電刷鍍的設備、鍍液配方及應用

王宗雄，鮑新華，任吉華

（1.寧波市電鍍行業(yè)協(xié)會，浙江 寧波 315199；2.淮北市鈺濤工貿(mào)有限公司，安嶶 淮北 235000）

【經(jīng)驗交流】

電刷鍍的設備、鍍液配方及應用

王宗雄1,*，鮑新華1，任吉華2

（1.寧波市電鍍行業(yè)協(xié)會，浙江 寧波 315199；2.淮北市鈺濤工貿(mào)有限公司，安嶶 淮北 235000）

描述了電刷鍍所需設備，給出了常用的電凈、活化、鍍鎳、鍍銅、鍍硬鉻以及鍍鎳-鉻、鎳-鈷、鎳-鐵合金的溶液配方，指出了電刷鍍過程中的注意事項，介紹了電刷鍍在銅、鋁排局部鍍錫以及修補電容器導電接頭電鍍錫層中的應用。

電刷鍍；鍍筆；鍍液配方；金屬；合金；前處理

電刷鍍是表面制造與再制造技術之一。電刷鍍的基本原理與電鍍一樣，但它是一種無槽快速電鍍工藝。電刷鍍的主要用途有 2個：一是傳統(tǒng)工藝無法解決的特別長、大或重的零部件的局部表面處理；二是快速修復常規(guī)修理技術無法修復的機械零部件，以達到厚度和表面的技術要求。

電刷鍍技術是由過去的“筆鍍”方法發(fā)展而來，又經(jīng)過現(xiàn)代技術的改良。電刷鍍主要用于強化和提高工件的表面性能，能賦予工件裝飾性外觀、耐蝕性、抗磨損性，以及特殊的光、電、磁、熱等性能，也可以改變工件尺寸，改善機械配合，修復因超差或磨損而報廢的工件，已在航空航天、車輛船舶、石油化工、紡織印染、工程機械、電子電力、文物修復、工藝品裝飾等方面獲得大量應用。圖1示出了軸類零件電刷鍍修復和銅排電刷鍍銀的現(xiàn)場照片。

圖1 軸類零件電刷鍍修復(左)和銅排電刷鍍銀(右)的現(xiàn)場照片F(xiàn)igure 1 Photo of repairing of shaft (left) and silver plating on copper busbar (right) by electro-brush plating

隨著電刷鍍技術的發(fā)展，目前電刷鍍技術不再是僅僅幾十個絲(1絲等于0.01 mm)的修復厚度，電刷鍍的厚度、速度、性能隨著技術的發(fā)展而不斷提高，適用范圍越來越廣。

電刷鍍依靠直流電的作用，通過鍍筆(陽極+鍍液)以一定的壓力與工件保持接觸并作相對運動，令鍍液中的金屬離子在陰極(工件)上放電還原、沉積，形成金屬鍍層。鍍層的厚度和均勻性與電流密度、陽極運動速率、鍍液流量及電鍍時間有關。電刷鍍層在鈦、鋁、銅、鉻、高合金鋼和石墨上都具有很好的結合強度。圖2為電刷鍍工作原理示意圖。

圖2 電刷鍍工作原理示意圖Figure 2 Schematic diagram of working principle of electro-brush plating

電刷鍍與電鍍相比有以下優(yōu)點：

(1) 便攜性。電刷鍍可以很方便地把設備帶到施鍍現(xiàn)場。

(2) 操作容易。只要經(jīng)短時間的講解，任何人都能操作，無需特別專業(yè)的電鍍知識。

(3) 快速、高效。由于陰極與陽極之間有相對運動，因此允許使用較高的電流密度(可比電鍍的電流密度大幾倍到幾十倍)，沉積速率是槽鍍的30 ～ 60倍，耗電量是普通電鍍的幾十分之一。

(4) 質(zhì)量便于管理。在工廠只要使用充分保證質(zhì)量的電解液和精度高的機械設備，就可以準確地控制鍍層厚度，可用于修正軸、孔的錐度和橢圓度。

(5) 可實現(xiàn)不解體現(xiàn)場修復。即使是正在組裝的機械，也能在不拆卸部件的情況下，對所需的部位進行電刷鍍。

(6) 由于不入電鍍槽，因此可以解決大的、長的、重的零件的局部電鍍問題。

(7) 可以省去或減少實施遮蔽和去除遮蔽的麻煩。

(8) 由于工藝溫度一般不超過60 °C，因此可用于熱變形敏感的軸、模具等工件，不必擔心熱變形。

(9) 能修補鍍層。由于在鎳、硬鉻等鍍層之上也能重疊鍍，因此能對不良鍍層進行修復或?qū)穸炔蛔愕牟课贿M行補鍍。

(10) 同軸度高。由于工件在轉動情況下被鍍，因此鍍層在圓周方向基本一致，不會產(chǎn)生橢圓度。

(11) 操作安全，對環(huán)境污染小。電刷鍍的溶液不含氰化物和劇毒藥品，性能穩(wěn)定，便于儲存和運輸，可循環(huán)使用，消耗量小，不會有大量廢液排放。

