王宗雄，鮑新華，任吉華

（1.寧波市電鍍行業(yè)協(xié)會(huì)，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(yàn)交流】

電刷鍍的設(shè)備、鍍液配方及應(yīng)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(huì)，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(shè)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(xiàng)，介紹了電刷鍍?cè)阢~、鋁排局部鍍錫以及修補(bǔ)電容器導(dǎo)電接頭電鍍錫層中的應(yīng)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(shù)之一。電刷鍍的基本原理與電鍍一樣，但它是一種無(wú)槽快速電鍍工藝。電刷鍍的主要用途有 2個(gè)：一是傳統(tǒng)工藝無(wú)法解決的特別長(zhǎng)、大或重的零部件的局部表面處理；二是快速修復(fù)常規(guī)修理技術(shù)無(wú)法修復(fù)的機(jī)械零部件，以達(dá)到厚度和表面的技術(shù)要求。

電刷鍍技術(shù)是由過去的“筆鍍”方法發(fā)展而來(lái)，又經(jīng)過現(xiàn)代技術(shù)的改良。電刷鍍主要用于強(qiáng)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(jī)械配合，修復(fù)因超差或磨損而報(bào)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(jī)械、電子電力、文物修復(fù)、工藝品裝飾等方面獲得大量應(yīng)用。圖1示出了軸類零件電刷鍍修復(fù)和銅排電刷鍍銀的現(xiàn)場(chǎng)照片。

圖1 軸類零件電刷鍍修復(fù)(左)和銅排電刷鍍銀(右)的現(xiàn)場(chǎng)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(shù)的發(fā)展，目前電刷鍍技術(shù)不再是僅僅幾十個(gè)絲(1絲等于0.01 mm)的修復(fù)厚度，電刷鍍的厚度、速度、性能隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷提高，適用范圍越來(lái)越廣。

電刷鍍依靠直流電的作用，通過鍍筆(陽(yáng)極+鍍液)以一定的壓力與工件保持接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(yáng)極運(yùn)動(dòng)速率、鍍液流量及電鍍時(shí)間有關(guān)。電刷鍍層在鈦、鋁、銅、鉻、高合金鋼和石墨上都具有很好的結(jié)合強(qiáng)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(diǎn)：

(1) 便攜性。電刷鍍可以很方便地把設(shè)備帶到施鍍現(xiàn)場(chǎng)。

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

(3) 快速、高效。由于陰極與陽(yáng)極之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(jī)械設(shè)備，就可以準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)不解體現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)。即使是正在組裝的機(jī)械，也能在不拆卸部件的情況下，對(duì)所需的部位進(jìn)行電刷鍍。

(6) 由于不入電鍍槽，因此可以解決大的、長(zhǎng)的、重的零件的局部電鍍問題。

(7) 可以省去或減少實(shí)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?fù)?dān)心熱變形。

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

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

(11) 操作安全，對(duì)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(chǔ)存和運(yùn)輸，可循環(huán)使用，消耗量小，不會(huì)有大量廢液排放。

1 電刷鍍?cè)O(shè)備與溶液

電刷鍍?cè)O(shè)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(fù)極性轉(zhuǎn)換裝置、過載保護(hù)電路、安培小時(shí)計(jì)(或鍍層厚度計(jì))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(wú)級(jí)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(dá)到50 V。

(2) 正負(fù)極性轉(zhuǎn)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(yáng)極或陰極的電解操作。

(3) 過載保護(hù)電路用于刷鍍過程中當(dāng)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(huì)因短路而燒壞。

(4) 安培小時(shí)計(jì)用于在動(dòng)態(tài)下計(jì)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(qiáng)，輸出電流應(yīng)能隨鍍筆和陽(yáng)極接觸面積的改變而自動(dòng)調(diào)節(jié)。武漢材料保護(hù)研究所電刷鍍技術(shù)研發(fā)中心研發(fā)的 SDK系列高頻開關(guān)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(yáng)極、絕緣手柄和散熱裝置組成。根據(jù)零件的尺寸來(lái)選用不同類型的鍍筆。常見鍍筆的結(jié)構(gòu)見圖4。

