納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)詳解課件

1、納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)主 要 內(nèi) 容一、概述二、納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)原理三、納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用范圍四、納米復(fù)合電刷鍍?cè)O(shè)備五、納米復(fù)合電刷鍍?nèi)芤毫?、納米復(fù)合電刷鍍工藝七、納米復(fù)合電刷鍍應(yīng)用實(shí)例一、概述 1.電刷鍍技術(shù) 電刷鍍最初是電鍍工人用來修補(bǔ)槽鍍零件缺陷的一種方法。它是用一塊棉花將陽極包裹起來，蘸上槽鍍液，在工件缺陷處擦抹。而現(xiàn)在的刷鍍技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一項(xiàng)獨(dú)特的新技術(shù)。 這項(xiàng)技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便；鍍液種類多，鍍積速度快，應(yīng)用范圍廣；鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度高；鍍后工件不變形，一般不需要機(jī)械加工。所以不僅能用于零件的維修，而且能用于零件的表面強(qiáng)化、防腐和裝飾。已經(jīng)在武器裝備、車輛工程、航空、

2、機(jī)械、電子、建筑、船舶、石油等各行各業(yè)中被廣泛地應(yīng)用。 電刷鍍是80年代初發(fā)展起來的一項(xiàng)表面技術(shù)，是國(guó)家六五、七五、八五計(jì)劃期間重點(diǎn)推廣的項(xiàng)目之一，累計(jì)為國(guó)家創(chuàng)造三十二億元的經(jīng)濟(jì)效益，該技術(shù)曾獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。2.納米技術(shù) （1）納米是一長(zhǎng)度單位，1米進(jìn)行10億等分，就是1納米；或1毫米100萬等分，也是1納米。 1納米等于109米。 1納米相當(dāng)于： (1) 10個(gè)氫原子排起來的長(zhǎng)度； (2) 頭發(fā)絲的萬分之一； (3) 一個(gè)納米球與籃球的大小比較。2.納米技術(shù) （2）納米材料在三維空間尺度上至少有一維處于納米量級(jí)(1-100nm)的固相材料。零維粒子直徑1-100 nm一維棒、線或管的直

3、徑1-100 nm二維膜厚度為1-100 nm三維納米材料加壓燒結(jié) 納米材料具有小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)，在力、電、聲、光、熱、磁性能上表現(xiàn)出許多奇異性。如：納米Fe斷裂強(qiáng)度比普通Fe高12倍；納米碳管的密度僅為鋼的1/6，但其強(qiáng)度比鋼高100倍； 納米Cu具有超塑延展性，在室溫下可拉長(zhǎng)100多倍而不出現(xiàn)裂紋；2nm的Au熔點(diǎn)為3300C，比體相Au的熔點(diǎn)低7000C以上；納米Ag的熔點(diǎn)竟低至1000C；W顆粒中加入0.1-0.5%的納米Ni可使燒結(jié)溫度降低近20000C；納米TiO2 陶瓷材料在室溫下具有優(yōu)良的韌性 ,在 180經(jīng)受彎曲而不產(chǎn)生裂紋；半導(dǎo)體Si ，在通常情況下發(fā)光

4、很弱，但小于等于5nm納米的Si卻能發(fā)射很強(qiáng)的可見光。3.納米復(fù)合電刷技術(shù) 納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)是一種新興的復(fù)合鍍層制備技術(shù)。它是在電刷鍍鍍液中加入一種或幾種納米顆粒，使之在電刷鍍過程中電場(chǎng)作用下金屬離子被還原的同時(shí)與金屬發(fā)生共沉積，從而獲得具有特定優(yōu)異性能復(fù)合鍍層的技術(shù)。 納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)是裝備再制造關(guān)鍵技術(shù)之一，相對(duì)于普通電刷鍍技術(shù)在鍍層的硬度、結(jié)合強(qiáng)度、耐磨性、抗接觸疲勞性能和服役溫度都有了不同程度的提高，這使得刷鍍技術(shù)的應(yīng)用范圍更加廣范，并解決了諸多傳統(tǒng)刷鍍技術(shù)不能解決的修復(fù)難題。二、納米復(fù)合電刷鍍的基本原理NP + M n+ ne M(NP)式中: NP 復(fù)合刷鍍液中納米顆粒