1 電刷鍍設備與溶液

電刷鍍設備由專用直流電源、鍍筆及供液、集液裝置組成。

1. 1 專用直流電源

電刷鍍專用直流電源(如圖3所示)不同于其他種類電鍍使用的電源，由整流電路、正負極性轉換裝置、過載保護電路、安培小時計(或鍍層厚度計)等幾部分組成。

圖3 電刷鍍專用電源Figure 3 Power supply for electro-brush plating

(1) 整流電路用于提供平穩(wěn)的直流輸出，輸出電壓可無級調(diào)節(jié)，以滿足各道工序和不同溶液的需要，一般范圍為0 ～ 30 V，輸出電流為0 ～ 150 A。大功率電源的最高電壓可達到50 V。

(2) 正負極性轉換裝置用于滿足電刷鍍過程中各工序?qū)O性的需要，可任意選擇陽極或陰極的電解操作。

(3) 過載保護電路用于刷鍍過程中當電流超過額定值后快速切斷主電源，以保證電源和零件不會因短路而燒壞。

(4) 安培小時計用于在動態(tài)下計量電刷鍍消耗的電量，從而精確地控制鍍層厚度。

電源的自調(diào)作用要強，輸出電流應能隨鍍筆和陽極接觸面積的改變而自動調(diào)節(jié)。武漢材料保護研究所電刷鍍技術研發(fā)中心研發(fā)的 SDK系列高頻開關刷鍍電源有普通型(如 SDK-20AH、SDK-50AH、SDK-100AH)和智能型(如SDK-100AHZ、SDK-200AHZ、SDK-300AHZ、SDK-500AHZ)兩種，而且可根據(jù)用戶要求定制。

1. 2 鍍筆

鍍筆是電刷鍍的重要工具，主要由陽極、絕緣手柄和散熱裝置組成。根據(jù)零件的尺寸來選用不同類型的鍍筆。常見鍍筆的結構見圖4。

刷鍍陽極材料要求具有良好的導電性，能持續(xù)通過大電流，不污染鍍液，易于加工。通常使用高純石墨、鉑-銥合金、不銹鋼等不溶性陽極。根據(jù)被鍍零件的表面形狀，陽極可以加工成不同形狀，如圓柱、圓棒、月牙、長方、半圓、細棒、扁條等，其表面積通常為被鍍面的1/3。陽極需用棉花和針織套包裹，以貯存刷鍍用的溶液(包括電鍍液、酸洗液及脫脂液)，防止陽極與被鍍件直接接觸，過濾石墨陽極表面脫落的石墨粒子。棉花最好選用纖維長、層次整齊的脫脂棉。套管材料要求有良好的耐磨性、吸水性，不會污染鍍液，可選用滌綸或人造毛材料。包裹時厚度要適當，過厚或太薄都不好：過厚會使電阻增大，刷鍍效率降低；太薄則鍍液貯存量太少，不利于散熱，造成過熱，影響鍍層質(zhì)量。最佳包裹厚度要根據(jù)不同陽極而定。

絕緣手柄套在紫銅導電桿外面，常用塑料或膠木制作。導電桿一頭連接散熱片，另一頭與電源電纜接頭連接。

由于電刷鍍過程中會產(chǎn)生大量的熱，因此鍍筆上需要安裝散熱片。散熱片通常用不銹鋼制作，尺寸較大的鍍筆亦可選用鋁合金制作。

電刷鍍過程中應專筆專用，切莫混用。鍍筆和陽極在使用過程中切勿被油脂等污染。陽極包套一旦發(fā)現(xiàn)磨穿，應及時更換，以免陰陽兩極直接接觸而導致短路。鍍筆用畢，應及時拆下陽極，用水沖洗干凈，并按鍍種分別存放，不能混淆。

1. 3 供液、集液裝置

刷鍍時，根據(jù)被鍍零件的大小采用不同的方式給鍍筆供液，如蘸取式、澆淋式和泵送式。關鍵是要連續(xù)供液，以保證金屬離子的電沉積能正常進行。流淌下來的溶液一般采用塑料桶、塑料盤等容器收集，以供循環(huán)使用。

2 電刷鍍所用的溶液[1-2]

根據(jù)用途不同，電刷鍍過程中使用的溶液(見圖5)包括表面預處理液、電刷鍍液、鈍化液、退鍍液等。

圖5 常用的電刷鍍?nèi)芤篎igure 5 Common electro-brush plating solutions

2. 1 表面預處理溶液

為了提高鍍層與基體的結合強度，被鍍表面必須預先進行嚴格的預處理，包括電凈處理(用電解的方法清除金屬表面的油污和雜質(zhì))和活化處理(用電解的方法除去金屬表面的氧化膜和銹斑)。電凈處理后的零件要用清水沖洗。

2. 1. 1 電凈液

電凈液為無色透明的堿性溶液，由氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、氯化鈉等配制而成，-10 °C不結冰，可長期存放，腐蝕性小。

2. 1. 1. 1 1號電凈液

該溶液為無色透明的堿性水溶液，含氫氧化鈉25 g/L、無水碳酸鈉22 g/L、磷酸三鈉50 g/L、氯化鈉2.5 g/L，pH = 13，具有較強的去油污能力，并且有輕微的去銹蝕作用，適用于所有金屬表面的電解除油。其操作工藝規(guī)范為：工作電壓8 ～ 15 V，相對運動速率5 ～ 8 m/min，電源極性正接(高強度鋼除外)。