刷鍍陽(yáng)極材料要求具有良好的導(dǎo)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(yáng)極。根據(jù)被鍍零件的表面形狀，陽(yáng)極可以加工成不同形狀，如圓柱、圓棒、月牙、長(zhǎng)方、半圓、細(xì)棒、扁條等，其表面積通常為被鍍面的1/3。陽(yáng)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(yáng)極與被鍍件直接接觸，過濾石墨陽(yáng)極表面脫落的石墨粒子。棉花最好選用纖維長(zhǎng)、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(huì)污染鍍液，可選用滌綸或人造毛材料。包裹時(shí)厚度要適當(dāng)，過厚或太薄都不好：過厚會(huì)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(yáng)極而定。

絕緣手柄套在紫銅導(dǎo)電桿外面，常用塑料或膠木制作。導(dǎo)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(huì)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(yīng)專筆專用，切莫混用。鍍筆和陽(yáng)極在使用過程中切勿被油脂等污染。陽(yáng)極包套一旦發(fā)現(xiàn)磨穿，應(yīng)及時(shí)更換，以免陰陽(yáng)兩極直接接觸而導(dǎo)致短路。鍍筆用畢，應(yīng)及時(shí)拆下陽(yáng)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(shí)，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(guān)鍵是要連續(xù)供液，以保證金屬離子的電沉積能正常進(jìn)行。流淌下來(lái)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(yù)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(yù)處理溶液

為了提高鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，被鍍表面必須預(yù)先進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)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(wú)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(jié)冰，可長(zhǎng)期存放，腐蝕性小。

2. 1. 1. 1 1號(hào)電凈液

該溶液為無(wú)色透明的堿性水溶液，含氫氧化鈉25 g/L、無(wú)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(qiáng)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(duì)運(yùn)動(dòng)速率5 ～ 8 m/min，電源極性正接(高強(qiáng)度鋼除外)。

2. 1. 1. 2 0號(hào)電凈液

這是一種與1號(hào)電凈液性能相似的除油溶液，在1號(hào)電凈液的配方基礎(chǔ)上加入了825水基清洗劑5 ～10 mL/L，同樣無(wú)色透明，pH = 13，除油效果比1號(hào)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(hào)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(zhǎng)期存放。

2. 1. 2. 1 1號(hào)活化液

該溶液無(wú)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(diǎn)為-15 °C，有去除金屬表面氧化膜和疲勞層的能力，對(duì)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(shí)按以下工藝規(guī)范操作：工作電壓8 ～ 15 V，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率5 ～ 10 m/min，電源極性正接或反接。

2. 1. 2. 2 2號(hào)活化液

由鹽酸20 ～ 30 mL/L和氯化鈉130 ～ 140 g/L組成，pH = 0.3，無(wú)色透明，凍點(diǎn)為-17 °C，去除金屬表面氧化膜和疲勞層的能力較強(qiáng)，對(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)速率5 ～ 10 m/min，電源極性反接。

2. 1. 2. 3 3號(hào)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(diǎn)為-9 °C。該溶液對(duì)鐵素體的作用較弱，甚至不起作用，但對(duì)碳化物的作用很強(qiáng)。因此除對(duì)銅等少數(shù)材料活化時(shí)單獨(dú)使用外，一般與其他活化液(1號(hào)、2號(hào))配合使用，主要是去除中、高碳鋼，鑄鐵等材料經(jīng)1號(hào)、2號(hào)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(jié)合強(qiáng)度。其操作工藝規(guī)范為：工作電壓10 ～ 25 V，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率6 ～ 8 m/min，電源極性反接。

