电刷镀技术的发展现状以及在模具上的应用

北华航天工业学院《表面工程学概论》调研报告报告题目：关于电刷镀技术的发展现状及其在模具上的应用的调研作者所在系部：材料工程学院作者所在专业：材料成型及控制工程作者所在班级：B11812作者组别：第2组作者姓名：lc完成时间：2014.10.191电刷镀技术的发展现状及其在模具上的应用摘要：电刷镀(BrushElectr)技术是电镀技术的一种特殊形式，是电镀技术的新发展，即应用电化学沉积的原理，在能导电工件表而的选定部位，快速沉积金属镀层的新技术。主要用于修复工件的尺寸和几何精度，强化工件表而提高使用寿命，改善工件表而的理化性能，完成相关的工艺过程。在本次调研中主要就电刷镀的原理、特点、分类、国内外的发展状况以及当前的技术水平、在模具上的实际应用状况、现存在的缺点以及将来的发展趋势等进行了调研。关键词:电化学沉积修复改善理化性能趋势2目录一、电刷镀原理及特点………………………………………………………………3二、电刷镀的发展现状………………………………………………………………4三、在模具上的应用实例……………………………………………………………5四、现有电刷镀技术的优缺点………………………………………………………8五、电刷镀技术的发展趋势…………………………………………………………8六、通过本次调研对电刷镀的认识…………………………………………………9七、参考文献…………………………………………………………………………113一、电刷镀原理及特点:1原理：电刷镀工艺的基本原理如图1-1所示。刷镀时，将表面处理好的镀件与专用直流电源负极相连，做阴极，而镀笔与专用直流电源正极连接，做阳极，在镀笔的包套中浸满电镀液。施镀时，镀件与镀笔之间作相对运动，当通入直流电流时，流动于表面与镀笔之间的镀液中的金属离子，在电场的作用下，向镀件表面迁移，并在表面还原沉积，形成相应的金属镀层，随着刷镀时间的延长，镀层逐渐增厚，直到达到厚度要求为止。刷镀一般使用不溶性阳极，所用的金属离子全部来源于电镀液，又由于没有镀槽，因此镀液必须循环更新。2特点:(1)镀层在基体上属电结晶沉积，结合强度高。(2)设备简单不需要镀槽，便于携带，适用于野外、现场及不解体修复，尤其对于大型精密模具的修复更具有实用价值。(3)工艺简单，操作灵活，不镀的部位容易进行保护。(4)操作过程中阴极与阳极之间有相对运动，故允使用较高的电流密度，一般为300~400A/dm几最大可达500~600A/dm几它比槽镀的电流密度大几倍到几十倍。(5)镀液中金属离子含量高，所以镀积速度快(比槽镀快5一50倍)。(6)溶液种类多，应用范围广。目前已有200多种不同用途的镀液适用于各4种工况的需要，既可以在金属上镀,也可以在非金属上镀.(7)镀液性能稳定，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。(8)镀层厚度的均匀性可以控制，既可均匀地镀，也可以不均匀地镀，镀后一般不需进行机械加工。(9)修复周期短、费用低、经济效益高。电刷镀技术的应用范围为:恢复磨损零件的尺寸精度和几何形状精度，填补零件表面的划伤、沟槽和压坑，提高零件表面的耐磨性、导电性、耐高温性和耐蚀性，改善零件表面的钎焊性，减小零件表面的摩擦因数，补救加工中出现的超差件，精饰零件表面等。二、电刷镀技术的发展现状1.飞机和航天工业在飞机和航天工业中，电刷镀已广泛地用来修复飞机零件，是电刷镀技术应用最早和最普遍的部门，它为其它工业提供了成功应用电刷镀技术的范例.飞机工业巳应用电刷镀技术修复许多重要零件，如起落架、仪表和附件、液压元件、发动机零件、螺旋桨、直升机机翼、航空电子设备等航空工业是电刷镀技术应用的试金石，因为在飞机这样一种最重要的机器，其零件用电刷镀修复后镀层有了很高的结合力以及冶金和机械性能，那么在其它机器上应用更不成间题，因而也就给尚对电刷镀可靠性持怀疑态度的部门做出了榜样，使工业部门打消了顾虑而大胆采用，从而使电刷镀发展到今天这样的水平。