第九章電鍍修復(fù)技術(shù)

電鍍修復(fù)技術(shù)電鍍修復(fù)技術(shù)是利用電解方法使電解液中的金屬離子在零件表面上還原成金屬原子并沉積在零件表面上形成具有一定結(jié)合力和厚度鍍層的一種方法.優(yōu)點:基體金屬性質(zhì)不受影響,原熱處理狀況不改變,零件不產(chǎn)生熱變型,鍍層結(jié)合強(qiáng)度高.因為電鍍修復(fù)過程是在低溫條件下進(jìn)行的.缺點:

鍍層的機(jī)械性能隨厚度的增加而變化,鍍層沉積速度慢.第一節(jié):電鍍基礎(chǔ)理論一.電解液和電解電解液:能導(dǎo)電的溶液.電解質(zhì):電解液中的溶質(zhì).以硫酸銅為例說明電解液的導(dǎo)電原理,如圖所示.溶液中的銅離子和氫離子移向陰極,沉積在陰極表面上,同時有氫析出的還原反應(yīng).陽極的銅原子失去電子變成離子轉(zhuǎn)移到溶液中,氫氧根離子放出電子變成新的物質(zhì)并有氧氣析出的氧化反應(yīng).二.電鍍的結(jié)晶過程電結(jié)晶過程與一般液態(tài)金屬凝固結(jié)晶過程相似,液體金屬結(jié)晶時,先過冷至一定溫度,生成晶核,最后生長成晶粒.電結(jié)晶也是先有一個超電壓,金屬離子被吸引和遷移到陰極上,金屬離子還原成原子,生成細(xì)微點,形成結(jié)晶核.隨時間增長,晶粒數(shù)量增加和長大,形成鍍層.金屬結(jié)晶的粗細(xì)程度取決于結(jié)晶核的生成和成長速度.當(dāng)晶核生成速度大于晶核的成長速度時,生成的晶核多,結(jié)晶細(xì)致,排列緊密,硬度高.反之,晶粒粗大,疏松三:金屬的陽極鈍化鈍化:金屬與介質(zhì)作用后,失去化學(xué)活性,變得更為穩(wěn)定的現(xiàn)象.導(dǎo)致金屬鈍化的原因:化學(xué)鈍化;電化學(xué)鈍化.化學(xué)鈍化:如鐵被放在濃硫酸里并不溶化的現(xiàn)象.電化學(xué)鈍化:作為陽極的金屬在通過陽極電流的過程中不能正常溶解,則該金屬發(fā)生了陽極鈍化.溶液中各組分的濃度保持穩(wěn)定是維持電鍍過程正常進(jìn)行的重要條件.產(chǎn)生鈍化的主要原因:一是在金屬表面上形成了氧化物薄膜,把金屬與溶液隔開,使金屬的氧化反應(yīng)難以進(jìn)行.另一原因是電極上形成了氧和其它物質(zhì)的吸附層.

防止鈍化的辦法:機(jī)械去除法.第二節(jié):電刷鍍修復(fù)技術(shù)一.電刷鍍的基本原理與特點(一)電刷度的機(jī)理電刷鍍時,鍍筆接電源的正極,工件接電源的負(fù)極,鍍筆前端包裹在陽極上的棉花和耐磨包套儲存鍍液.浸滿鍍液的鍍筆在通電狀況下以一定的速度在經(jīng)過適當(dāng)前處理的工件上作相對運動,與鍍筆接觸的部位會因鍍液中的金屬離子在其表面上的還原而形成鍍層.(二)電刷鍍技術(shù)的特點1.工藝特點⑴刷鍍時,鍍筆與工件始終保持一定的相對運動速度,鍍液能隨鍍筆及時送到工件的表面,不易產(chǎn)生金屬貧乏現(xiàn)象.⑵允許用比槽鍍大幾倍到幾十倍的電流密度,沉積速度比槽鍍快5~50倍.⑶鍍層的形成是一個斷續(xù)的結(jié)晶過程.⑷操作靈活方便..2.鍍液特點.⑴刷鍍?nèi)芤捍蠖鄶?shù)是金屬離子與有機(jī)絡(luò)合物組成的水溶液,含量比槽鍍高幾倍.⑵鍍液穩(wěn)定性能好.⑶不燃,不爆,毒性低,腐蝕性小,便于使用和運輸.⑷金屬鍍液中可加入不同的添加劑,以細(xì)化晶粒,減少內(nèi)應(yīng)力.提高浸潤性.3.設(shè)備特點⑴電刷鍍設(shè)備體積小,重量輕,便于攜帶移動.⑵一套設(shè)備可完成各種鍍液的刷鍍工作.⑶不需要鍍槽和掛具,設(shè)備數(shù)量少,對場地設(shè)施要求低.⑷鍍筆多采用高純石墨作陽極,金屬材料有時也可作陽極..(三)鍍層的形成與強(qiáng)化1.鍍層的形成通電后,作為陰極的被鍍零件接收從電源負(fù)極流來的電子使鍍液中遷移過來的金屬離子在陰極上獲得電子后被還原成金屬原子,均勻地覆蓋在零件的表面上形成刷鍍鍍層.金屬離子在陰極上還原成金屬原子,形成鍍層的三個步驟:⑴金屬水化離子以擴(kuò)散,對流,電遷移方式向陰極傳遞物質(zhì).⑵金屬水化離子脫水并在陰極上獲得電子形成的金屬原子.⑶金屬原子排列成一定形式的金屬晶體.金屬晶粒的數(shù)量和尺寸取決于晶核的形成和長大的兩個過程.2.鍍層的結(jié)合機(jī)理鍍層金屬與基體金屬的結(jié)合機(jī)理的主要三種形式:⑴機(jī)械鑲嵌產(chǎn)生的結(jié)合.