5、 M n 金屬正離子 n該金屬的化合價(jià)數(shù) e電子 M金屬原子 復(fù)合刷鍍液納米顆粒復(fù)合電刷鍍基本原理示意圖納米電刷鍍復(fù)合涂層的生長(zhǎng)過程物理模型 （a）基質(zhì)金屬在基體表面沉積；（b）刷鍍層生長(zhǎng)，納米粒子沉積；（c）基質(zhì)金屬裹覆納米粒子；（d）形成納米粒子彌散分布的復(fù)合刷鍍層（b）（d）（c）（a）基體金屬基體金屬基體金屬基體金屬納米粒子晶核三、納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)的特點(diǎn)及用途 主要優(yōu)點(diǎn)： 1設(shè)備簡(jiǎn)單：不需要鍍槽，便于攜帶，適用于野外修理及現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，尤其對(duì)于大型精密設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)不解體修復(fù)更具有實(shí)用價(jià)值。 （坦克后橋孔、石化設(shè)備、鉆井設(shè)備、船舶、飛機(jī)、煤礦） 2工藝簡(jiǎn)單、操作靈活：不需要鍍的部位不需要用很

6、多材料保護(hù)。（飛機(jī)起落架、刨邊機(jī)、電機(jī)軸、電機(jī)座） 3操作過程中，由于陰極與陽極之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故允許使用較高的電流密度，一般刷鍍?yōu)?00400A/dm2，最大可達(dá)500600 A/dm2；比槽鍍大幾到幾十倍。 4鍍液中金屬離子含量高：是槽度的520倍。 5鍍積速度快：是槽鍍的550倍；生產(chǎn)效率是槽鍍的1015倍。 6結(jié)合強(qiáng)度高： 焊接：50Kg/mm2；噴涂26 Kg/mm2；槽鍍1017 Kg/mm2；刷鍍1424 Kg/mm2；7 一臺(tái)設(shè)備可以鍍積幾十種鍍層（溶液種類多），應(yīng)用范圍廣， 目前已有一百多種不同用途的溶液，適用于各種行業(yè)的不同需要。8. 溶液性能穩(wěn)定：使用時(shí)不需要化驗(yàn)調(diào)整，無

7、毒，對(duì)環(huán)境污染小； 不燃不爆，儲(chǔ)存運(yùn)輸方便。9.有不同型號(hào)的鍍筆，并配有形狀不同、大小不一的不溶性陽極， 對(duì)各種不同幾何形狀及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件都可修復(fù)。10.修復(fù)周期短，費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益大。12.零件不受工件形狀、尺寸限制，小到半導(dǎo)體元件，大到幾十噸 甚至上百噸的設(shè)備?？尚迯?fù)比較復(fù)雜的零件表面。13.一套設(shè)備可在多種材料上刷鍍，獲得復(fù)合鍍層非常方便，并可 用疊層結(jié)構(gòu)得到較厚的鍍層。 不足之處：1不適于大批量、大厚度、低性能； 2忌用：重載荷的彈子滾道、齒輪齒面等 高應(yīng)力交變負(fù)荷處。納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)的用途1修補(bǔ)槽鍍產(chǎn)品缺陷；2修復(fù)加工超差件及零件的表面磨損，恢復(fù)其尺寸精 度和幾何形狀精度；3修