航空部门不断扩大电刷镀的应用，反过来也促进了电刷镀技术水平的不断提高。飞机工业为电刷镀技术的发展建立了不可抹灭的功勋。2.舰艇和船舶舰艇和船舶是继飞机工业之后的应用电刷镀技术的领域。现在美国、英国、日本等国的海军舰艇和船舶均已采用电刷镀技术来修复其腐蚀、磨损和损伤的零件，应用最广泛的是美国海军舰艇。美国海军潜艇均在其辅助船上配备了电刷镀设备，以后美国航空母舰和驱逐舰也相继仿效，在其机舱内增加了电刷镀设备。现在海军舰艇和海军船坞以及美国海军在全世界基地的陆上机加工车间、电气车间和其它维修机构已大量采用电刷镀。5舰艇上配备电刷镀设备可以在不停航的情况下在舰艇上就地修复损坏的各种零件，免去了将零件运送到船坞的费用以及因此而造成的停航损失，这对于军用舰艇有着战略上的重要意义。电刷镀技术在舰艇上应用的巨大经济效果，促进了商业船舶上电刷镀技术的推广应用。瑞典一家电刷镀工厂为芬兰派遣了一支维修队，飞赴在芬兰维修的原苏联的一艘货船，修复了俄罗斯船上传动轴用的2个加工过限的青铜轴承，避免了7天内不能离港而要支付的100万美元的延误费.这次修复得到了俄罗斯和芬兰政府的认可，并为此联合编印了说明书。现在在一些商业船坞上已配备了电刷镀设备。电刷镀技术在军用舰艇以及商业船坞的主要用途有:精密轴承、发动机机体、密封件、潜望镜、巴氏合金轴承、电动机端盖、电动机轴、曲轴、各种泵、汽轮机壳、电动发电机组等等的修复，应用范围很广。3.汽车工业汽车工业是应用电刷镀技术较晚的工业，目前还处于萌芽状态。但电刷镀技术在汽车工业中还是有了很多的用途.汽车零件往往生产批量很大，从几万件到数十万件，自动化程度很高，生产中发现差错和按下“停机”按钮之前可能已有成千上万个零件已加工过限.为修复这些零件以减少废品，汽车工业已采用流镀这一有效修复方法.汽车工业不仅在零件修复中采用电刷镀，目前电刷镀已发展到在汽车制造方面应用.据报道，现在在欧洲至少有2种零件采用全自动电刷镀大量生产.一是汽车轮毅，现在至少用电刷镀生产了数十万个铝车轮，主要是对轮毅镀锌，避免铝和钢紧密接触，克服了以前用轮毅表面喷徐有机材料以及定期加注润滑油方法未能克服的腐蚀和卡死现象.第二种零件是齿轮箱轴，在配合轴径上刷镀50Nm镍钻合金。同时国外电刷镀技术在造纸、电子、焊接、采矿、铁路、雕塑、塑料、橡胶和玻璃模具等诸多方雨的维修、强化以及装饰等方面也有大量应用实例。三、在模具上的应用实例1电刷镀修复风扇叶模具1.1基本情况6某公司的1套电焊机塑料风扇叶模具(材料为45钢)4片扇叶中有2片出现超差，超差尺寸为0.15~0.30mm，生产出的扇叶失去动平衡。如果做新模具不但成本较高，而且时间长，只有进行修复比较合适。1.2修复工艺的确定该注射模具的尺寸精度要求很高，这是因为塑料制成品是旋转体，有较高动态平衡要求，同时，对产品表面粗糙度的要求也很高，需保证良好产品外观效果。所以在考虑修复工艺时，一定要在保证修复面的尺寸精度和表面粗糙度的同时，对不修表面的原有精度和粗糙度不产生丝毫损伤。针对这些特点，采用电刷镀的修复方法可满足要求。1.3修复工艺实施(1)镀前准备用细砂布打磨掉模具扇叶面表面的氧化层，用丙酮擦拭模腔，以去掉修复表面的油污。用胶带保护好镀覆面的相临面，使其免受腐蚀和损坏。设备采用DSD一75-5电刷镀电源1台、相关的镀笔、镀液及附件。(2)电净用电净液对修复面进行处理，以除去修复面的油污。电源正接，工件接电源负极，电压为12V，相对运动速度6~8m/min，时间为5一l0s，用清水冲洗掉电净表面的残留镀液。(3)活化先用2号活化液对修复表面进行活化处理，以除去修复表面的氧化层和疲劳层。电源反接，工件接电源正极，工作电压14V，相对运动速度6~8m/min，时间10一15s，修复表面呈灰黑色，清水冲洗干净，再用3号活化液对修复表面进行活化处理，以除去修复表面的碳黑。电源反接，工件接电源正极，工作电压20V，相对运动速度6一8m/min,时间15一20s，修复表面呈银灰色，清水冲洗干净。