6-現(xiàn)代表面技術(shù)-電鍍2

1、回想：電鍍技術(shù)電鍍原理電鍍根本過程影響電鍍涂層的要素陰極復(fù)原反響：Men+ne=Me 陽極氧化反響：Me-ne= Men+ .6.3 合金電鍍在陰極上同時(shí)堆積出兩種或兩種以上金屬，構(gòu)成構(gòu)造和性能符合要求的鍍層的工藝過程合金電鍍往往具有單金屬無法到達(dá)的特殊性能:其色澤、外觀、硬度、致密性、電磁性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫性、耐磨性和鍍層構(gòu)造等通常都優(yōu)于單金屬鍍層。 合金電鍍.根據(jù)電鍍合金的特性和運(yùn)用來分類: 1防護(hù)性合金鍍層常用鍍層: Zn-Ni、Zn-Fe、 Zn - Co、 Zn-Ti等； Cr-Ni、Cr-Mo、Cr-W以及Ni-P、Ni-B等合金鍍層； Pb-Sn、Pb-In、Pb-Ag、Pb

2、-Sn-Cu、Pb-Sb-Sn等合金鍍層。性能運(yùn)用：具有優(yōu)良的防護(hù)性。另外其電鍍工藝多具有低氫脆性，因此，特別適用于汽車、船舶、航空和航天等工業(yè)。 2防護(hù)裝飾性合金鍍層 常用鍍層:多層鍍層，以 Cu-Sn、Ni-Fe做鍍鉻底層；以錫為基的某些合金，如Sn-Co、Sn-Ni和Sn-Ni-x(x為Zn 、Cd等金屬)合金等，鍍層外觀似鉻，替代裝飾性鍍鉻。 6.3.1合金電鍍的分類.電鍍可焊性合金鍍層：Sn-Pb(60-40)合金，已在印刷線路板上得到廣泛運(yùn)用。電鍍磁性合金鍍層：Co-Ni和Ni-Fe等磁性合金鍍層，已在計(jì)算機(jī)和記錄安裝上作為記憶元件運(yùn)用。其他如Co-Fe、Co-Cr、Co-W、Ni

3、-Fe-Co和Ni-Co-P等也具有良好的磁性。 4電鍍貴金屬合金主要指電鍍以金、銀、鈀等貴金屬為基的合金，如Au-Co、Au-Ni、Au-Ag、Ag-Zn、Ag-Sb銻和Pd鈀-Ni合金等，其中Pd-Ni合金作為代金鍍層，用以節(jié)約貴金屬。這類合金多用在電子元器件上。 3功能性合金. 1單鹽電解液從簡單金屬鍍液中實(shí)現(xiàn)金屬的共堆積，如從氯化物體系中電堆積Zn-Ni、 Zn-Fe、 Zn - Co合金。特點(diǎn)成分簡單，容易維護(hù)，電流效率高，但分散才干和覆蓋才干較差。2絡(luò)合物電解液大多數(shù)合金鍍層是從絡(luò)合物電解液中堆積出來的。特點(diǎn)分散才干和覆蓋才干好，但鍍液成分比較復(fù)雜，維護(hù)和控制比較費(fèi)事。3有機(jī)溶劑電

4、解液有些金屬離子，很難從水溶液中共堆積，但在有機(jī)溶劑中的堆積電位比在水溶液中更接近，因此容易共堆積，如Al-Mn、Al-Cr、Al-Ni等。根據(jù)電鍍液的類型來分：.電鍍合金與熱熔法得到的合金相比較，具有以下特點(diǎn)：1制備新型合金：可獲得熱熔法制的合金相圖上沒有的合金相，如Cu- Ni、Sn-Ni合金。2非晶態(tài)合金：可獲得熱熔法不能制取的性能優(yōu)良的非晶態(tài)合金，如Ni- P合金和Ni-B合金等，而非金屬P和B不能單獨(dú)從水溶液中電堆積出來。3獲得在水溶液中難以單獨(dú)電堆積的金屬，如Ni-W合金和Ni-Mo合金中的w 和Mo等4易獲得高熔點(diǎn)金屬與低熔點(diǎn)金屬構(gòu)成的合金，如Zn-Ni合金等5電鍍法得到的合金比

