電刷鍍技術的概況、應用及前景

 

一、電刷鍍技術的介紹

電刷鍍是用電解方法在工件表面獲取鍍層的過程。其中的在于強化、提高工件表面性能，取得工件的裝飾性外觀、耐腐蝕、抗磨損和特殊光、電、磁、熱性能；也可以改變工件尺寸，改善機械配合，修復因超差或因磨損而報廢的工件等，因而在工業上有廣泛的應用。

電刷鍍技術（簡稱刷鍍技術）是電鍍技術中的一個重要分支，除了有上述的共同作用外，它更偏重于工件的修復應用和中小批量工件的功能性表面強化。因此在實踐上更要求現場或在線施鍍，在保證鍍層品質的基礎上，更強調鍍層的快速高效沉積。刷鍍的基本過程是用裹有包套浸漬特種鍍液的鍍筆（陽極）貼合在工件（陰極）的被鍍部位并做相對運動形成鍍層，刷鍍電源串接于兩級之間。為了穩定地向工件表面液層提供足夠的被鍍金屬離子，高濃度的刷鍍液直接泵送或自然回流陰陽極之間。

二、 電刷鍍技術的服務內容

（1）磨損零部件的修復強化?各種機械不同材料的軸類?箱體?端蓋及其它零部件磨損后均可采用電刷鍍的方法修復,修復硬度范圍HRC20-60,可滿足各種工況的要求,大幅度提高其使用壽命?

（2）發動機曲軸磨損超差的修復?采用電刷鍍的方法可以恢復磨損超差曲軸的原有尺寸,大大延長曲軸的使用壽命?

（3）加工超差復原?貴重機械零部件加工超差,可以方便地使用電刷鍍的方法校正其幾何形狀和尺寸精度?

（4）大型機械零部件的不解體修復?對于大型的?精度高的?結構復雜的機械零部件,可在現場進行不解體的局部修理,省去了拆卸?吊裝?運輸等環節,效率高,經濟省時?

（5）強化新產品新工件表面?可應用于新產品新工件的生產工藝中,對其進行強化處理使之具有特定機械性能和物化性能?

（6）制備工件?設備?金屬結構件的表面防護層?在工件?設備或鋼鐵結構件的表面涂鍍防護層,使其表面具有高效耐腐蝕?抗氧化?耐高溫等特殊性能,是一般涂料涂裝防護所不能比擬的

用電刷鍍修復印刷電路?電工器件的觸頭?電子元件的管腳管座等?

三、電刷鍍技術的新發展

隨著對電刷鍍技術的不斷研究及推廣應用，鼎正科技刷鍍技術得到了進一步發展，不僅應用于破損零部件的修復中，和其它表面工程技術一樣，得到了長足的發展。目前在材料工程、制造工程中都有應用，其工藝也將更加完善、成熟。

   1、 電刷鍍復合鍍層的研究

     復合鍍層是鍍層研究及應用中的重要發展方向。復合鍍層按其結構可分為層狀鍍層和彌散鍍層。層狀鍍層是兩種或多種金屬元素依次沉積而形

成的多層鍍層。按使用性能設計合理的多層結構，可有效地提高涂層與基體之間的結合強度，改善涂層內應力的分布及裂紋的擴展方向，獲得一些特殊和優異的性能。通過鍍層結構設計和工藝調整，還可以針對零部件的結構特點及工作條件制備出性能各異的鍍層，以滿足不同使用要求(如減磨、耐磨、耐腐蝕、耐高溫等)。彌散鍍層是指在常規鍍液中加入一些高性能的固體微粒，使這些微粒均勻地懸浮在鍍液中，并在電刷鍍時與金屬離子共沉積，以獲得性能優良的復合鍍層。研究表明，在刷鍍液中加入微米級第二相的彌散顆粒(如SiC、A1 0，、SiO、ZrO 、金剛石等 -41)，對共沉積后形成的復合鍍層起到一定的彌散強化作用。但當采用的彌散顆粒粒徑較大時，難以保證鍍層組織的均勻性及性能穩定性，在工業上的應用受到一定限制，尚有待對鍍層組織及結構作進一步的改善。