2. 1. 2. 4 4號(hào)活化液

由硫酸115 ～ 125 g/L和硫酸銨110 ～ 120 g/L組成，無(wú)色透明，pH = 0.2，凍點(diǎn)為-18 °C，腐蝕能力很強(qiáng)，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(duì)運(yùn)動(dòng)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(wú)色透明，pH = 0.5。在鉻層或鎳及鎳合金的基體上鍍鉻時(shí)，可用該溶液處理基體表面之后再鍍鉻?；罨瘯r(shí)，工作電壓為10 ～ 15 V，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率6 ～ 8 m/min，工件反接后再正接，時(shí)間0.5 ～ 2.0 min。活化后不必用水沖洗，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(huì)根據(jù)沉積速率、鍍液性質(zhì)、鍍層性能等特點(diǎn)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(xì)小的鍍層，在邊角、狹縫、盲孔等處也有很好的均鍍能力，無(wú)腐蝕性，適合各種材質(zhì)的零件。

由于電刷鍍無(wú)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(diǎn)：

(1) 金屬離子含量高，導(dǎo)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(lǐng)域，鎳是應(yīng)用最廣泛的鍍層，在機(jī)械零件修復(fù)和強(qiáng)化零件表面方面用得最多。這是因?yàn)殒囧儗泳哂袃?yōu)良的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。鎳鍍層在真空中有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易變色。鎳的鈍化能力很強(qiáng)，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(jī)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(shí)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(yīng)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(xì)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(zhǎng)時(shí)間保持光澤。

(1) 特殊鎳。

特殊鎳鍍液是一種強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)的結(jié)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(shí)，為使其與基體結(jié)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(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(lán)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(diǎn)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(fù)尺寸層或制備復(fù)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(duì)運(yùn)動(dòng)速率6 ～ 12 m/min，電源極性正接。

在工作電壓10 ～ 15 V、相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(biāo)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(lán)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(xì)密、顏色均勻、應(yīng)力低，硬度達(dá)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(jī)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(xì)密，呈銀白色，耐蝕性好，硬度500 HB，可用于修補(bǔ)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(duì)運(yùn)動(dòng)速率6 ～ 10 m/min，電源極性正接。

(5) 低應(yīng)力鎳。

低應(yīng)力鎳鍍液由硫酸鎳360 g/L、乙酸30 mL/L、乙酸鈉20 g/L、對(duì)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(shí)要先將鍍液預(yù)熱到50 °C，才可以得到組織細(xì)密、具有壓應(yīng)力或較小拉應(yīng)力的鍍層。它專為沉積厚鍍層時(shí)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(hù)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(diǎn)1 083 °C。銅鍍有沉積速率快，鍍層硬度適中的特點(diǎn)，所以被廣泛用作快速恢復(fù)尺寸層或鍍厚層，也可用來(lái)改善導(dǎo)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(lán)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(fù)尺寸層和填補(bǔ)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(shí)，最好先用特殊鎳打底，以便獲得更高的結(jié)合力。所得鍍層組織細(xì)密，硬度250 HB，厚度為0.01 mm時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(lán)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(fù)尺寸和填補(bǔ)凹槽。由于鍍液的腐蝕性強(qiáng)，鍍前應(yīng)將鄰近的非鍍覆部位保護(hù)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(jī)械加工。高速酸銅在大電流密度下鍍覆時(shí)晶粒易變粗，應(yīng)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(gè)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(shí)，應(yīng)在通電前先用該鍍液濕潤(rùn)被鍍表面。其工藝規(guī)范如下：工作電壓8 ～ 14 V，相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yīng)力小，硬度250 HB。該鍍液無(wú)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(bǔ)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(fù)及大型液壓支架的部分焊點(diǎn)修復(fù)，鍍速快、污染小，可節(jié)約大批資金。淮北市鈺濤工貿(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(jià)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(duì)運(yùn)動(dòng)速率8 ～ 20 m/min，電壓8 ～ 15 V，電流60 ～ 200 A/dm2，陽(yáng)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(jī)械混合、固溶體和金屬化合物3種結(jié)構(gòu)形式。合金鍍層具有單一金屬鍍層所不能達(dá)到的性能，它比單一金屬鍍層更能滿足人們對(duì)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(xué)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(hù)、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(hù)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(wú)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)于較厚的鍍層，可先鍍一層酸性鎳或低應(yīng)力鎳。它也可以與特殊鎳交替鍍覆，形成交疊鍍層。操作時(shí)，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(hào)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(yīng)力小。在高強(qiáng)度鋼上鍍覆時(shí)，氫脆性很小；在某些難鍍金屬上鍍覆時(shí)，也都能獲得較好的結(jié)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(yáng)極為低碳鋼板，陰陽(yáng)極相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率18 ～ 25 m/min，正向連接。該鍍液主要用于修復(fù)工件，其鍍層的耐蝕性、耐磨性、光亮度都很好，具有結(jié)合強(qiáng)度高、沉積速率快(6 ～ 8 μm/min)、硬度高、一次鍍厚能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