2. 1. 1. 2 0號電凈液

這是一種與1號電凈液性能相似的除油溶液，在1號電凈液的配方基礎上加入了825水基清洗劑5 ～10 mL/L，同樣無色透明，pH = 13，除油效果比1號電凈液好，尤其適用于鑄鐵等組織疏松的材料。操作工藝規(guī)范1號電凈液相同。

2. 1. 2 活化液

活化液一般由酸類和鹽類組成，可長期存放。

2. 1. 2. 1 1號活化液

該溶液無色透明，由硫酸80 ～ 90 g/L和硫酸銨100 ～ 120 g/L組成，pH = 0.4，凍點為-15 °C，有去除金屬表面氧化膜和疲勞層的能力，對基體腐蝕較慢，適用于低碳鋼、低碳合金鋼、白口鑄鐵等材料。活化時按以下工藝規(guī)范操作：工作電壓8 ～ 15 V，相對運動速率5 ～ 10 m/min，電源極性正接或反接。

2. 1. 2. 2 2號活化液

由鹽酸20 ～ 30 mL/L和氯化鈉130 ～ 140 g/L組成，pH = 0.3，無色透明，凍點為-17 °C，去除金屬表面氧化膜和疲勞層的能力較強，對基體腐蝕快，適用于中碳(合金)鋼、高碳(合金)鋼、鋁和鋁合金、灰口鑄鐵、鎳層以及難熔金屬，也可用于去除金屬毛刺和剝蝕鍍層。操作工藝規(guī)范為：工作電壓6 ～ 14 V，相對運動速率5 ～ 10 m/min，電源極性反接。

2. 1. 2. 3 3號活化液

由檸檬酸鈉140 ～ 150 g/L、檸檬酸90 ～ 110 g/L、六水氯化鎳(或氯化鈉)1 ～ 3 g/L組成，呈淡綠色，pH = 4，凍點為-9 °C。該溶液對鐵素體的作用較弱，甚至不起作用，但對碳化物的作用很強。因此除對銅等少數(shù)材料活化時單獨使用外，一般與其他活化液(1號、2號)配合使用，主要是去除中、高碳鋼，鑄鐵等材料經(jīng)1號、2號活化液活化后表面出現(xiàn)的炭黑層，以提高鍍覆層與基體的結合強度。其操作工藝規(guī)范為：工作電壓10 ～ 25 V，相對運動速率6 ～ 8 m/min，電源極性反接。

2. 1. 2. 4 4號活化液

由硫酸115 ～ 125 g/L和硫酸銨110 ～ 120 g/L組成，無色透明，pH = 0.2，凍點為-18 °C，腐蝕能力很強，適用于鈍化狀態(tài)的鉻、鎳鋼或者經(jīng)上述活化液活化后仍難施鍍的材料，也可用于去除金屬毛刺和剝蝕舊鍍層。操作工藝規(guī)范為：工作電壓10 ～ 25 V，相對運動速率6 ～ 10 m/min，電源極性正接或反接。

2. 1. 2. 5 專用鉻活化液

由硫酸88 g/L、硫酸銨100 g/L、磷酸5 g/L和氟硅酸5 g/L組成，無色透明，pH = 0.5。在鉻層或鎳及鎳合金的基體上鍍鉻時，可用該溶液處理基體表面之后再鍍鉻?；罨瘯r，工作電壓為10 ～ 15 V，相對運動速率6 ～ 8 m/min，工件反接后再正接，時間0.5 ～ 2.0 min?；罨蟛槐赜盟疀_洗，可以直接鍍鉻。

2. 2 電刷鍍液

按鍍層的成分，電刷鍍液分為單金屬鍍液與合金鍍液。每種金屬電鍍液又會根據(jù)沉積速率、鍍液性質(zhì)、鍍層性能等特點分成許多品種。

一般刷鍍?nèi)芤悍譃樗嵝院蛪A性兩大類。酸性刷鍍液的沉積速率比堿性溶液快1.5 ～ 3.0倍，但絕大多數(shù)都不適用于材質(zhì)疏松的金屬材料(如鑄鐵)，也不適用于不耐酸腐蝕的金屬材料(如錫、鋅等)。堿性和中性刷鍍液有很好的使用性能，可獲得晶粒細小的鍍層，在邊角、狹縫、盲孔等處也有很好的均鍍能力，無腐蝕性，適合各種材質(zhì)的零件。

由于電刷鍍無需電鍍槽，兩極距離很近，因此常規(guī)電鍍液不適用于電刷鍍。與一般的電鍍液相比，電刷鍍液具有以下特點：

(1) 金屬離子含量高，導電性好。

(2) 溫度范圍比較寬。

(3) 在工作過程中性能比較穩(wěn)定，離子濃度和溶液的pH變化不大。

(4) 均鍍能力和深鍍能力較好。

(5) 毒性與腐蝕性較小。

2. 2. 1 單金屬鍍液

2. 2. 1. 1 鍍鎳

在表面鍍覆領域，鎳是應用最廣泛的鍍層，在機械零件修復和強化零件表面方面用得最多。這是因為鎳鍍層具有優(yōu)良的物理、化學和力學性能。鎳鍍層在真空中有很好的化學穩(wěn)定性，不易變色。鎳的鈍化能力很強，其表面能夠迅速生成一層很薄的鈍化膜，在常溫下能很好地抵抗大氣、堿和某些酸的腐蝕。鎳在有機酸中很穩(wěn)定，在濃硝酸中處于鈍化狀態(tài)，在硫酸和鹽酸中溶解緩慢，但易溶于稀硝酸。鎳還有較好的抗高溫氧化性能，在溫度高于600 °C時表面才被氧化。