   2、電刷鍍技術在納米表面工程中的新進展

     （1）復合材料相關的研究表明，采用微米級第二相的顆粒彌散強化，其增韌效果并不十分顯著。采用納米顆粒復合時，則會得到顯著的增韌補強效果。1988年，Izaki等用納米碳化硅增強Si3N4陶瓷，使SiC／Si3N,陶瓷的力學性能較單相si3N4陶瓷有了顯著改變。日本的新源皓一等 在微米級A1 O，中加入5 tool％的SiC納米粉末合成了高強度納米復相陶瓷以來，納米復合陶瓷由于具有比微米復相陶瓷更加優越的性能，尤其是強度和高溫性能，已成為近年來陶瓷材料領域內的研究熱點之一，具有發展成為一種新型結構材料的良好前景。同樣，對復合鍍層用材料而言，以納米一納米、納米一微米為第二彌散相或多彌散相的復合鍍層有可能使機械性能得到較大幅度的改善。

    （2）納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優異性能，為鍍層材料的組成和性能提高提供了有利的條件，并使得材料的功能化具有極大的可能。將納米粉體與電刷鍍技術相結合，制備納米或含有納米粉體的表面復合鍍層，可使基體表面的機械、物理和化學性能得到提高，達到材料表面改性與功能化的目的。與傳統鍍層相比，納米鍍層應具有高強度、高韌性、更好的耐腐蝕性能、更優越的抗磨性能和抗熱疲勞性能。特別是納米材料的特性為制備在嚴酷條件或特殊環境下(如超高溫／低溫、超高壓、真空、腐蝕環境、輻射、聲吸收、信號屏蔽和承受點載荷等)服役的納米結構鍍層和功能性納米鍍層開辟了新領域。納米材料的鍍層制備，不僅可以發揮納米結構材料的性能優勢，還可最大限度地降低

因以納米結構材料作為基材使用帶來的高成本。

    （3）馬亞軍，徐龍堂等應用電刷鍍技術制備了含有Ni包納米粉的鎳基復合鍍層。采用鎳包裹納米顆粒解決了粉粒在鍍層中共沉積時的均勻分布難

題。對復合鍍層的表面形貌、組織特征、顯微硬度等進行了測試，并提出了鎳包納米A1：0，粉、鎳包納米SiC粉與鎳共沉積的機理。張玉峰等提出了納米Ni—Z10 復鍍層刷鍍工藝，試驗表明，鍍層中的ZrO粒子復合量隨鍍液中ZrO 含量的增大而增大，時效熱處理能明顯提高鍍層的硬度，經400 oC時效熱處理后，硬度達最大，納米Ni—ZrO 復合鍍層的高溫耐磨性是基材(40Cr鋼)的5～7倍。這是由于復合刷鍍層中納米ZrO 的存在抑制了晶粒的長大，從而提高了鍍層的硬度和耐磨性。復合刷鍍納米Ni—z 鍍

層具有優良的高溫耐磨性，可用于高溫下磨損后設備的修復處理(如處于6OO oC以上高溫工作環境中的高速柴油機的缸體、發動機軸承襯墊和汽車燃氣渦輪發動機主軸等修復)。張偉等“川用含納米金剛石粉的鎳鍍液電刷鍍復合鍍層，系統試驗研究了復合鍍層中納米金剛石對鍍層顯微結構、力學性能及耐磨性能的影響。結果表明，納米金剛石的彌散強化作用，可有效改善鍍層的生長、減小內應力，提高鍍層的顯微硬度。含納米金剛石粉的復合鍍層在室溫、高負荷下具有優良的抗疲勞和抗磨損性能，其耐磨性是純鎳鍍層的4倍。