5、普通熱熔法得到的合金硬度高、耐磨性好，如Ni-Co 合金和Ni-P合金等。.6.3.2合金電鍍的原理1單金屬的堆積電位 對于單金屬來說，其堆積電位等于它的平衡電位和過電位之和 -堆積電位或析出電位V-平衡電極電位(V)-金屬離子在陰極上放電的過電位V.2合金電堆積的條件兩種金屬中至少有一種金屬能從其鹽的水溶液中堆積出來。 有些金屬如W,Mo等不能從其鹽的水溶液中堆積出來，但可以借助誘導(dǎo)堆積與鐵族金屬共堆積。共堆積的兩金屬的堆積電位須非常接近。 假設(shè)相差太大，那么電位較正的金屬將優(yōu)先鍍出來，甚至完全排斥電位較負(fù)金屬的析出，這樣就不能構(gòu)成合金鍍層。例如，Pb(-0.126V)與Sn (-0.V)、

6、Ni (0.25V)與Co(0.277V)、Cu(0.34V)與Bi(0.32V)，它們的規(guī)范電極電勢比較接近，通?？梢詮乃鼈兊暮唵嘻}溶液中實(shí)現(xiàn)共堆積。.3實(shí)現(xiàn)合金共堆積的方法改動(dòng)鍍液中金屬離子的濃度 增大較活潑金屬的濃度使它的電位正移，或者降低較貴金屬離子的濃度使它的電位負(fù)移從而它們的電位接近。采用絡(luò)合劑 金屬絡(luò)離子能降低離子的有效濃度，使電位較正金屬的平衡電位負(fù)移的絕對值大于電位較負(fù)的金屬。參與適當(dāng)?shù)奶砑觿?有些添加劑能顯著地增大或降低陰極極化，改動(dòng)金屬的析出電位。添加劑在陰極外表的阻化作用常帶有一定的選擇性。一種添加劑能夠?qū)追N金屬的電堆積起作用，而對另一些金屬的電堆積那么無效果。.6.

7、3.3共堆積合金鍍層的構(gòu)造類型 主要有四類： 1機(jī)械混合物 構(gòu)成合金鍍層的組元仍堅(jiān)持原來組元的構(gòu)造和性質(zhì)，組元間不發(fā)生相互作用。如：Sn-Pb、Cd-Zn、Sn-Zn、Cu-Ag等。2固溶體 溶質(zhì)原子溶入溶劑的晶格中，仍堅(jiān)持溶劑金屬的晶格類型。有間隙固溶體和置換固溶體。當(dāng)從焦磷酸鹽溶液中電堆積銅鋅合金時(shí)，構(gòu)成銅鋅置換固溶體合金。 .3金屬間化合物 金屬間化合物是合金各組分間相互發(fā)生作用，從而生成一種新相，其晶格類型和性能完全不同于任一組分。 金屬間化合物普通可以用分子式來大致表示其組成，但它與普通化合物不同，除離子鍵和共價(jià)鍵外，金屬鍵也在不同程度上起作用，使這種化合物具有一定程度的金屬性質(zhì)，故

8、稱為金屬間化合物。例如：銅錫合金(Cu6Sn5)、錫鎳合金(Ni3Sn2)等。 4非晶態(tài)合金 也叫金屬玻璃。原子陳列無序，沒有晶界、位錯(cuò)等晶格缺陷，無偏析景象，具有各一樣性。性能與晶體不同，高耐蝕性、高硬度、高導(dǎo)熱性、磁性能等。如：Ni-P、Ni-B、Fe-Mo、Co-Re、Ni-W-P、Ni-Fe-P合金等。.6.4 復(fù)合電鍍6.4.1復(fù)合電鍍定義及特點(diǎn) 復(fù)合電鍍是經(jīng)過金屬電堆積的方法，將一種或數(shù)種不溶性的固體顆粒，均勻地夾雜到金屬鍍層中所構(gòu)成的特殊鍍層。這種制備復(fù)合鍍層的方法，稱為復(fù)合電鍍composite plating。這種技術(shù)還被叫做彌散電鍍dipersion plating,鑲嵌電

9、鍍incrustation plating或分散電鍍。.特點(diǎn)： 1不需求高溫即可獲得復(fù)合鍍層 2復(fù)合電鍍的投資少，操作簡單、易于控制，本錢低，能耗少。3基質(zhì)金屬與固體顆粒的不同的組合，可獲得多種多樣的復(fù)合鍍層。4可用廉價(jià)的基體資料鍍上復(fù)合鍍層，替代由貴重原資料制造的零部件。經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。 任何金屬鍍層都可以成為復(fù)合鍍層的基體資料，但研討和運(yùn)用得較多的有鎳、銅、鐵、鈷、鉻、鋅、銀、金、鉛、鎳-磷、鎳-硼、鎳-鐵、鋁-錫、銅-錫等。固體微粒主要有金屬氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等無機(jī)化合物分散劑，尼龍、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等有機(jī)分散劑，石墨等。.Ni-W-P RE-Ni-W-P-SiC .(