電刷鍍鎳層硬度較高，塑性較好，因此被廣泛應用于要求硬度高、耐磨性好的零件表面。電刷鍍鎳層晶粒很細小，具有良好的拋光性能。經(jīng)拋光的鍍鎳層可以得到很光亮的外表，在大氣中可長時間保持光澤。

(1) 特殊鎳。

特殊鎳鍍液是一種強酸性鍍液，由硫酸鎳390 ～ 400 g/L、氯化鎳14 ～ 20 g/L、鹽酸20 ～ 20 mL/L和乙酸68 ～ 70 mL/L組成，pH = 1，呈深綠色，有較強的醋酸味。鍍液中鎳離子含量為85 g/L，密度1.23 g/cm3。

特殊鎳與絕大多數(shù)金屬基體(鑄鐵等疏松材料除外)都有很強的結合力，致密，硬度550 HB，耐磨性好，主要用作鋼、鋁、銅、不銹鋼、鉻、鎳等材料上的打底層或中間夾心層，也可用作耐磨層，厚度僅需1 ～2 μm。用在不銹鋼、鉻、鎳上鍍底層時，為使其與基體結合良好，通常酸性活化后不用水漂洗而直接鍍特殊鎳。操作時先不通電，用鍍筆蘸上溶液將被鍍表面擦拭一遍，通電后先用18 V沖擊鍍一遍被鍍表面，然后降至12 V，相對運動速率為5 ～ 10 m/min，工件接電源正極。

(2) 快速鎳。

快速鎳鍍液由硫酸鎳250 g/L、氨水100 mL/L、檸檬酸銨56 g/L、乙酸銨23 g/L和草酸銨0.1 g/L組成，略呈堿性，pH = 7.5 ～ 7.8，藍綠色，可嗅到氨水氣味，鎳離子含量為53 g/L，密度1.5 g/cm3。其特點是沉積速率快，鍍覆層硬度高(45 ～ 48 HRC)、抗磨損，耐蝕性也較好，可在各種材料上鍍覆工作層、恢復尺寸層或制備復合層，尤其適用于鑄鐵上鍍底層。工藝規(guī)范如下：工作電壓10 ～ 15 V，相對運動速率6 ～ 12 m/min，電源極性正接。

在工作電壓10 ～ 15 V、相對運動速率8 ～ 15 m/min的條件下，電刷鍍快速鎳層的硬度較高，并具有良好的耐磨性，其硬度和耐磨性指標等于或高于45鋼淬火加180 °C回火后的硬度和耐磨性。硬度的峰值出現(xiàn)在12 V及10 m/min附近，約為668 HV；耐磨性的峰值出現(xiàn)在14 V及10 m/min附近，約為45鋼淬火加180 °C回火后的1.7倍。

(3) 堿性鎳。

堿性鎳鍍液含250 ～ 280 g/L硫酸鎳、75 ～ 95 g/L配位劑、5 ～ 80 g/L緩沖鹽I、20 ～ 35 g/L緩沖鹽II和適量添加劑，pH = 8.5，呈藍綠色，鎳離子含量為54.4 g/L。該鍍液沉積速率快，有良好的工藝性，所得鍍層組織細密、顏色均勻、應力低，硬度達500 HB，可鍍厚，適用于在各種材料上鍍尺寸層或工作層，可代替中性鎳。工藝規(guī)范如下：工作電壓8 ～ 14 V，相對運動速率8 ～ 12 m/min，電源極性正接。

(4) 中性鎳。

中性鎳鍍液含130 ～ 150 g/L硫酸鎳、10 ～ 15 g/L輔助鹽、55 ～ 70 g/L有機酸和40 ～ 60 mL/L調(diào)節(jié)劑，pH = 7，呈深綠色，鎳離子含量為28 g/L。該鍍液沉積速率快，有良好的工藝性，所得鍍層組織細密，呈銀白色，耐蝕性好，硬度500 HB，可用于修補薄鍍層，作為鑄鐵的底層或銅與酸性鎘的交替層。工藝規(guī)范如下：工作電壓10 ～ 14 V，相對運動速率6 ～ 10 m/min，電源極性正接。

(5) 低應力鎳。

低應力鎳鍍液由硫酸鎳360 g/L、乙酸30 mL/L、乙酸鈉20 g/L、對氨基苯磺酸鈉0.1 g/L和十二烷基硫酸鈉0.01 g/L組成，pH = 3.5，呈綠色，鎳離子含量為75 g/L，密度1.20 g/cm3。使用時要先將鍍液預熱到50 °C，才可以得到組織細密、具有壓應力或較小拉應力的鍍層。它專為沉積厚鍍層時提供夾心層而研制，但其本身不能鍍得太厚。它也可用于制備保護鍍層，鍍層硬度為350 HB。工藝規(guī)范如下：工作電壓8 ～ 14 V，相對運動速率6 ～ 10 m/min，電源極性正接。

