第九章电镀修复技术

电镀修复技术电镀修复技术是利用电解方法使电解液中的金属离子在零件表面上还原成金属原子并沉积在零件表面上形成具有一定结合力和厚度镀层的一种方法.优点:基体金属性质不受影响,原热处理状况不改变,零件不产生热变型,镀层结合强度高.因为电镀修复过程是在低温条件下进行的.缺点:

镀层的机械性能随厚度的增加而变化,镀层沉积速度慢.第一节:电镀基础理论一.电解液和电解电解液:能导电的溶液.电解质:电解液中的溶质.以硫酸铜为例说明电解液的导电原理,如图所示.溶液中的铜离子和氢离子移向阴极,沉积在阴极表面上,同时有氢析出的还原反应.阳极的铜原子失去电子变成离子转移到溶液中,氢氧根离子放出电子变成新的物质并有氧气析出的氧化反应.二.电镀的结晶过程电结晶过程与一般液态金属凝固结晶过程相似,液体金属结晶时,先过冷至一定温度,生成晶核,最后生长成晶粒.电结晶也是先有一个超电压,金属离子被吸引和迁移到阴极上,金属离子还原成原子,生成细微点,形成结晶核.随时间增长,晶粒数量增加和长大,形成镀层.金属结晶的粗细程度取决于结晶核的生成和成长速度.当晶核生成速度大于晶核的成长速度时,生成的晶核多,结晶细致,排列紧密,硬度高.反之,晶粒粗大,疏松三:金属的阳极钝化钝化:金属与介质作用后,失去化学活性,变得更为稳定的现象.导致金属钝化的原因:化学钝化;电化学钝化.化学钝化:如铁被放在浓硫酸里并不溶化的现象.电化学钝化:作为阳极的金属在通过阳极电流的过程中不能正常溶解,则该金属发生了阳极钝化.溶液中各组分的浓度保持稳定是维持电镀过程正常进行的重要条件.产生钝化的主要原因:一是在金属表面上形成了氧化物薄膜,把金属与溶液隔开,使金属的氧化反应难以进行.另一原因是电极上形成了氧和其它物质的吸附层.

防止钝化的办法:机械去除法.第二节:电刷镀修复技术一.电刷镀的基本原理与特点(一)电刷度的机理电刷镀时,镀笔接电源的正极,工件接电源的负极,镀笔前端包裹在阳极上的棉花和耐磨包套储存镀液.浸满镀液的镀笔在通电状况下以一定的速度在经过适当前处理的工件上作相对运动,与镀笔接触的部位会因镀液中的金属离子在其表面上的还原而形成镀层.(二)电刷镀技术的特点1.工艺特点⑴刷镀时,镀笔与工件始终保持一定的相对运动速度,镀液能随镀笔及时送到工件的表面,不易产生金属贫乏现象.⑵允许用比槽镀大几倍到几十倍的电流密度,沉积速度比槽镀快5~50倍.⑶镀层的形成是一个断续的结晶过程.⑷操作灵活方便..2.镀液特点.⑴刷镀溶液大多数是金属离子与有机络合物组成的水溶液,含量比槽镀高几倍.⑵镀液稳定性能好.⑶不燃,不爆,毒性低,腐蚀性小,便于使用和运输.⑷金属镀液中可加入不同的添加剂,以细化晶粒,减少内应力.提高浸润性.3.设备特点⑴电刷镀设备体积小,重量轻,便于携带移动.⑵一套设备可完成各种镀液的刷镀工作.⑶不需要镀槽和挂具,设备数量少,对场地设施要求低.⑷镀笔多采用高純石墨作阳极,金属材料有时也可作阳极..(三)镀层的形成与强化1.镀层的形成通电后,作为阴极的被镀零件接收从电源负极流来的电子使镀液中迁移过来的金属离子在阴极上获得电子后被还原成金属原子,均匀地覆盖在零件的表面上形成刷镀镀层.金属离子在阴极上还原成金属原子,形成镀层的三个步骤:⑴金属水化离子以扩散,对流,电迁移方式向阴极传递物质.⑵金属水化离子脱水并在阴极上获得电子形成的金属原子.⑶金属原子排列成一定形式的金属晶体.金属晶粒的数量和尺寸取决于晶核的形成和长大的两个过程.2.镀层的结合机理镀层金属与基体金属的结合机理的主要三种形式:⑴机械镶嵌产生的结合.

利用基体金属表面不平整所造成的镶嵌作用来实现镀层与基体的结合.⑵物理吸附机理.