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(duì)鍍層的影響

3. 1 工作電壓

工作電壓是電刷鍍工藝的一個(gè)重要參數(shù)。每種鍍液都有適當(dāng)?shù)碾妷悍秶?，但在刷鍍時(shí)不能簡(jiǎn)單地取中間值，應(yīng)根據(jù)陽(yáng)極大小，陽(yáng)極與零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率，鍍液溫度等具體情況來(lái)選擇。通常起鍍時(shí)電壓低一些，2 ～ 3 min后升至較大值，當(dāng)接近要求的厚度時(shí)，再把電壓降低一些。

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

3. 2 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率

電刷鍍時(shí)陽(yáng)極與零件之間應(yīng)保持一定的相時(shí)運(yùn)動(dòng)速率。速率太低，刷鍍電流過大時(shí)，鍍層會(huì)燒傷、多孔、粗糙、發(fā)脆；速率太高，電流效率會(huì)降低，甚至無(wú)鍍層。若相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dāng)陽(yáng)極固定而圓柱零件旋轉(zhuǎn)時(shí)，陽(yáng)極最佳相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系按式(1)計(jì)算。

式中n為零件轉(zhuǎn)速(r/min)，v為陰陽(yáng)極最佳相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)鍍液耗用量進(jìn)行事先估算。計(jì)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(xiàng)

5. 1 定位基準(zhǔn)的合理選擇

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

軸類零件原加工基準(zhǔn)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(zhǔn)。故在加工前，應(yīng)先校正軸，然后修整頂尖孔。加工基準(zhǔn)的選擇要與原加工基準(zhǔn)重合或選擇加工精度高、誤差小的地方作為定位基準(zhǔn)。

在修復(fù)殼體零件時(shí)，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(guān)系的改變。這不但影響本身的精度，而且會(huì)影響零件的裝配關(guān)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(huì)發(fā)生翹曲變形。修復(fù)時(shí)若要用這種平面做基準(zhǔn)，必須用關(guān)鍵軸心線為基準(zhǔn)進(jìn)行檢查并加以修整。

5. 2 軸類零件的過渡圓角

機(jī)械中承受交變載荷的軸類零件，在形狀和尺寸改變處，對(duì)應(yīng)力集中很敏感。一般情況下，過渡圓角處的應(yīng)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(fù)加工中應(yīng)盡量取其上限。這是因?yàn)樾迯?fù)加工時(shí)，軸的疲勞強(qiáng)度已有所下降，而使用經(jīng)驗(yàn)證明，r大會(huì)降低應(yīng)力集中，提高疲勞強(qiáng)度，延長(zhǎng)軸類零件的使用壽命。

5. 3 零件表面粗糙度的修復(fù)

表面粗糙度對(duì)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(huì)引起初始磨損，導(dǎo)致正常工作時(shí)初始間隙過大，從而導(dǎo)致零件的使用壽命大大縮短。表面粗糙度又會(huì)影響過盈配合的過盈量，過于粗糙的表面在過盈配合時(shí)易使凸點(diǎn)被壓平，令實(shí)際過盈量減小。表面粗糙度還會(huì)影響零件的疲勞強(qiáng)度，尤其是優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度鋼材，在交變載荷作用下對(duì)表面粗糙度更為敏感，因?yàn)椴牧蠌?qiáng)度越高，應(yīng)力集中現(xiàn)象越嚴(yán)重。還有，表面粗糙度會(huì)影響零件的抗腐蝕性能，因?yàn)榇植诘谋砻嫒菀渍掣礁g性物質(zhì)，加速零件的腐蝕。

