现代表面技术第3章-2-电刷镀和化学镀

第三章

第二节电刷镀电刷镀是电镀的一种特殊方式，不用镀槽，只需在不断供应电解液的条件下，用一支镀笔在工件表面上进行擦拭，从而获得电镀层。所以，电刷镀又称无槽镀、笔镀、擦镀或涂镀。与曹镀相比，有一下优点：设备简单，携带方便，不需大的镀槽。工艺简单，操作简便适用于不解体的现场维修和野外检修镀层种类多，与集体材料结合力强，力学性能好，沉积速度快。但须高电流密度操作。缺点：劳动强度大，消耗镀液多，消耗阳极包缠材料。电镀应用范围修复因机械磨损、腐蚀、加工等造成的零件表面缺陷。零件表面尺寸和零件形状与位置精度。对零件材料表面进行强化处理，提高零件表面的硬度、耐磨性、减模性等对零件进行表面改性处理，包括导电性能、热性能、光性能。与其他表面技术复合对零件材料表面进行处理。一、电刷镀的原理与特点（1）原理电刷镀也是一种金属电沉积的过程,基本原理同电镀。右图是其工作原理的示意图。直流电源的正极通过导线与镀笔相联，负极通过导线和工件相联，当电流方向由镀笔流向工件时为正向电流，正向电流接通时发生电沉积；电流方向从工件流向镀笔时为反向电流，反向电流接通时工件表面发生溶解。（2）特点镀层结合强度高在钛、铝、铜、铬、高合金钢和石墨上也具有很好的结合强度设备简单、工艺灵活、操作方便，可现场作业可进行槽镀困难或实现不了的局部电镀例如对某些重量重、体积大的零件实行局部电镀生产效率高刷镀的速度是一般槽镀的10~15倍；辅助时间少；且可节约能源，是糟镀耗电量的几十分之一操作安全，对环境污染小刷镀的溶液不含氰化物和剧毒药品，可循环使用，耗量小，不会因大量废液排放而造成污染一、电刷镀的原理与特点电刷镀的设备由专用直流电源、镀笔及镀液、集液装置。特点：电刷镀设备简单一套设备可以完成多个镀种的刷镀。电刷镀设备的用电量、用水量比槽镀少很多，可以节约能源、资源。专用直流电源由整流电路、正负极转换装置、过载保护电路、安培计。镀笔由阳极、绝缘手柄和散热装置。根据电刷镀零件尺寸与尺度，选择不同类型的笔。供液、集液装置可采用不同的方式给镀笔供液。二、电刷镀的设备电刷镀电源（1）电源应具有直流平外特性，即当负载电流增大时，电压应下降很小（2）输出电压应采用无级调节，以便根据不同的工件、不同的镀液选择最佳的电压值（3）输出电流要根据零件的大小、镀液的种类及沉积速率等因素确定（4）电源应带有安培小时计或镀层测厚仪（5）电源应设有正、反向开关，以满足电净、活化、电镀的需要（6）电源应有过载保护装置。当负载电流超过额定电流的5％~10％或正、负极短路时，应能迅速切断主电路，以保护电源和被镀零件不受损失（7）为了适应现场作业，电源应尽可能做到体积小、重量轻、工作可靠、计量精度高、操作简单和维修方便镀笔阳极材料高纯石墨，铂铱合金和不锈钢阳极形状可以加工成不同形状阳极的包裹用棉花和针织套进行包裹绝缘手柄套在紫铜制作的导电杆外面散热片不锈钢制作，散热（1）镀液分类预处理溶液：

可分为电净液和活化液两类。电净液用于清洗工件表面的油污；活化液用于去除金属表面的氧化膜和疲劳层，使基体金属的晶格显露出来；电镀溶液：可分为单金属电镀液和合金电镀液。

