电刷镀
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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