8、復(fù)工件表面的劃傷、溝槽、凹坑、斑蝕、孔洞；4強(qiáng)化新品表面，使其有較高的機(jī)械性能和較好的物 化性能；5制備工件表面的防護(hù)層，如要求表面耐腐蝕，抗氧 化、耐高溫，對(duì)鋁及鋁合金表面進(jìn)行氧化處理等；6改善材料的釬焊性、導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性，以及減磨性.7裝飾和修復(fù)建筑物、文物、工藝美術(shù)制品。8、修復(fù)印刷電路板、電氣觸頭、電子元件。9. 用反向電流去毛刺、動(dòng)平衡去重。10. 零件局部防滲碳、防氮化和防氧化，刷鍍噴涂、堆焊 層的過渡層。11. 完成槽鍍難于完成的作業(yè)。 （1）工件太大或要求特殊而無法槽鍍； （2）工件難于拆裝或拆裝運(yùn)輸費(fèi)用昂貴，對(duì)大型設(shè)備 現(xiàn)場(chǎng)修理； （3）只需局部鍍的大件或鍍盲孔； （4）用于

9、鈷、鈦和高合金鋼的過渡層，增強(qiáng)槽鍍層的 結(jié)合力； （5）工件浸入鍍槽會(huì)引起其它部位的損壞或污染鍍液。四、納米復(fù)合電刷鍍?cè)O(shè)備MS-100納米電刷鍍?cè)O(shè)備（一）納米復(fù)合電刷鍍電源 對(duì)電源的基本要求： 1. 平直外特性 2電壓0-24V無級(jí)調(diào)節(jié) 3極性可轉(zhuǎn)換 4有厚度可控裝置-安培小時(shí)計(jì) 5有過載保護(hù)-安全 6體積小、輕便-使用方便（二）鍍筆、陽極及包裹材料1. 鍍筆 17號(hào)不同型號(hào)的鍍筆（旋轉(zhuǎn)鍍筆、內(nèi)冷式鍍筆等）2陽極 不溶性陽極：石墨 可溶性陽極、其他：鉑、銥合金、不銹鋼（超低碳）3. 包裹材料：滌棉套、棉花、人造毛、的確良布4. 輔助設(shè)備及材料 可移動(dòng)式電刷鍍轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)式納米電刷鍍轉(zhuǎn)臺(tái)五、納米復(fù)合電

10、刷鍍?nèi)芤罕砻骖A(yù)處理溶液鍍底層和夾心層溶液納米顆粒復(fù)合鍍液不同的基質(zhì)金屬溶液中由于加入的納米顆粒的種類、數(shù)量的不同而得到不同的含納米顆粒的復(fù)合鍍液，制得性能各異的含米顆粒的復(fù)合鍍層。六、 納米復(fù)合電刷鍍工藝 1. 電刷鍍的一般工藝過程 可根據(jù)鍍件的材料，表面熱處理狀況、工件尺寸及鍍層厚度、工件技術(shù)要求及工況條件等因素，正確選擇極性、電壓(電流)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等工藝參數(shù)和鍍液，科學(xué)地進(jìn)行鍍層設(shè)計(jì)，合理地安排工藝順序。在實(shí)際刷鍍過程中，可適當(dāng)增加或減少相應(yīng)的工序。其一般工藝過程見表1。表1 電刷鍍一般工藝過程根據(jù)需要選擇吹干、烘干、涂油、低溫回火、打磨、拋光等鍍后處理8極性正接達(dá)到尺寸精度，滿足表面

11、性能要求鍍工作層7極性正接快速恢復(fù)工件尺寸鍍尺寸層6極性正接鍍好底層提高界面結(jié)合強(qiáng)度鍍 底 層5極性反接電解刻蝕表面，去除碳鋼表面碳黑弱 活 化4極性反接電解刻蝕表面，除銹、除疲勞層強(qiáng) 活 化3極性一般正接電化學(xué)去油電 凈 2去除油污、修磨表面、保護(hù)非鍍表面表面準(zhǔn)備1備 注工序內(nèi)容、目的工序名稱工序號(hào)納米電刷鍍的工藝參數(shù)為： 工作電壓 1014V 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 610m/min 電源極性 正接 鍍液溫度 2550 影響鍍層質(zhì)量的工藝參數(shù)較多，這里僅對(duì)電壓、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、溫度的影響和選擇原則作以概述。 1 刷鍍電壓 刷鍍電壓的高低，直接影響著溶液的沉積速度和鍍層質(zhì)量。當(dāng)電壓偏高時(shí)刷鍍電流相應(yīng)提高