(4)镀打底层用特殊镍镀打底层。电源正接，工件接负极，相对运动速度6~8m、min。先用镀笔蘸满特殊镍镀液进行无电擦拭修复表面3~5s，在修复表面预布一层特殊镍金属粒子，再用18V电压冲镀3~5s，之后电压降至14V,镀层厚度约3~5um。7修复表面呈淡黄色，用清水冲洗干净，去掉表面的残留镀液。(5)镀工作层用快速镍刷镀工作层直到恢复尺寸。电源正接，工件接负极，工作电压12V，相对运动速度6一8m/min.由于该模具修复表面的尺寸测量较困难，无法用常规工、量具测量它的实际厚度，只有利用镀覆时间的长短来控制镀层厚度。计算出镀覆所需时间可利用公式。t-C&s/I式中C—耗电系数，A*h/mm;&-镀层厚度，mm.S'—镀层面积，mmI—刷镀时的电流，At—刷镀时间，h要使镀层厚度的尺寸比较准确，必须考虑电源、输出电流与镀液的耗电系数的误差，可适当增加刷镀的时间来保证镀层的尺寸。(6)镀层质量检查用清水冲净镀覆表面的残留镀液，擦净修复表面的水渍，用电吹风机吹干镀层表面，观察镀层表面有无裂纹和起皮。(7)镀后修整用油石和细砂布打磨镀层表面，使其达到要求的表面粗糙度。合模检查成品尺寸，重复以上工序，直到尺寸合格为止，最后进行抛光处理，使模具完全符合要求。1.4修复效果该模具生产的产品是整体式风扇，由于动平衡的要求严格，对模具尺寸精度要求很高。类似这种高精度模具在无合适的尺寸基准条件下，按经验公式和试生产校验相结合的方式是有效的。用电刷镀修复注射模具的大面积超差是切实可行的，它既可节约资金，同时又能满足尺寸精度和粗糙度要求，在注射模具使用行业中值得应用和推广.2.通过刷镀来提高导柱性能的工艺过程(1)机械准备8修毛刺，将受镀面邻近部位用涤纶胶带纸绝缘。(2)电净电压:+14V(工件接电源负极);时间:5~10s;阴一阳极相对运动速度:11m/min电净的作用是清除受镀面的油污杂质，并轻度腐蚀。(3)温水冲净残液。受镀面应均匀润湿.不挂水珠。(4)一次活化电压:-10V(工件接电源正极);时间:5-lOs;阴一阳极相对运动速度:11m/min。刷镀至受镀面均匀灰黑色。一次活化的作用是将基体表面的锈蚀、氧化膜清除掉.使基体裸露出原有的金属结晶.使之有良好的化学均匀性和较高的活化能，以便放电还原后的‘镀层)金属原子与基体有良好的结合力。(5)温水冲净残液(6)二次活化电压:-20一－25V;时间:30～65s;阴一阳极相对运动速度:llm/minx低碳钢被活化过程中，铁素体、片状渗碳体等会裸露出来，由于它们在电化学性质上的差别而形成不易溶解的灰黑色碳膜，用水冲不掉，所以要进行第2次去碳膜。(7)镀Ni-WD合金层电压:+10V;阴一阳极相对运动速度:12m/min;时间:镀至要求厚度。(8)镀后处理去除绝缘物，用碱液水冲净，检验合格后送外圆磨磨削至工艺要求。四、现存电刷镀技术的优缺点缺点：镀液必须不断流动更新，不能对非金属材料进行刷镀。优点：该项技术具有操作设备简单、现场常温施镀、电流密度大、镀层沉积速度快、质量好、适应性强、工件无需拆离主机、修复成本低廉、经济效益显著等优点，随着刷镀新技术及与其他修复技术的联合应用，原来刷镀层的低载、薄层、低温”界限己被突破，重载、厚层、高温’刷镀层的应用与日俱增，显示了电刷镀的巨大潜能。五、电刷镀技术的发展趋势9随着现代工业的发展，对机械产品零件表面的性能要求越来越高，为了满足和适应高速、高温，高压、重载、腐蚀以及某些特定工况下使用的零部件的修复、保护、表面强化、改性等需求，传统的电刷镀技术已显得力不从心，而采用纳米高新技术改造、提升传统电刷镀技术以获得性能优异的纳米复合镀层的纳米电刷镀技术正在兴起，研究成果不断涌现。在耐磨复合镀层研究方面，徐滨士院士领导的课题组在这个领域取得一系列成果:徐龙堂等对电刷镀Ni/P包纳米Al,O3颗粒复合镀层的微动磨损性能进行了研究，纳米Al,(l,颗粒使复合镀层的结构致密和细化，在磨损过程中起到一定的减轻粘