03mm~0.07mm范围内为最好。因此,可作为其他镀层的覆盖层,对较厚的镀层可先镀一层酸性镍或低应力镍。也可以与特殊镍交替镀覆叠镀层,操作时,每层镍-钨合金都要用油石或砂纸打磨光滑,经电净与1号活化液处理后,再镀特殊镍。工艺规范如下:
工作电压10V~15V
相对运动速度60mm/s~160mm/s电源极性正接
镍-钨(D)合金溶液
该溶液呈深绿色,pH=1.4~2.4,含镍80g/L,镀覆层硬度HRC55。该溶液有比镍-钨合金更优良的性能,硬度和耐磨性更高;可获得较厚的镀覆层,残余应力小。在高强度钢上镀覆氢脆性很小,在某些难镀金属上镀覆都能得到较好的结合力。主要用于各种零件上镀覆工作层。工艺规范与镍-钨合金相同。
镍-钴合金溶液
浅绿色,pH=3.2,常温下有酸性气味。镀层沉积速度快,韧性及耐热性好,镀厚能力强,镀层硬度约为HRC50~55,工艺规范如下:
工作电压3V~8V
相对运动速度160mm/s~230mm/s电源极性正接
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