2. 2. 1. 2 鍍銅

銅是玫瑰紅色的金屬，密度8.92 g/cm3，熔點1 083 °C。銅鍍有沉積速率快，鍍層硬度適中的特點，所以被廣泛用作快速恢復尺寸層或鍍厚層，也可用來改善導電性、釬焊性，或在鋼件上鍍防滲碳層以及防滲氮層。

(1) 堿銅。

堿銅鍍液由硫酸銅250 g/L和乙二胺135 g/L組成，呈藍紫色，pH = 9.2 ～ 9.8，金屬銅含量為62 g/L，密度1.14 g/cm3。它沉積速率快，腐蝕性小，最常用于快速恢復尺寸層和填補溝槽，特別適用于鋁、鑄鐵、鋅等難鍍材料上鍍覆。在鋼件上鍍覆時，最好先用特殊鎳打底，以便獲得更高的結合力。所得鍍層組織細密，硬度250 HB，厚度為0.01 mm時就有良好的防滲碳、防滲氮能力。其工藝規(guī)范如下：工作電壓10 ～14 V，相對運動速率6 ～ 12 m/min，電源極性正接。

(2) 高速酸銅。

高速酸銅鍍液含甲基磺酸銅460 g/L，pH = 1.5，呈深藍色，金屬銅含量為116 g/L，密度1.28 g/cm3。該鍍液有較高的沉積速率，主要用于大厚度快速恢復尺寸和填補凹槽。由于鍍液的腐蝕性強，鍍前應將鄰近的非鍍覆部位保護好。高速酸銅鍍層平滑致密，硬度300 HB(比普通酸銅鍍層硬)，容易機械加工。高速酸銅在大電流密度下鍍覆時晶粒易變粗，應保證鍍液的連續(xù)供給。該鍍液不能直接用于鋼(某些不銹鋼除外)及個別貴金屬上鍍覆，鍍前要用鎳打底。在銅基體上鍍覆高速酸銅時，應在通電前先用該鍍液濕潤被鍍表面。其工藝規(guī)范如下：工作電壓8 ～ 14 V，相對運動速率10 ～ 15 m/min，電源極性正接。

(3) 高堆積堿銅。

高堆積堿銅鍍液由甲基磺酸321.5 g/L、乙二胺177.8 g/L、氯化鈉1 g/L和堿式碳酸銅161.3 g/L組成，pH = 8.5 ～ 9.5，呈紫色，金屬銅含量為82 g/L，密度1.28 g/cm3。鍍液有較高的沉積速率，能獲得厚鍍層，鍍層應力小，硬度250 HB。該鍍液無腐蝕性，用途很廣泛，主要用于鍍覆尺寸層，特別推薦用于鎘或錫零件上填補凹坑，也可用于印制電路板的修理。其工藝規(guī)范如下：工作電壓8 ～ 14 V，相對運動速率8 ～12 m/min，電源極性正接。

2. 2. 1. 3 鍍硬鉻

電刷鍍硬鉻主要用于軸類工件的修復及大型液壓支架的部分焊點修復，鍍速快、污染小，可節(jié)約大批資金?；幢笔锈暆べQ(mào)有限公司提供的鍍液配方及工藝條件如下：鉻酸酐200 ～ 300 g/L，三價鉻1.0 ～ 1.2 g/L，氫氟酸10 ～ 15 g/L，添加劑20 ～ 30 mL/L，溫度30 ～ 70 °C，相對運動速率8 ～ 20 m/min，電壓8 ～ 15 V，電流60 ～ 200 A/dm2，陽極為石墨或鉛合金，沉積速率8 ～ 10 μm/min，正向連接。

2. 2. 2 合金鍍液

合金鍍層是指含2種或2種以上金屬的鍍層。合金分機械混合、固溶體和金屬化合物3種結構形式。合金鍍層具有單一金屬鍍層所不能達到的性能，它比單一金屬鍍層更能滿足人們對金屬制品表面提出的高要求。合金鍍層都具有一些優(yōu)異的理化性能和力學性能，如抗腐蝕、耐高溫，較高的硬度和耐磨性，優(yōu)美的外觀和較好的釬焊性。因此，它們被廣泛用作防護、裝飾、耐磨和其他功能性鍍層。如鎳-鎢和鎳-鈷合金鍍層，不但硬度高、耐磨損，而且耐高溫，可作為軸承、活塞、氣缸、模具等零件的防護工作層。

2. 2. 2. 1 鎳-鎢合金鍍液

鎳-鎢合金鍍液的配方為：硫酸鎳436 g/L，鎢酸鈉25 g/L，乙酸20 mL/L，檸檬酸鈉36 g/L，檸檬酸36 g/L，無水硫酸鈉20 g/L，十二烷基硫酸鈉0.01 g/L。工藝規(guī)范如下：工作電壓10 ～ 15 V，相對運動速率4 ～ 12 m/min，電源極性正接。

該鍍液呈綠色，pH = 2 ～ 3，其中含鎳85 g/L、鎢15%，性能很穩(wěn)定。所得鍍覆層的硬度高(750 HB)，抗磨損，主要用作耐磨件的工作層，厚度限制在0.03 ～ 0.07 mm范圍內(nèi)為最好。鎳-鎢合金鍍層可作為其他鍍層的覆蓋層。對于較厚的鍍層，可先鍍一層酸性鎳或低應力鎳。它也可以與特殊鎳交替鍍覆，形成交疊鍍層。操作時，每層鎳-鎢合金都要用油石或砂紙打磨光滑，經(jīng)電凈與1號活化液處理后再鍍特殊鎳。

