摘要:電刷鍍技術(shù)是再制造技術(shù)和表面工程技術(shù)的重要組成部分, 具有設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單, 被層種類多、沉積快、性能優(yōu)良等特點(diǎn), 廣泛應(yīng)用于機(jī)械零件表面修復(fù)與強(qiáng)化。本文介紹了電刷被的原理、特點(diǎn)、常用電劇被溶液配方及電刷鍍工藝和規(guī)范參數(shù), 展望了電別樁技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)健詞：電刷鍍、表面工程、電凈、活化
電刷鍍是依靠一個(gè)與陽(yáng)極接觸的墊或刷, 并提供電鍍需要的電解液, 電鍍時(shí), 墊或刷在被鍍的陰極上移動(dòng)的一種電鍍方法。它是一種很有發(fā)展前途的
表面工程維修技術(shù), 特別是在現(xiàn)場(chǎng)不解體修理, 或?qū)δ承┯闷渌椒y以修理的大型、復(fù)雜和貴重、精密零件進(jìn)行修復(fù), 以及為了獲得小面積和高性能的薄
被蓋層時(shí), 采用電刷鍍的方法可收到良好效果, 充分顯示出無(wú)可比擬的優(yōu)越性。其應(yīng)用范圍包括以下幾個(gè)方面: 恢復(fù)磨損零件的尺寸精度與幾何形狀精度;修補(bǔ)零件表面的劃傷溝槽、壓坑; 補(bǔ)救加工超差產(chǎn)品; 改善和提高表面的抗磨、防腐蝕、耐高溫氧化等性能; 裝飾零件表面。
1.電刷鍍的甚本原理

電刷鍍使用專門研制的刷鍍?nèi)芤? 各種形式的鍍筆和陽(yáng)極, 以及專用的直流電源, 電刷鍍工作原理如圖1 所示。工作時(shí), 工件接電源的負(fù)極, 鍍筆接電源的正極. 靠包裹著的浸滿鍍液的陽(yáng)極在工件表面擦拭。鍍液中的金屬陽(yáng)離子在直流電場(chǎng)的作用下向陰極表面遷移, 并獲得電子還原為金屬原子, 形成結(jié)晶而沉積成刷鍍層。
2.電刷鍍的特點(diǎn)
金屬電刷鍍的原理與一般槽鍍相同, 但金屬電刷鍍不同于槽鍍。其鍍層不是在鍍槽里獲得, 而是用浸滿鍍液的電刷鍍筆在工件上刷涂而獲得的。因此,電刷鍍與一般槽鍍相比有如下特點(diǎn)。
2.1 設(shè)備特點(diǎn)
電刷鍍?cè)O(shè)備多為便攜式或可移動(dòng)式, 體積小、重量輕, 便于拿到現(xiàn)場(chǎng)使用或進(jìn)行野外搶修。不需要鍍槽, 也不需要掛具, 設(shè)備數(shù)量大大減少。占用場(chǎng)地少, 設(shè)備對(duì)場(chǎng)地設(shè)施的要求大大降低。一套設(shè)備可以完成多種鍍層的電刷鍍。鍍筆(材料主要采用高純細(xì)石墨, 是不溶性陽(yáng)極。石墨的形狀可根據(jù)需要制成各種樣式, 以適應(yīng)被鍍工件表面形狀為宜。電刷鍍, 也可以采用金屬材料作陽(yáng)極。設(shè)備的用電量、用水量比槽鍍少得多, 可以節(jié)約能源、資源。
2.2 鍍液特點(diǎn)
電刷鍍?nèi)芤捍蠖鄶?shù)是金屬有機(jī)配合物水溶液,配合物在水中有相當(dāng)大的溶解度, 并且有很好的穩(wěn)定性。因而鍍液中金屬離子含量通常比槽鍍高幾倍到幾十倍。不同鍍液有不同的顏色, 透明清晰, 沒(méi)有渾濁或沉淀現(xiàn)象, 便于鑒別。性能穩(wěn)定, 能在較寬的電流密度和溫度范圍內(nèi)使用, 使用過(guò)程中不必調(diào)整金屬離子濃度。不燃、不爆, 無(wú)毒性, 大多數(shù)鍍液接近中性, 腐蝕性小。因而能保證手工操作的安全, 也便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。