当作用物质之间距离极近时,在接触面上产生电子相互交换而形成的物理结合..⑶金属键结合机理

镀液中大量的金属离子通过电化学反应还原成金属原子,形成镀层,并与基体材料以金属键合方式牢固结合.镀层与基体材料的结合强度上,占主导作用的是金属键结合强度,而物理结合与机械结合次之.3.镀层的强化机理由于存在超细晶强化,高密度位错强化和固溶强化,使电刷镀层比槽镀层具有更高的硬度和耐磨性.研究镍层时,镍层的晶粒尺寸只有0.01~0.07μm左右,这时因刷镀时,采用了比槽镀大得多的电流密度,提高了阴极极化作用,使过电位和双电层的电场强度很高,形成大量.的细晶核.刷镀时,电笔与工件的相对运动使被镀工件表面上电流密度的作用时断时续,造成晶粒尙未来得及长大就暂停生长.当镀笔重新运动到该表面时,才又重新形核及生长,从而使镀层晶粒细化.对于一些镀层,合金元素固溶于基体中,使其晶格点阵畸变,这种固溶强化也对镀层性能提高起一定的作用.(四)电刷镀工艺1.工件表面的镀前处理①机械整修②遮蔽③填塞④电化学处理

2.镀底层.选择底层的原则:铸造的工件,一般不选酸性镀液而选用碱性镀液沉积底层.易腐蚀的金属工件表面,不选酸性镀液而选弱碱性镀液作低层.钢,铁和不锈钢的工件表面易采用特殊镍作低层.承受机械力较大的工件表面选用特殊镍作低层.有导电要求的表面选用金或碱铜作低层.3.镀工作镀层第三节:低温镀铁修复技术低温镀铁工艺是指在25~50°C,利用直流起镀的镀铁工艺..低温镀铁技术上的优点:⑴镀层与基体金属的结合强度高,高达340兆帕.⑵镀层硬度高,一般在HRC45~50.⑷镀层厚.可使零件的直径加大2mm.⑸沉积速度快.每小时可使零件直径加大0.6mm左右.⑹材料来源充足,价格便宜,成本低.⑺废气废水的毒性小,对人的健康和环境影响小..一.镀铁设备镀铁设备与常规电镀设备相似,主要是电源及其输出特性不同.二.镀铁工艺镀铁的工艺可分为镀前准备,镀前处理,镀铁和镀后处理四步.(一)镀前准备其工作主要包括去锈,除油,检验,装挂,绝缘,砂布打光,测量尺寸和最后除油等工序..(二)镀前处理钢铁上黑色的氧化皮,在镀前准备阶段难以去除,它对镀层的结合强度影响很大,必须彻底清除.清除方法可以酸腐蚀,也可通电处理.如盐酸腐蚀;阳极刻蚀;对称交流活化处理;换极性法表面处理.盐酸腐蚀:利用盐酸对溶解快的特点使零件表面的氧化皮溶解和剥离.阳极刻蚀:以流酸电解液,工件为阳极,铅板为阴极,通以直流电,在阳极产生大量的氧气泡,机械地剥利氧化皮,并在表面形成很薄的钝化膜,使零件在以后的工作中不再氧化.对称交流活化处理:它是将经过除油的零件,直接放入渡槽,预热后通过对称交流电处理.换极性法表面处理:它是直接在渡槽内进行阳极刻蚀,不仅可克服流酸刻蚀的缺点,且可实现渡铁过程的机械化,大大提高生产率,提高渡件的质量..(三)镀铁有不对称交流-直流电渡铁和直流渡铁.(四)镀后处理镀层厚度镀够后即可取出零件,先用水冲洗干净,再放入10%的碱溶液中30min,中和后取出清洗干净,进行质量检查,合格后即可拆除挂具与绝缘,再在表面涂机油防锈.第四节:镀铬修复技术一.镀铬层的性质优点:1.硬度很高,电解析出的铬层硬度高达HB800~1000,且具有较高的耐磨性;2.具有较高的耐热性,500°C以下不变色,700°C时硬度才明显下降.3.在潮湿的大气中很稳定,能长期保持其光泽;在多数酸,碱,盐中非常稳定.4.与钢,镍,铜等基体金属具有较高的结合强度..缺点:1.镀铬层的油附性不好,附着力小.2.镀铬层的机械性能随着镀层的加厚而变坏,常用厚度为0.1~0.3mm.3.镀铬过程复杂而要求严格,电流效率低.4.对环境污染严重.二.镀铬过程和影响因素⑴镀铬电解液是铬酐()和硫酸组成的水溶液,而不是铬盐.⑵镀铬时的电解过程阴极反应氧极反应.(三)

镀铬阳极镀铬用不溶性阳极,而不用铬作阳极.因阳极溶解速度较阴极沉积速度快,电解液中便会积聚大量的金属离子,铬以不同价数的离子溶解于电解液中,破坏了电解液的稳定性,无法控制电解液中三价和六价铬的含量,使电镀过程难以正常进行.常用的阳极材料为铅锑合金.因其机械性能好,在酸中稳定..(四)电解液浓度影响镀铬电流效率的因素很多,主要是铬酐质量浓度,硫酸浓度,三价铬含量和它们之间的浓度比.还有杂质:如铁,铜,氯离子,硝酸根离子等.三.镀铬层的种类及规范镀铬层按其性质可分为硬质镀铬及多孔性镀铬层两种.四.镀铬工艺镀铬工艺一般分为三步:镀铬前的准备,镀铬及镀后加工.(一)镀前准备1.磨削.2除油.3.装挂具.4.绝缘5.刻蚀处理.(二)镀铬电镀低碳钢零件时,开始只用正常电流的