  3、 電刷鍍復合工藝的進展

     電刷鍍技術與其它表面工程技術(特別是高能束流加工技術，如激光束、離子束等)的復合，是電刷鍍復合工藝的重要發展方向?？煞譃橐噪娝㈠優榍暗拦ば虻膹秃?/span>(電刷鍍+其它表面工程技術)及以電刷鍍為后道工序(其它表面工程技術+電刷鍍)的復合。其中，以電刷鍍為前道工序時，后道工序的主要作用體現在對鍍層的再處理上，此時可對已獲得的刷鍍層起到強化、增加界面結合強度、輔以鍍層特殊性能等，也可以在已獲得的鍍層基礎上，制備新材料層。如電刷鍍與激光微精處理技術復合時，利用激光在一些重要摩擦副鍍層表面，打出有規則的微凹體，可起到強化鍍層，改善儲油能力，提高摩擦副耐磨性能的作用；電刷鍍與激光重熔、激光強化技術的復合時，經激光重熔或強化處理后的金屬鍍層或合金鍍層，其刷鍍層的結合強度、材料的表面性能均得以提高。電刷鍍與離子注入技術復合，在鎳鍍層、鎳鎢鍍層、銅鍍層上注入氮離子，使鍍層得到強化，可進一步提高電刷鍍鍍層的耐磨性等。電刷鍍與釬焊技術復合時，在一些難釬焊材料上鍍銅、錫、銀等過渡性鍍層，再行釬焊，可解決基體材料與釬焊材料間的性能差異，增強界面結合力。用于修復機床鑄鐵導軌劃傷的“夾釬鍍”即為典型的應用實例。

    在以電刷鍍作為后道工序的復合時，若此時電刷鍍作為最終加工工序，刷鍍后的表面質量及刷鍍層的誤差決定了零件的最終質量；若刷鍍之后還要補充加工，此時應留有加工的余量。如電刷鍍技術與熱噴涂技術復合時，用熱噴涂層迅速恢復尺寸，然后在涂層上進行電刷鍍，堵塞噴涂層孑L隙以降低表面粗糙度和獲得需要的涂層性能。電刷鍍與粘涂技術復合時，對于一些大型零件上的深度劃傷、溝槽和壓坑，在不便于堆焊、釬焊和熱噴涂的部位，可先用粘涂導電膠填補溝槽，待膠固化后再在膠上電刷鍍金屬鍍層。

    應該說能與電刷鍍復合的表面工程技術很多，應該根據實際應用選擇必要的復合技術，以達到最佳的協同效應，實現低成本、高性能表面工作層制備的要求。

四、電刷鍍的應用

 1、 電刷鍍的應用范圍

電刷鍍技術已在航空航天、機車車輛、船舶艦艇、石油化工、紡織印染、工程機械、電子電力、文物修復、工藝品裝飾、局部鍍金、渡銀等方面獲得大量應用。概括講有以下方面：軸頸磨損的修復?？最惲慵男蘩?。滾動軸承的修理。

（1）電刷鍍工藝能快速修復機械零部件的加工超差、磨損、凹坑及劃傷，恢復磨損和超差零件的尺寸，滿足公差要求；

（2）在碳鋼、不銹鋼、鑄鐵（鋼）、銅（合金）、鋁（合金）等各類金屬材料上均有良好結合力，鍍層硬度高、耐磨性好、修復厚度能達到1.0mm以上，可滿足各種修復的性能要求。新品刷鍍保護層。用于提高零件的耐磨性、表面防腐性和抗高溫氧化性；