10、a) pure Pb electrode (b) direct current Pb-WC-PANI composite electrode .6.4.2復(fù)合鍍的條件 1粒子在鍍液中是充分穩(wěn)定的粒子在鍍液中要完全潤濕，構(gòu)成分散均勻的懸浮液；粒子的粒度要適當(dāng)；要有適當(dāng)?shù)臄嚢瑁@既是堅(jiān)持微粒均勻懸浮的必要措施，也是使粒子高效率保送到陰極外表并與陰極碰撞的必要條件。 2鍍液的性質(zhì)要有利于固體粒子帶正電荷，即利于粒子吸附陽離子外表活性劑及金屬離子。.6.4.3復(fù)合電鍍的機(jī)理1吸附機(jī)理：首先是攜帶著離子與溶劑分子膜的微粒吸附在電極外表上，構(gòu)成弱吸附。然后脫去它所吸附的離子和溶劑分子膜，與陰極外表直接接觸

11、，構(gòu)成不可逆的的電化學(xué)吸附，成為強(qiáng)吸附。在金屬電堆積過程中，將強(qiáng)吸附的微粒嵌入鍍層。2機(jī)械截留俘獲機(jī)理：是經(jīng)過攪拌使鍍液中的微粒懸浮起來，使微粒有時(shí)機(jī)停留在陰極外表，被電堆積的金屬嵌入鍍層中。3電化學(xué)機(jī)理：固體顆粒本身不帶電，但它可以靜電吸附溶液中的正離子，在電場作用下，隨著這些正離子一同向陰極運(yùn)動(dòng)，在陰極雙電層就會發(fā)生微粒的電泳遷移，夾雜在金屬離子復(fù)原而堆積的鍍層中，從而構(gòu)成復(fù)合鍍層。.不易撕裂的鍍鋁復(fù)合膜有色金屬復(fù)合鍍膜資料鍍氟鋼絲圈Ni-P-金剛石復(fù)合鍍.6.5非晶態(tài)電鍍非晶態(tài)電鍍： 用電堆積的方法來制取非晶態(tài)合金鍍層 構(gòu)造特征長程無序，短程有序組織構(gòu)造特殊性 優(yōu)良特性：高強(qiáng)度，高耐蝕性

12、，高透磁率，超導(dǎo)性，化學(xué)選擇性。.6.5.1 非晶態(tài)合金鍍層的性能耐蝕性力學(xué)性能 磁性 軟磁性鍍層：包括具有20-50奧斯特磁矯頑力的Ni-Fe合金鍍層，可用于制做計(jì)算機(jī)存儲器件硬磁性鍍層 ：磁矯頑力約200奧斯特以上，常用的有Cu-P等 Ni-P非晶體合金鍍層具有較高的強(qiáng)度和硬度，特別是Cr-C非晶態(tài)超硬度合金鍍層，與普通的硬鉻層相比，其硬度更高，耐磨性更優(yōu)良。均勻的單相無晶體缺陷均勻的鈍化膜耐蝕性提高Ni-P非晶體合金 Ni鍍層，耐蝕性隨P含量的添加而提高.6.5.2非晶態(tài)電鍍的堆積原理 電鍍非晶態(tài)是一種非晶體的鍍膜方法，本質(zhì)上屬于合金電鍍的范疇。它的電鍍過程與普通的晶態(tài)電鍍有其一樣的規(guī)律

13、，也有一些不同的特點(diǎn)。由于非晶態(tài)電堆積涉及化學(xué)、電化學(xué)、冶金、物理等一系列過程，因此很難提出一致的看法和機(jī)理。過電位實(shí)際成分控制實(shí)際原子結(jié)合實(shí)際過電位大那么晶核臨界半徑小，形核率也多。晶核的臨界尺寸愈小，當(dāng)晶核的臨界尺寸很小時(shí)，就得到非晶態(tài)構(gòu)造。非晶態(tài)合金鍍層的組成其成分范圍在共晶點(diǎn)附近，才干非晶態(tài)構(gòu)造。如 Ni-P合金鍍層，當(dāng)P質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)為非晶態(tài)鍍層。異種原子的親和力比同種原子相互凝聚的作用更強(qiáng)，鍍層成為異種原子隨機(jī)結(jié)合的構(gòu)造，原子尺寸不同，陳列不整齊，成為非晶態(tài)鍍層。.與液態(tài)急冷等物理方法相比較，電鍍法制備非晶態(tài)合金具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、鍍層構(gòu)造可延續(xù)變化，即非晶構(gòu)造晶態(tài)構(gòu)造2、改動(dòng)電堆積條件