利用基體金屬表面不平整所造成的鑲嵌作用來實現(xiàn)鍍層與基體的結(jié)合.⑵物理吸附機(jī)理.

當(dāng)作用物質(zhì)之間距離極近時,在接觸面上產(chǎn)生電子相互交換而形成的物理結(jié)合..⑶金屬鍵結(jié)合機(jī)理

鍍液中大量的金屬離子通過電化學(xué)反應(yīng)還原成金屬原子,形成鍍層,并與基體材料以金屬鍵合方式牢固結(jié)合.鍍層與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度上,占主導(dǎo)作用的是金屬鍵結(jié)合強(qiáng)度,而物理結(jié)合與機(jī)械結(jié)合次之.3.鍍層的強(qiáng)化機(jī)理由于存在超細(xì)晶強(qiáng)化,高密度位錯強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化,使電刷鍍層比槽鍍層具有更高的硬度和耐磨性.研究鎳層時,鎳層的晶粒尺寸只有0.01~0.07μm左右,這時因刷鍍時,采用了比槽鍍大得多的電流密度,提高了陰極極化作用,使過電位和雙電層的電場強(qiáng)度很高,形成大量.的細(xì)晶核.刷鍍時,電筆與工件的相對運動使被鍍工件表面上電流密度的作用時斷時續(xù),造成晶粒尙未來得及長大就暫停生長.當(dāng)鍍筆重新運動到該表面時,才又重新形核及生長,從而使鍍層晶粒細(xì)化.對于一些鍍層,合金元素固溶于基體中,使其晶格點陣畸變,這種固溶強(qiáng)化也對鍍層性能提高起一定的作用.(四)電刷鍍工藝1.工件表面的鍍前處理①機(jī)械整修②遮蔽③填塞④電化學(xué)處理