5. 4 鍍筆的使用與維護(hù)

在刷鍍時(shí)，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(biāo)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(yīng)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(yáng)極長(zhǎng)時(shí)間使用后也會(huì)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(bào)廢。

陽(yáng)極包套一旦磨穿就要及時(shí)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(zhǎng)時(shí)間不再使用，應(yīng)分別拆下陽(yáng)極、鎖緊螺帽、導(dǎo)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(yīng)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(hù)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(jī)械加工、拋光、上防銹油等)。

復(fù)合鍍層：鍍前處理→工件表面電凈處理→水沖洗→保護(hù)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(jī)械加工、拋光、上防銹油等)。

實(shí)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(fù)合鍍層有時(shí)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(zhǔn)備

零件表面的預(yù)處理是保證鍍層與零件表面牢固結(jié)合的關(guān)鍵工序。零件表面應(yīng)光滑平整，無(wú)油污、銹斑、氧化膜等。為此，先用鋼絲刷、丙酮清潔，然后進(jìn)行電凈處理和活化處理。

6. 2. 2 鍍打底層(過渡層)

為了進(jìn)一步提高工作層與基體的結(jié)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(yīng)力將加大，容易引起裂紋和使結(jié)合強(qiáng)度下降，乃至鍍層脫落。但用于補(bǔ)償零件磨損尺寸時(shí)需要較大厚度。此時(shí)要采用組合鍍層，即在零件表面先鍍打底層，再鍍補(bǔ)償尺寸的尺寸鍍層。為避免因厚度過大而導(dǎo)致應(yīng)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(yīng)用場(chǎng)合

(1) 快速修復(fù)機(jī)械零部件的加工超差、磨損、凹坑及劃傷，恢復(fù)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(hù)，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(zhǎng)其壽命。

(3) 修復(fù)曲軸、油缸、柱塞、機(jī)體、導(dǎo)桿等大型和精密零件的局部磨損、擦傷、凹坑、腐蝕點(diǎn)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(hù)，如插腳鍍金、銀等。

(7) 電氣觸點(diǎn)、接頭和高壓開關(guān)的維修和防護(hù)。

(8) 通常電鍍難以完成的作業(yè)，如有缺陷的鍍件修復(fù)，無(wú)法入槽的工件，已安裝在設(shè)備上的工件，只需局部施鍍的工件，部分深孔、盲孔等。

(9) 修補(bǔ)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(shí)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(shí)現(xiàn)了新型電纜橋架鋁、銅排刷鍍錫(見圖6)，真正達(dá)到了節(jié)能減排的效果。

圖6 銅、鋁排局部電刷鍍錫現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)度有3 m、5 m、6 m等不同規(guī)格，要求頭部10 cm刷錫。原來(lái)由省外電鍍廠加工，鋁、銅排都采用電鍍錫工藝，存在設(shè)備投資大、廢水產(chǎn)生量多、原材料消耗大的缺陷。2014年起實(shí)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(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，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(fēng)條件下配制。電刷鍍銅在常溫下操作，時(shí)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(shí)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(jié)合力差，應(yīng)在以下兩方面加強(qiáng)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(dǎo)電接頭電鍍錫層的修補(bǔ)

電容器導(dǎo)電接頭電鍍錫層漏鍍的刷鍍修補(bǔ)工藝如下：

(1) 先用細(xì)銅絲把導(dǎo)電接頭扎住，供陰極導(dǎo)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(yáng)極)，包上2層耐酸又吸水的布，用針頭去刷鍍需補(bǔ)錫的地方，直至鍍上錫。

(6) 干燥，吹熱風(fēng)剝漆。

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

[2] 李鴻年. 實(shí)用電鍍工藝[M]. 北京： 國(guó)防工業(yè)出版社, 1990： 378.

[3] 我會(huì)專家工作委員會(huì)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(huì)高級(jí)工程師，專家工作委員會(huì)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。