14、，可以制備不同組成的非晶態(tài)合金鍍層。3、可以制造大面積及外形復(fù)雜的非晶態(tài)合金。4、可以在非金屬基材上得到非晶態(tài)合金5、適于延續(xù)作業(yè)和批量消費(fèi)。. 6.6.1電刷鍍定義及特點(diǎn)定義：電刷鍍是電鍍的一種特殊方式，不用渡槽，只需在不斷供電解液的條件下，用一支鍍筆在工件外表上進(jìn)展擦拭，即可獲得電鍍層。特點(diǎn)： 設(shè)備工藝簡單，操作方便，不需求大的渡槽設(shè)備。 鍍層種類多，與基結(jié)合力強(qiáng)，力學(xué)性能好 堆積速度快，消費(fèi)效率高 刷鍍液不含氰化物和劇毒藥品，操作平安污染小。 但存在勞動(dòng)強(qiáng)度大，耗費(fèi)陽極包纏資料等缺陷。6.6電刷鍍.6.6.2任務(wù)設(shè)備及原理： 電刷鍍設(shè)備由公用直流電源、鍍筆及供液、集液安裝組成。1平安輕便

15、的電源設(shè)備 一臺電刷鍍電源通常由強(qiáng)電電路、弱電電路和過載維護(hù)電路三部分構(gòu)成。電刷鍍電源外觀表示圖.2外形多樣的鍍筆 鍍筆是電刷鍍的公用工具，主要由陽極、絕緣手柄和散熱安裝組成。由于零件外形各異，所以鍍筆筆身的外形必然多種多樣，以便與零件外表外形更好地吻合。鍍筆的根本構(gòu)造見以下圖。. 陽極外形：根據(jù)被鍍零件的外表外形，陽極可以加工成不同外形：圓柱、圓棒、月牙、長方、半圓、細(xì)棒和扁條等。3靈敏多變的供液、集液安裝： 刷鍍時(shí)，根據(jù)被鍍零件的大小，可以采用不同的方式給鍍口供液，如蘸取式、澆淋式和泵液式。.4 電刷鍍原理。鍍筆為陽極，電源的負(fù)極接零件，零件為陰極。操作者手持鍍筆，蘸滿鍍液，以一定的相對運(yùn)

16、動(dòng)在零件外表上刷拭，并堅(jiān)持適當(dāng)?shù)膲毫Αｅ円褐械慕饘匐x子在電場力的作用下，分散到零件外表，獲得電子被復(fù)原成金屬原子，堆積結(jié)晶構(gòu)成鍍層。隨著刷鍍時(shí)間的增長，鍍層增厚。.6.6.3電刷鍍的運(yùn)用：零件修復(fù)及制造 1填補(bǔ)零件外表的劃傷溝槽、壓坑 2恢復(fù)磨損零件的尺寸精度和幾何外形精度 3補(bǔ)救加工超差產(chǎn)品零件強(qiáng)化： 提高耐磨性延伸壽命 提高零件外表的耐高溫性能 提高零件外表的釬焊性 提高零件外表的導(dǎo)電性 減小零件外表的摩擦因數(shù) 提高零件外表的防腐性 精飾零件外表.典型運(yùn)用1、火力發(fā)電機(jī)組電機(jī)轉(zhuǎn)子的修復(fù) 火力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承部位經(jīng)長期高速運(yùn)轉(zhuǎn)，軸頸部位有嚴(yán)重拉傷，深約1-3mm。 采用刷鍍技術(shù)，把鍍層填充至高

17、于原尺寸約0.2mm，然后經(jīng)過精修研磨拋光使鍍層到達(dá)尺寸精度，普通刷鍍修復(fù)工時(shí)約5-7天。如全部解體運(yùn)到消費(fèi)廠家處置工期約兩個(gè)月左右，因此采用刷鍍技術(shù)，可減少因停產(chǎn)損失約3.6億度電。.典型運(yùn)用2、印刷機(jī)械滾筒的修復(fù)1 拉傷溝槽; 2 部分腐蝕。 壓印滾筒以上兩種損壞都可以采用刷鍍鎳等鍍層恢復(fù)至原尺寸，然后精修到達(dá)要求，假設(shè)改換新滾筒，拆機(jī)裝機(jī)費(fèi)用非常昂貴，停產(chǎn)損失就更大了。采用刷鍍技術(shù)工期約1-2天。.運(yùn)用3、 天衣無縫的液壓桿快速修復(fù)技術(shù)工程機(jī)械的液壓桿，由于長期滑動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，外表拉傷，碰傷、電擊傷常有發(fā)生。液壓桿損傷部位假設(shè)不及時(shí)修復(fù)，損傷處會拉傷密封環(huán)呵斥嚴(yán)重漏油問題，使機(jī)械不能正常任務(wù)。采用刷