2. 2. 2. 2 鎳-鎢(D)合金溶液

鎳-鎢(D)合金鍍液的組成為：硫酸鎳393.2 g/L，鎢酸鈉23 g/L，乙酸20 mL/L，檸檬酸42 g/L，硫酸鈉6.5 g/L，十二烷基硫酸鈉0.01 g/L，硼酸31 g/L，硫酸鈷2 g/L，硫酸錳2 g/L，氯化鎂2.8 g/L，甲酸35.2 g/L，氟化鈉5 g/L，十二烷基硫酸鈉0.010 ～ 0.001 g/L。工藝規(guī)范如下：工作電壓10 ～ 14 V，相對運動速率8 ～ 14 m/min，電源極性正接。

該溶液呈深綠色，pH = 1.4 ～ 2.4，含鎳80 g/L，可獲得較厚的鍍覆層。所得鍍層有比鎳-鎢合金更優(yōu)良的性能，硬度更高(55 HRC)，耐磨性更好，殘余應力小。在高強度鋼上鍍覆時，氫脆性很?。辉谀承╇y鍍金屬上鍍覆時，也都能獲得較好的結合力。它主要用于各種零件上鍍覆工作層。

2. 2. 2. 3 鎳-鐵合金鍍液

由淮北市鈺濤工貿(mào)有限公司提供的電刷鍍鎳-鐵合金工藝的鍍液組成及操作條件為：硫酸鎳 250 ～280 g/L，硫酸亞鐵320 ～ 360 g/L，苯亞磺酸鈉0.6 g/L，丁二酸0.2 g/L，抗壞血酸1.5 g/L，硼酸30 g/L，光亮劑適量，工作電壓6 ～ 8 V，pH 4 ～ 6，陽極為低碳鋼板，陰陽極相對運動速率18 ～ 25 m/min，正向連接。該鍍液主要用于修復工件，其鍍層的耐蝕性、耐磨性、光亮度都很好，具有結合強度高、沉積速率快(6 ～ 8 μm/min)、硬度高、一次鍍厚能力強等特點。

2. 3 鈍化液

用于在鋁、鋅、鎘等金屬表面生成能提高表面耐蝕性的鈍態(tài)氧化膜。電刷鍍用鈍化液的配方與普通電鍍所用相近，受篇幅所限，不再贅述。

2. 4 退鍍液

用于褪除鍍件表面不合格或多余的鉻、銅、鐵、鈷、鎳、鋅等鍍層。電刷鍍用退鍍液的配方與普通電鍍所用相近，在此也不介紹。

3 工藝條件對鍍層的影響

3. 1 工作電壓

工作電壓是電刷鍍工藝的一個重要參數(shù)。每種鍍液都有適當?shù)碾妷悍秶?，但在刷鍍時不能簡單地取中間值，應根據(jù)陽極大小，陽極與零件的相對運動速率，鍍液溫度等具體情況來選擇。通常起鍍時電壓低一些，2 ～ 3 min后升至較大值，當接近要求的厚度時，再把電壓降低一些。

電刷鍍中的電流不作為一個可調(diào)節(jié)的獨立工藝參數(shù)，在刷鍍過程中它不是定值，但對電流進行監(jiān)測可以判斷刷鍍是否正常，陰陽極接觸是否良好。

3. 2 相對運動速率

電刷鍍時陽極與零件之間應保持一定的相時運動速率。速率太低，刷鍍電流過大時，鍍層會燒傷、多孔、粗糙、發(fā)脆；速率太高，電流效率會降低，甚至無鍍層。若相對運動速率高于最佳值，可增大電壓和電流；若低于最佳值，可降低電壓和電流。當陽極固定而圓柱零件旋轉時，陽極最佳相對運動速率與轉速的關系按式(1)計算。

式中n為零件轉速(r/min)，v為陰陽極最佳相對運動速率(m/min)，D為被鍍表面的直徑(mm)。

4 刷鍍?nèi)芤汉挠昧康墓浪?/h2>

為了掌控刷鍍液的使用量，有必要對鍍液耗用量進行事先估算。計算公式如下：

式中V為鍍液用量(L)，A為需刷鍍的面積(dm2)，δ為鍍層厚度(μm)，d為鍍覆金屬的密度(g/cm3)，κ為鍍液損耗系數(shù)(取1.5 ～ 2.0)，ρ為鍍液中金屬離子的質(zhì)量濃度(g/L)。

5 注意事項

5. 1 定位基準的合理選擇

為了保證零件的加工精度，必須有準確的定位基準。對于失效后需要修復的零件，由于使用中的耗損和加工設備的誤差，必須合理選擇定位基準，才能保證零件的加工精度。

軸類零件原加工基準多半是頂尖孔。在軸的使用過程中，有的頂尖孔被磨損或碰傷，有的由于軸的彎曲而失準。故在加工前，應先校正軸，然后修整頂尖孔。加工基準的選擇要與原加工基準重合或選擇加工精度高、誤差小的地方作為定位基準。

在修復殼體零件時，要特別注意變形所引起的某些孔軸線的歪斜和相互位置關系的改變。這不但影響本身的精度，而且會影響零件的裝配關系，易造成零件磨損加劇，影響總成的大修質(zhì)量。