12、，是鍍層沉積速度加快，已造成組織疏松、粗糙。由于電流大，發(fā)熱量液增大，從而時(shí)鍍液溫度升高，鍍層沉積速度進(jìn)一步加快，同時(shí)鍍層表面很容易干燥，這種情況下，不僅鍍液浪費(fèi)大，陽極燒損嚴(yán)重，而且容易使鍍層粗糙發(fā)黑，甚至過熱脫落。當(dāng)電壓偏低時(shí)，不僅沉積速度太慢，而且同樣會(huì)使鍍層質(zhì)量下降。 1 刷鍍電壓 所以，為了保證得到高質(zhì)量得鍍層和提高生產(chǎn)效率，應(yīng)按每種鍍液確定的電壓范圍靈活使用。例如，當(dāng)工件被鍍面積小時(shí)，工作電壓宜低一些；鍍筆與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較慢時(shí)，電壓應(yīng)低一些，反之，電壓應(yīng)高一些。剛開始刷鍍時(shí)，若鍍液與工件溫度較低，則起鍍電壓應(yīng)低一些，反之，電壓應(yīng)高一些。剛開始刷鍍時(shí)，若鍍液與工件溫度較低，則起鍍

13、電壓低些，以后逐漸升高。對(duì)同一種鍍液在相同的工藝條件下，整個(gè)鍍積過程中的工作電壓有時(shí)也要視情況不斷調(diào)節(jié)。1 刷鍍電壓 例如：用特殊鎳打底層，開始用18V較高電壓短時(shí)間刷鍍，以提高電流密度，促使多生核，細(xì)化鍍層晶粒，510s后，降到正常工作電壓12V。又如，用納米復(fù)合鍍液刷鍍較大面積的工作層時(shí)，開始選用工件電壓14V，待隨著工件與鍍液溫度上升和鍍層接近最終尺寸時(shí)，應(yīng)把電壓降到12V，以獲得晶粒細(xì)密、表面光亮的鍍層。 2 鍍筆與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 刷鍍時(shí)，鍍筆與工件之間必須作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這是刷鍍技術(shù)的一大特點(diǎn)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)有以下作用：（1）允許使用大電流密度，而不“燒焦”工件表面，提高沉積速度和生產(chǎn)效率

14、。（2）對(duì)溶液起攪拌作用，使溶液的濃度、電流密度在被鍍表面上不斷變化，克服濃差極化現(xiàn)象，使更多的金屬離子有機(jī)會(huì)還原沉積。（3）能機(jī)械地驅(qū)除工件表面上的氣泡和其它雜質(zhì)，有利于減少氫脆，提高鍍層質(zhì)量。（4）造成晶粒斷續(xù)成長(zhǎng)的結(jié)晶過程，形成高密度位錯(cuò)，有利于細(xì)化晶粒、強(qiáng)化鍍層，提高鍍層的力學(xué)性能。2 鍍筆與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度太慢時(shí)，鍍筆與工件接觸部位發(fā)熱量大，鍍層易發(fā)黑，局部還原時(shí)間長(zhǎng)，鍍層生長(zhǎng)太快，組織易粗糙。若鍍液供給不充分，還會(huì)造成局部離子貧乏，組織疏松。 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度太快時(shí)，會(huì)降低電流效率和沉積速度，形成的鍍層雖然致密，但應(yīng)力太大易脫落。相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度通常選用812m/min。