2.3工藝特點(diǎn)
 電刷鍍區(qū)別于槽鍍的最大工藝特點(diǎn)是鍍筆與工件必須保持一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。正是由于這一特點(diǎn), 帶來(lái)了電刷鍍一系列優(yōu)點(diǎn)。由于鍍筆與工件有相對(duì)運(yùn)動(dòng), 散熱條件好。在使用大電流密度電刷鍍時(shí), 不易使工件過(guò)熱, 其鍍層的形成是一個(gè)斷續(xù)結(jié)晶過(guò)程。鍍液中的金屬離子只是在鍍筆與工件接觸的那些部位放電還原結(jié)晶。鍍筆的移動(dòng)限制了晶粒的長(zhǎng)大和排列。因而鍍層中存在大量的超細(xì)晶粒和高密度的位錯(cuò), 這是鍍層強(qiáng)化的重要原因。鍍液能隨鍍筆及時(shí)送到工件表面, 大大縮短了金屬離子擴(kuò)散過(guò)程, 不易產(chǎn)生金屬離子貧乏現(xiàn)象。加上鍍液中金屬離子含且高, 允許使用比鍍槽大得多的電流密度,因而鍍層的沉積速度快。使用手工操作, 方便靈活,尤其對(duì)于復(fù)雜表面凡是鍍筆能觸及到的地方均可鍍上, 非常適用于大設(shè)備的不解體現(xiàn)場(chǎng)修理。
3. 電刷鍍?nèi)芤?br /> 電刷鍍?nèi)芤菏请娝㈠兗夹g(shù)的關(guān)鍵部分, 根據(jù)其用途分為表面處理液、金屬電刷鍍液( 它又分為單金屬電刷鍍液和合金電刷鍍液)、退鍍液和鈍化液。共計(jì)5 大類18 個(gè)系列, 近100個(gè)品種。
4. 電刷鍍工藝
4.1 電凈處理
電凈的目的是通過(guò)電化學(xué)處理去除工件表面的油膜, 一般用陰極電凈法(工件接負(fù)極)。帶棉花包套的鍍筆蘸滿電凈液后在工件表面反復(fù)擦抹, 在電
場(chǎng)作用下電凈液中氫離子遷移至工件表面, 獲得電子成氫原子聚合為氫分子,以氣泡形式逸出, 依靠氣泡機(jī)械力將工件表面油膜撕破并被電凈液中乳化劑乳化, 被鍍筆和電凈液帶走, 從而清除工件表面的油膜。陽(yáng)極電凈( 工件接正極)時(shí)工件表面產(chǎn)生少量氧氣, 氣泡體積大使表面堿性下降減弱皂化作用, 氣泡在表面滯留時(shí)間短, 逸出時(shí)帶油能力弱, 故去油能力較差。電凈工藝規(guī)范: 電凈液, 正或反極性,10-20V。
4.2 活化處理
活化的實(shí)質(zhì)是通過(guò)電化學(xué)和化學(xué)作用徹底除去鍍件表面的氧化膜和其它雜質(zhì), 使電刷鍍層與基體金屬牢固地結(jié)合?；罨梢栽陉?yáng)極上進(jìn)行, 也可以在陰極上進(jìn)行。陽(yáng)極活化時(shí), 工件接正極, 氧化皮的去除是借助于金屬的電化學(xué)和化學(xué)溶解, 以及金屬上析出氧氣泡的機(jī)械剝離作用。陰極活化時(shí),工件接負(fù)極,氧化皮的去除是借助于析出的氫對(duì)氧化物的還原和機(jī)械剝落作用。選用陽(yáng)極還是陰極活化,必須考慮它們各自的特點(diǎn)。陰極活化的特點(diǎn)是基體金屬幾乎不受浸蝕, 但易引起氫脆。另外, 陰極浸蝕時(shí), 往往有雜質(zhì)和污物在零件表面上沉積出來(lái)。所