使用過程中，殼體零件的平面常常會發(fā)生翹曲變形。修復時若要用這種平面做基準，必須用關鍵軸心線為基準進行檢查并加以修整。

5. 2 軸類零件的過渡圓角

機械中承受交變載荷的軸類零件，在形狀和尺寸改變處，對應力集中很敏感。一般情況下，過渡圓角處的應力比正常大2 ～ 4倍。通常過渡圓角半徑r有一定范圍。在不妨礙裝配的情況下，修復加工中應盡量取其上限。這是因為修復加工時，軸的疲勞強度已有所下降，而使用經(jīng)驗證明，r大會降低應力集中，提高疲勞強度，延長軸類零件的使用壽命。

5. 3 零件表面粗糙度的修復

表面粗糙度對零件的諸多性能有影響。首先影響零件的耐磨性。粗糙的表面會引起初始磨損，導致正常工作時初始間隙過大，從而導致零件的使用壽命大大縮短。表面粗糙度又會影響過盈配合的過盈量，過于粗糙的表面在過盈配合時易使凸點被壓平，令實際過盈量減小。表面粗糙度還會影響零件的疲勞強度，尤其是優(yōu)質(zhì)高強度鋼材，在交變載荷作用下對表面粗糙度更為敏感，因為材料強度越高，應力集中現(xiàn)象越嚴重。還有，表面粗糙度會影響零件的抗腐蝕性能，因為粗糙的表面容易粘附腐蝕性物質(zhì)，加速零件的腐蝕。

5. 4 鍍筆的使用與維護

在刷鍍時，每一種溶液都必須有一支或幾支專用鍍筆。每支鍍筆使用前都必須先在筆桿上貼上寫有所用鍍液名稱的標簽，不能混用，尤其是鍍銅與鍍鎳的鍍筆不能混用，以免鍍液相互污染。

鍍筆用完后要用清水沖洗干凈，分別存放，不能混放。下一次使用鍍筆前，應注意檢查電纜線插孔處是否有銹蝕。若有銹蝕，要拆卸清理干凈。

石墨陽極長時間使用后也會被腐蝕。用銼刀、刮刀等工具將表面腐蝕產(chǎn)物刮除后可繼續(xù)使用。過度腐蝕就要報廢。

陽極包套一旦磨穿就要及時更換。換下的棉花一般不能再用。較干凈的棉花可用水沖洗，曬干后繼續(xù)使用。

用過的鍍筆若長時間不再使用，應分別拆下陽極、鎖緊螺帽、導電桿和散熱器，清理干凈后分開保管，以備再用。

6 電刷鍍的應用

6. 1 工藝流程

單一鍍層：鍍前處理→工件表面電凈處理→水沖洗→保護非鍍表面→工件表面活化處理→水沖洗→鍍打底鍍層→水沖洗→鍍工作層→水沖洗→鍍層處理(烘干、機械加工、拋光、上防銹油等)。

復合鍍層：鍍前處理→工件表面電凈處理→水沖洗→保護非鍍表面→工件表面活化處理→水沖洗→鍍打底鍍層→水沖洗→鍍尺寸層→水沖洗→鍍夾心層→水沖洗→鍍工作層→水沖洗→鍍層處理(烘干、機械加工、拋光、上防銹油等)。

實際操作中，根據(jù)不同情況和要求，可增加或減少工序，例如復合鍍層有時要增加2 ～ 3次夾心層。

6. 2 操作內(nèi)容和要求

6. 2. 1 零件表面的準備

零件表面的預處理是保證鍍層與零件表面牢固結合的關鍵工序。零件表面應光滑平整，無油污、銹斑、氧化膜等。為此，先用鋼絲刷、丙酮清潔，然后進行電凈處理和活化處理。

6. 2. 2 鍍打底層(過渡層)

為了進一步提高工作層與基體的結合力，選用特殊鎳、堿銅等作為底層，厚度為2 ～ 5 μm，然后在其上鍍覆所需的金屬鍍層(即工作層)。

6. 2. 3 鍍工作層

電刷鍍工作層的厚度(半徑方向上)為0.3 ～ 0.5 mm。鍍層厚度增加，內(nèi)應力將加大，容易引起裂紋和使結合強度下降，乃至鍍層脫落。但用于補償零件磨損尺寸時需要較大厚度。此時要采用組合鍍層，即在零件表面先鍍打底層，再鍍補償尺寸的尺寸鍍層。為避免因厚度過大而導致應力增加、晶粒粗大和沉積速率下降，在尺寸鍍層間鍍夾心鍍層(不超過0.05 mm)，然后再鍍工作層。

6. 3 應用場合

(1) 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，使其滿足公差要求。

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

(3) 修復曲軸、油缸、柱塞、機體、導桿等大型和精密零件的局部磨損、擦傷、凹坑、腐蝕點等。

(4) 改善零件表面的冶金性能(如釬焊性)，零件局部防滲碳、防滲氮等。

(5) 改善軸承和配合面的過盈及配合性能，如增加過盈量，提高配合面的耐磨性及防腐性，鍍后一般不再加工，鍍層厚度可控制。

(6) 印制電路板的維修和保護，如插腳鍍金、銀等。

(7) 電氣觸點、接頭和高壓開關的維修和防護。

(8) 通常電鍍難以完成的作業(yè)，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。

(9) 修補鑄件沙眼和淬火裂紋，幾乎看不出痕跡，而且由于在常溫下施工，保證了基體不產(chǎn)生熱變形和金相組織變化。

6. 4 實例

6. 4. 1 鋁、銅母線排電刷鍍銅、錫[3]