每类金属电镀液又根据其沉积速率、镀液的性质、镀层的性能等特点分成许多品种退镀溶液：可把旧镀层或不合格的镀层去掉

三、电刷镀镀液（2）镀液的特点与一般的槽镀液相比，刷镀溶液有如下特点：①金属离子的含量较高。如镀Ni液中离子含量53～55g/l；②镀液的温度范围比较宽；③镀液的性质比较稳定。在刷镀过程中虽然金属离子不断沉积，但由于电极上的电阻热使溶液不断蒸发，综合结果使离子浓度下降并不大，因而pH值变化也不大；④均镀能力和深镀能力较好；⑤镀液的毒性与腐蚀性较小；三、电刷镀镀液电刷镀的工艺过程包括镀前预处理、镀件刷镀、镀后处理。镀前处理表面整修：用砂布、金相纸打磨到表面的毛刺、锥度、不圆度和疲劳度。表面清理：用化学及机械的方法最镀件表面的油污、锈斑等进行清理。电净处理：电解脱脂。电净时，一般采用正向电流，特殊的采用反向电流。活化处理：去除镀件在脱脂后可能形成的氧化膜并使镀件表面受到轻微刻蚀而呈现出金属的结晶组织。四、电刷镀工艺镀件刷镀刷镀打底层：厚度一般0.001-0.01nm.常用的打底层镀液：特殊镍或钴镀液；碱铜镀液；低氢脆镉镀液。刷镀工作镀层：一种表面最终镀层，作用是满足表面的力学性能、物理性能、化学性能。镀后处理：清除镀件表面的残积物、如水迹、残液痕迹。第三节化学镀定义：在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在集体表面，形成镀层的一种表面加工方法。镀件可以是金属，也可以是非金属。最常用的是镍和铜。被镀件浸入镀液中，化学还原剂在溶液中提供电子使子使金属离子还原沉积在镀件表面。而不是电源提供。Mn++ne→M自催化镀、无解电镀化学镀的分类按照电子获取路径不同，可分成三类：置换法：利用基体金属的电位比镀层金属负，将镀层金属离子从溶液中置换在基体金属表面，电子由基体金属给出。接触镀：类似于电镀，不同在于提供接触镀的电流有化学反应提供，而电镀靠外电源。还原法：溶液中添加还原剂，利用还原剂被氧化时释放出电子，再把镀层金属离子还原在基体金属表面。还有其他的分类方法。如根据主盐种类、温度、pH值、镀层成分等。化学镀的特点与电镀相比，化学镀有如下的特点：①

镀覆过程不需外电源驱动，电流靠化学反应提供；②

没有外电源，就不存在电力线分布不均匀的影响，因此均镀能力好，孔隙率低。形状复杂、有内孔、内腔的镀件均可获得均匀的镀层；③镀液通过维护、调整可反复使用，但使用周期是有限的；④

通过适当的热处理，可在金属、非金属以及有机物上沉积镀层。

缺点：品种少于电镀，镀液复杂，溶液稳定性差，使用温度高，寿命短。一、化学镀镍用还原剂将镀液中的镍离子还原为金属镍并沉积到基体金属表面上去的方法。使用的还原剂：次磷酸盐、硼氢化物、氨基硼烷、肼及其衍生物等。以次磷酸盐化学镀镍为例讨论化学反应以及镀液成分和工艺条件化学镀镍机理（化学反应）主要有三种理论：原子氢态理论、氢化物理论及电化学理论。原子氢态理论电化学理论镀液成分及其工艺条件镀镍工艺：酸性镀液和碱性镀液酸性镀液特点：稳定易于控制，沉积速度快，镀层中磷的质量分数高。碱性镀液：pH范围宽，磷的质量分数低。稳定性差，难维护。工艺见3-15.影响镀层质量因素主盐：硫酸镍，氯化镍，浓度越高，沉积越快，但稳定下降。还原剂：次磷酸钠，提供活泼的氢原子，还原镍离子为金属，同时提供磷成分。络合剂：乙醇酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、乳酸及他们的盐类。与镍离子形成稳定的络合物，控制可供反应的游离镍离子，控制沉积速度，改善外观。增速剂：提高反应速度稳定剂：抑制存在于镀液中的固体微粒的催化活性，以防镀层粗糙和镀液自发分解。pH值：主要影响酸性镀液温度：重要因素之一，低于65℃，沉积速度很慢，随温度升高速度加快。二、化学镀铜目的：在非导体材料表面形成导电层。广泛应用于印刷电路板孔金属化和塑料电镀前的化学镀铜。主盐：硫酸铜还原剂：甲醛、肼、次磷酸钠、硼氢化钠等以醛做还原剂为例研究镀铜原理工艺。

甲醛还原铜的原理原子氢态理论电化学理论

镀液成分及其工艺镀液主要成分：甲液含有硫酸铜、酒石酸钾钠、氢氧化钠、氯化镍乙液是含有还原剂甲醛两种溶液需要预先配置，原因是甲醛与碱会发生反应：化学镀铜液配置时发生的反应：络合剂酒石酸钾钠，也阻止Cu(OH)2的沉淀调节pH值主盐其他工艺要求提高镀液的稳定性、改善外观和韧性，会加入二乙基二硫代氨基甲酸钠等添加剂。稳定pH值，来控制反应速度，过高会造成甲醛消耗过大，导致镀液老化、自然分解。严格控制反应温度，温度过低，易析出硫酸钠，影响铜的沉积，形成针孔，产生绿色斑点。温度一般在15-25℃。搅拌，是镀件表面溶液浓度尽可能同槽内部浓度一致，维持正常的沉积速度，排除停留在镀件表面的起泡。可采用机