以, 大多數(shù)情況下采用陽(yáng)極活化。對(duì)于幾何形狀要求嚴(yán)格的零件, 為了防止陽(yáng)極活化時(shí)出現(xiàn)過(guò)漫蝕缺陷, 則聯(lián)合進(jìn)行陰、陽(yáng)極活化較好。即先用陰極進(jìn)行活化, 后轉(zhuǎn)為陽(yáng)極活化。后者可以去除陰極活化時(shí)附著在零件表面上的雜質(zhì)和污物。這種聯(lián)合活化工藝的優(yōu)點(diǎn)是可以在一定程度上減輕氫脆現(xiàn)象。由于各種基體材料表面氧化膜和雜質(zhì)的性質(zhì)各異, 除去它們的電解液也就不同。為了便于使用, 通常配成幾種活化液。常用的有l(wèi)號(hào)、2號(hào)和3號(hào)活化液等。1號(hào)活化液用于去除各種金屬表面的氧化膜, 尤其鎳、鉻和高碳鋼等難鍍材料表面的氧化膜,作用溫和;2號(hào)活化液用于去除各種金屬表面的氧化膜, 作用強(qiáng)烈; 3號(hào)活化液用于去除各類鐵碳合金經(jīng)1號(hào)或2號(hào)活化液活化后顯露在工件表面上的石墨和碳化物, 提高鍍層與基體金屬的結(jié)合強(qiáng)度?；罨に囈?guī)范: 1號(hào)活化液, 正或反極性,6 -20 v ； 2號(hào)活化液, 反極性,6-15V;3號(hào)活化液, 反極性, 6-15V 。
4.3 鍍底層
為了提高基體金屬和鍍層間的結(jié)合強(qiáng)度, 基體金屬經(jīng)電凈、活化處理后一般不直接施鍍欲鍍金屬,而是先鍍一薄層過(guò)鍍層, 或叫打底層。根據(jù)欲鍍金
屬種類不同和基體金屬性質(zhì)不同通常選用不同的過(guò)鍍層, 常用打底層鍍液有特殊鎳電刷鍍液。特殊鎳電刷鍍液可在不銹鋼、鉻、鎳、鋼、鐵、合金鋼、鑄鋼、鑄鐵、銅、鋁以及其它高熔點(diǎn)金屬基體表面獲得結(jié)合良好的鍍層。但沉積速度慢, 所以一般沉積過(guò)渡層厚度2-5um。鍍底層工藝規(guī)范: 特殊鎳電刷鍍液,正極性,
18-20V 閃鍍, 然后10-18V, 陰陽(yáng)極相對(duì)速度10-15m/min
4.4 鍍工作層
用于恢復(fù)尺寸和表面強(qiáng)化。根據(jù)工件使用工況選擇不同的金屬電刷鍍液,常用的鍍工作層鍍液有快速鎳電刷鍍液?？焖冁囯娝㈠円菏请娝㈠兗夹g(shù)中應(yīng)用最廣泛的鍍液之一, 鍍層具有多孔傾向和良好的耐磨性, 在鋼、鐵、鋁、銅和不銹鋼等金屬表面都有較好的結(jié)合力。該鍍液主要用于恢復(fù)尺寸和作耐磨層,是一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的鍍液。被工作層工藝規(guī)范: 快速鎳電刷鍍液, 正極性,12-15V, 陰陽(yáng)極相對(duì)速度12-15m/min。
5.電刷鍍技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展, 對(duì)機(jī)械產(chǎn)品零件表面的性能要求越來(lái)越高, 為了滿足和適應(yīng)高速、高溫、高壓、重載、腐蝕以及某些特定工況下使用的零部件的修復(fù)、保護(hù)、表面強(qiáng)化、改性等需求, 傳統(tǒng)的電刷鍍技術(shù)已顯得力不從心,而采用納米高新技術(shù)改造、提升傳統(tǒng)電刷鍍技術(shù)以獲得性能優(yōu)異的納米復(fù)合鍍層的
納米電刷鍍技術(shù)正在興起, 研究成果不斷涌現(xiàn)。此外, 電刷鍍與熱噴涂、離子注人、激光微處理、化學(xué)鍍、高分子粘接、浸鍍等其它表面技術(shù)復(fù)合應(yīng)用, 是多種技術(shù)互相取長(zhǎng)補(bǔ)短的有機(jī)融合, 是推廣電刷鍍技術(shù)在思想認(rèn)識(shí)上的一次飛躍,是電刷鍍技術(shù)發(fā)展的又一個(gè)新的里程碑, 它將使電刷鍍技術(shù)更加靈活、多樣化, 適應(yīng)性更強(qiáng), 應(yīng)用領(lǐng)域更廣。