2013年，寧波市電鍍專家鮑新華工程師為寧波某廠開發(fā)了鋁、銅母線排電刷鍍工藝，實現(xiàn)了新型電纜橋架鋁、銅排刷鍍錫(見圖6)，真正達到了節(jié)能減排的效果。

圖6 銅、鋁排局部電刷鍍錫現(xiàn)場及成品的照片F(xiàn)igure 6 Photos showing how to electro-brush plate tin locally on copper and aluminum busbars on site and the products

鋁排長度有3 m、5 m、6 m等不同規(guī)格，要求頭部10 cm刷錫。原來由省外電鍍廠加工，鋁、銅排都采用電鍍錫工藝，存在設備投資大、廢水產(chǎn)生量多、原材料消耗大的缺陷。2014年起實施刷鍍錫工藝后，充分發(fā)揮了刷鍍操作方便、生產(chǎn)穩(wěn)定、工藝維護簡單的優(yōu)點，節(jié)約了大量的金屬和化工材料，各方面資源消耗可下降80%左右。另外，原電鍍錫工藝生產(chǎn)每噸銅排的用水量為6 ～ 7 t，現(xiàn)電刷錫工藝的用水量只是1 t左右，大量減少了廢水的排放量。

鋁排不用堿液除油，其電刷鍍工藝流程為：一步法酸洗除油→清洗→堿蝕→清洗→活化→清洗→浸鋅鎳合金→清洗→雙面刷底銅(或鎳)→水沖洗→刷錫(或銀、鎳等)→水沖洗→干燥。

刷銅液由硫酸銅200 ～ 250 g/L和乙二胺125 ～ 135 g/L組成，pH 9 ～ 10，在吸風條件下配制。電刷鍍銅在常溫下操作，時間10 ～ 15 s。

刷錫液含硫酸亞錫50 ～ 60 g/L、硫酸130 ～ 140 g/L、穩(wěn)定劑4 mL/L、光亮劑15 mL/L，常溫下操作30 ～ 60 s，鍍層厚度為1 ～ 3 μm。

銅排可直接刷錫，工藝流程如下：常溫清洗劑除油→清洗→刷錫(常溫，時間30 s，鍍層厚度1 ～ 3 μm)或銀、鎳等→水沖洗→干燥。

鋁排刷錫若出現(xiàn)結合力差，應在以下兩方面加強控制：一是前處理除油，二是控制好浸鋅鎳液的氫氧化鈉和鎳、鐵離子的含量。

刷筆采用不銹鋼材質(zhì)，刷鍍布為不銹鋼拋光專用電極布。

6. 4. 2 電容器導電接頭電鍍錫層的修補

電容器導電接頭電鍍錫層漏鍍的刷鍍修補工藝如下：

(1) 先用細銅絲把導電接頭扎住，供陰極導電用。

(2) 將不鍍部分涂上漆(上海造漆廠制造的G52-2過氯乙烯防腐漆)，自然干燥。

(3) 除油，水洗。

(4) 5 %硫酸活化，水洗。

(5) 用醫(yī)用針筒灌裝鍍錫溶液(其中SnSO430 ～ 35 g/L)，把針頭磨平(接陽極)，包上2層耐酸又吸水的布，用針頭去刷鍍需補錫的地方，直至鍍上錫。

(6) 干燥，吹熱風剝漆。

[1] 沈品華. 現(xiàn)代電鍍手冊(上冊)[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社，2010： 4-592-4-635.

[2] 李鴻年. 實用電鍍工藝[M]. 北京： 國防工業(yè)出版社, 1990： 378.

[3] 我會專家工作委員會委員鮑新華專家為象山某廠開發(fā)鋁、銅毋線排電刷工藝獲成功[J]. 寧波電鍍, 2015, 10 (5)： 15.

[ 編輯：溫靖邦 ]

Equipments, bath compositions and applications of electro-brush plating

WANG Zong-xiong*, BAO Xin-hua, REN Ji-hua

The equipments required for electro-brush plating were described. The bath compositions commonly used for electro-cleaning, activating, and electro-brush plating of nickel, copper, hard chromium and alloys such as nickel-chromium, nickel-cobalt and nickel-iron were presented. Some problems needing attention during electro-brush plating process were pointed out. The application of electro-brush plating to local tin plating on copper and aluminum busbars as well as repairing of tin coating electroplated on conductive contact of capacitor.

electro-brush plating; pen plater; bath composition; metal; alloy; pretreatment

Ningbo Electroplating Industry Association, Ningbo 315199, China

TQ153

B

1004 - 227X (2017) 12 - 0632 - 11

10.19289/j.1004-227x.2017.12.005

2016-10-22

2017-06-19

王宗雄（1937-），男，浙江紹興人，寧波市電鍍行業(yè)協(xié)會高級工程師，專家工作委員會委員，主要從事電鍍工藝與添加劑研發(fā)。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) nbeaw@126.com。