15、3 電刷鍍的溫度控制（1）工件溫度 在刷鍍操作的整個(gè)過程中，工件的理想溫度是1535，最低不能低于10，最高不易超過50。（2）鍍液的溫度 鍍液的使用溫度應(yīng)保持在2550范圍內(nèi)，這不僅能使溶液本身的物化性能（如pH值、電導(dǎo)率、溶液成分、耗電系數(shù)、表面張力等）保持相對(duì)穩(wěn)定，而且能時(shí)鍍液的沉積速度、均鍍能力和深鍍能力及電流效率等始終處于最佳狀態(tài)，并且所得到的鍍層內(nèi)應(yīng)力小，結(jié)合性能好。 3 電刷鍍的溫度控制（3）鍍筆的溫度 由于石磨陽極本身有一定的電阻，加上電極反應(yīng)的熱效應(yīng)，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)使鍍筆發(fā)熱，溫度升高。石墨陽極長(zhǎng)時(shí)間在較高溫度下使用，表面就會(huì)燒損和腐蝕，燒蝕下來的泥狀石墨，附在陽極與包套之間，

16、使電阻增大，從而使鍍筆溫度進(jìn)一步升高。如此惡性循環(huán)，后果是鍍積速度逐漸降低，鍍液被污染，鍍液中部分物質(zhì)揮發(fā)，成分改變，這樣就不會(huì)得到高質(zhì)量鍍層。 為了防止鍍筆過熱，在刷鍍層厚時(shí)，應(yīng)同時(shí)準(zhǔn)備多支鍍筆，輪換使用，并定時(shí)將鍍筆放入冷鍍液中浸泡，使溫度降低。鍍筆的散熱器部位應(yīng)保持清潔，上面的鈍化層或銹蝕時(shí)，都將影響散熱效果，應(yīng)及時(shí)清理干凈。 納米復(fù)合電刷鍍的應(yīng)用修復(fù)坦克零件將納米顆粒復(fù)合電刷鍍液首次在59式坦克零件的修復(fù)中使用，并進(jìn)行了實(shí)車考核試驗(yàn)。修復(fù)側(cè)減速器被動(dòng)軸修復(fù)大制動(dòng)鼓密封蓋abc側(cè)減速器主動(dòng)軸側(cè)減速器被動(dòng)軸大制動(dòng)鼓密封蓋修復(fù)坦克零件零件全圖局部放大圖 在艦船大型貴重零部件及進(jìn)口關(guān)鍵件維修中

17、的應(yīng)用修復(fù)艦船零件納米電刷鍍修復(fù)052型艦ND型密封裝置滑環(huán)470內(nèi)表面（瑞典）。 解決了艦船貴重、關(guān)鍵零部件原來無法維修的難題修復(fù)飛機(jī)零件修復(fù)葉片底面修復(fù)葉片榫頭側(cè)面高壓壓氣機(jī)整流葉片應(yīng)用納米顆粒復(fù)合電刷鍍液修復(fù)蘇-27發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)整流葉片 空軍某部利用納米電刷鍍技術(shù)修復(fù)蘇-XX飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片，并已通過空軍裝備部組織的300小時(shí)臺(tái)架考核和專家組鑒定。該技術(shù)已被空軍批準(zhǔn)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的批量修復(fù)，創(chuàng)造了巨大的軍用和經(jīng)濟(jì)效益。 自動(dòng)化納米復(fù)合電刷鍍技術(shù) 手工電刷鍍生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、質(zhì)量穩(wěn)定性較差。為此，研發(fā)了自動(dòng)化納米電刷鍍技術(shù)。 通過解決納米電刷鍍過程中鍍液連續(xù)供給和循環(huán)利用、納米電刷鍍工藝參數(shù)和鍍覆過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)工藝過程的自動(dòng)化，研制出了原理樣機(jī)，顯著提高了鍍層的質(zhì)量穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。 目前，國(guó)內(nèi)外還沒有可實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控的電刷鍍技術(shù)及設(shè)備，也沒有可以應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的自動(dòng)化納米顆粒復(fù)合電刷鍍專機(jī)及其技術(shù)工藝。 我們通過自主創(chuàng)新，針