（3）模具的修理和防護。如表面刷鍍鏡面鍍層，滿足防腐及表面光澤度的要求，提高模具使用性能和壽命；

（4） 大型和精密零件，如曲軸、油缸、柱塞、機體、導桿等局部磨損、擦傷、凹坑、腐蝕點等的修復；

（5）改善零件表面的冶金性能。如改善材料的釬焊性，零件局部防滲碳、防滲氮等；

（6）改善軸承和配合面的過盈及配合性能。如增加過盈量、增加配合面的耐磨性及防腐性；

（7） 印刷電路板的維修和保護。如插腳鍍金，銀等；

（8） 電氣觸點、接頭和高壓開關的維修和防護；

（9） 通常槽度難以完成的作業。如有缺陷的鍍件修復、無法入槽的工件、已安裝在設備上的工件、只需局部施鍍的工件、部分深孔、盲孔等；

（10）在常溫下施工，保證基體不產生熱變形和金相組織變化，延長零部件的使用壽命。如鑄件沙眼、淬火裂紋修補，幾乎看不出痕跡；

2、電刷鍍技術在機械工程中的應用及展望

（1）對運動零部件磨損及損傷表面的修復是電刷鍍在機械工程中的主要應用?？煞譃橥獗砻嫘迯秃蛢缺砻娴男迯?。外表面如：活塞桿、發動機曲軸、傳動軸和銷軸、齒輪軸等各類外圓表面“引，以及作為機床運動基準的導軌平面。內表面如：液壓缸、軸承座內孔、軸套、箱體孑L系等。對具有配合性能或間隙要求的組合件電刷鍍可用作機床、夾具或組件間隙調整的方法。如柴油機軸承間隙變大后，可在連桿軸承的瓦背上刷銅鍍層，得到符合規定的軸承間隙，方便地滿足工程使用要求。對于進口的機械設備如數控機床、加工中心等，由于零配件的價格昂貴、采購周期長，如采用電刷鍍修復能使其維修成本降低、周期縮短，且維修后的表面性能可以超過原件的性能，經濟效益非常顯著。同樣，對于機械工程用各種模具破損零件的修復也是電刷鍍修復的另一重要應用方面。同時，電刷鍍技術還可用作各種模具的表面強化手段，對模具表面刷鍍耐磨、耐沖或耐高溫材料可提高各種機械工程用模具的使用壽命。這是最近幾年來開辟的一個新應用領域。

    （2）電刷鍍因設備簡單、工藝成熟、低溫且參數可控等突出優點將被逐漸重視。在基體上電刷鍍薄金屬層(厚度100um以下)以改善表面性能和恢復尺寸是電刷鍍技術最廣泛的應用。同時，電刷鍍的納米結構薄層，具有高耐磨、耐蝕性的同時，又具有高的硬度，與基體極好的結合力，可作為理想的保護性鍍層；具有低的磨損率和較低的摩擦系數，可用于要有高的耐磨性又要有低的摩擦系數的場合，如汽車發動機和液壓活塞。電刷鍍納米合金可用于飛機起落架零件和汽車減震器、液壓活塞。在核能發電機管道

內表面電刷鍍納米晶結構，現場修復因晶間腐蝕及應力腐蝕導致開裂、破損的管道同樣是電刷鍍納米晶材料的一項重要工業應用。

3、電刷鍍應用舉例

   例3.3 某一圓周運動的齒輪材料為合金鋼，熱處理后的硬度為240～285HBS，齒輪中間是一軸承安裝孔，孔直徑的設計尺寸為￠160mm，長為55mm，該零件在使用過程經檢查發現，孔直徑磨損至￠160.08 mm,并有少量劃傷.此時可采用電刷鍍工藝修復.其修復工藝如下

（1）鍍前準備 用細砂紙打磨損傷表面，在去除毛刺和氧化物后，用有機溶劑徹底清洗待鍍表面及鍍液流淌的部位，然后用清水充凈。

 （2）電凈處理 將工件夾在車床卡盤上進行電凈處理。工件接負極，選用SDB-1型刷鍍筆，電壓為10V，時間為10～30秒，鍍液流淌部位也應電凈處理。電凈后用水清洗，刷鍍表面應達到完全濕潤，不得有掛水現象。

 （3）活化處理 用2號活化液，工件接正極，電壓為10V，時間為10～30S，刷鍍筆型號同前?；罨幚砗笥们逅疀_洗零件。

 （4）鍍層設計 由于孔是安裝軸承用的，磨損量較小，對磨損性要求不高，可采用特殊打底，快速金屬鎳增補尺寸并作為工作層。為零件刷鍍后免去加工工序，可采用電刷鍍方法將孔直徑鍍到其制造公差的中間值，即￠160.02mm,此時單邊鍍層厚度為0.03mm.。

  (5) 鍍過鍍層  用特殊鎳鍍液，工件接負極，電壓為10V，鍍層厚度為1～2微米。

 （6）鍍工作層  刷鍍過鍍層后，迅速刷鍍快速鎳，直至所要求的尺寸。

  (7)鍍后檢查和處理  用清水沖洗干凈，擦干后，測量檢查刷鍍后孔徑尺寸、孔表面是否光滑，合格后涂防銹油。

隨著電刷鍍技術的深人研究及推廣應用，在刷鍍設備、刷鍍工藝、刷鍍材料等方面將得到很大發展。目前，在實現鍍層尺寸的可控性、以自動控制代替手工操作的刷鍍專用機床還有待于開發；面對納米顆粒材料的難分散性，如何實現顆粒的分散與傳輸，形成均勻致的鍍層工藝還有待于深人研究；刷鍍技術與其它新技術的復合使用，既可提高刷鍍本身性能，也可進一步拓展刷鍍技術的應用范圍。

 

                                                                   

 

 

 

                                                 鄭州鼎正電子科技有限公司技術部

                                                             二〇一二年八月九日