2.鍍底層.選擇底層的原則:鑄造的工件,一般不選酸性鍍液而選用堿性鍍液沉積底層.易腐蝕的金屬工件表面,不選酸性鍍液而選弱堿性鍍液作低層.鋼,鐵和不銹鋼的工件表面易采用特殊鎳作低層.承受機(jī)械力較大的工件表面選用特殊鎳作低層.有導(dǎo)電要求的表面選用金或堿銅作低層.3.鍍工作鍍層第三節(jié):低溫鍍鐵修復(fù)技術(shù)低溫鍍鐵工藝是指在25~50°C,利用直流起鍍的鍍鐵工藝..低溫鍍鐵技術(shù)上的優(yōu)點:⑴鍍層與基體金屬的結(jié)合強(qiáng)度高,高達(dá)340兆帕.⑵鍍層硬度高,一般在HRC45~50.⑷鍍層厚.可使零件的直徑加大2mm.⑸沉積速度快.每小時可使零件直徑加大0.6mm左右.⑹材料來源充足,價格便宜,成本低.⑺廢氣廢水的毒性小,對人的健康和環(huán)境影響小..一.鍍鐵設(shè)備鍍鐵設(shè)備與常規(guī)電鍍設(shè)備相似,主要是電源及其輸出特性不同.二.鍍鐵工藝鍍鐵的工藝可分為鍍前準(zhǔn)備,鍍前處理,鍍鐵和鍍后處理四步.(一)鍍前準(zhǔn)備其工作主要包括去銹,除油,檢驗,裝掛,絕緣,砂布打光,測量尺寸和最后除油等工序..(二)鍍前處理鋼鐵上黑色的氧化皮,在鍍前準(zhǔn)備階段難以去除,它對鍍層的結(jié)合強(qiáng)度影響很大,必須徹底清除.清除方法可以酸腐蝕,也可通電處理.如鹽酸腐蝕;陽極刻蝕;對稱交流活化處理;換極性法表面處理.鹽酸腐蝕:利用鹽酸對溶解快的特點使零件表面的氧化皮溶解和剝離.陽極刻蝕:以流酸電解液,工件為陽極,鉛板為陰極,通以直流電,在陽極產(chǎn)生大量的氧氣泡,機(jī)械地剝利氧化皮,并在表面形成很薄的鈍化膜,使零件在以后的工作中不再氧化.對稱交流活化處理:它是將經(jīng)過除油的零件,直接放入渡槽,預(yù)熱后通過對稱交流電處理.換極性法表面處理:它是直接在渡槽內(nèi)進(jìn)行陽極刻蝕,不僅可克服流酸刻蝕的缺點,且可實現(xiàn)渡鐵過程的機(jī)械化,大大提高生產(chǎn)率,提高渡件的質(zhì)量..(三)鍍鐵有不對稱交流-直流電渡鐵和直流渡鐵.(四)鍍后處理鍍層厚度鍍夠后即可取出零件,先用水沖洗干凈,再放入10%的堿溶液中30min,中和后取出清洗干凈,進(jìn)行質(zhì)量檢查,合格后即可拆除掛具與絕緣,再在表面涂機(jī)油防銹.第四節(jié):鍍鉻修復(fù)技術(shù)一.鍍鉻層的性質(zhì)優(yōu)點:1.硬度很高,電解析出的鉻層硬度高達(dá)HB800~1000,且具有較高的耐磨性;2.具有較高的耐熱性,500°C以下不變色,700°C時硬度才明顯下降.3.在潮濕的大氣中很穩(wěn)定,能長期保持其光澤;在多數(shù)酸,堿,鹽中非常穩(wěn)定.4.與鋼,鎳,銅等基體金屬具有較高的結(jié)合強(qiáng)度..缺點:1.鍍鉻層的油附性不好,附著力小.2.鍍鉻層的機(jī)械性能隨著鍍層的加厚而變壞,常用厚度為0.1~0.3mm.3.鍍鉻過程復(fù)雜而要求嚴(yán)格,電流效率低.4.對環(huán)境污染嚴(yán)重.二.鍍鉻過程和影響因素⑴鍍鉻電解液是鉻酐()和硫酸組成的水溶液,而不是鉻鹽.⑵鍍鉻時的電解過程陰極反應(yīng)氧極反應(yīng).(三)

鍍鉻陽極鍍鉻用不溶性陽極,而不用鉻作陽極.因陽極溶解速度較陰極沉積速度快,電解液中便會積聚大量的金屬離子,鉻以不同價數(shù)的離子溶解于電解液中,破壞了電解液的穩(wěn)定性,無法控制電解液中三價和六價鉻的含量,使電鍍過程難以正常進(jìn)行.常用的陽極材料為鉛銻合金.因其機(jī)械性能好,在酸中穩(wěn)定..(四)電解液濃度影響鍍鉻電流效率的因素很多,主要是鉻酐質(zhì)量濃度,硫酸濃度,三價鉻含量和它們之間的濃度比.還有雜質(zhì):如鐵,銅,氯離子,硝酸根離子等.三.鍍鉻層的種類及規(guī)范鍍鉻層按其性質(zhì)可分為硬質(zhì)鍍鉻及多孔性鍍鉻層兩種.四.鍍鉻工藝鍍鉻工藝一般分為三步:鍍鉻前的準(zhǔn)備,鍍鉻及鍍后加工.(一)鍍前準(zhǔn)備1.磨削.2除油.3.裝掛具.4.絕緣5.刻蝕處理.(二)鍍鉻電鍍低碳鋼零件時,開始只用正常電流的