电刷镀的设备、镀液配方及应用

王宗雄，鲍新华，任吉华

（1.宁波市电镀行业协会，浙江 宁波 315199；2.淮北市钰涛工贸有限公司，安嶶 淮北 235000）

【经验交流】

电刷镀的设备、镀液配方及应用

王宗雄1,*，鲍新华1，任吉华2

（1.宁波市电镀行业协会，浙江 宁波 315199；2.淮北市钰涛工贸有限公司，安嶶 淮北 235000）

描述了电刷镀所需设备，给出了常用的电净、活化、镀镍、镀铜、镀硬铬以及镀镍-铬、镍-钴、镍-铁合金的溶液配方，指出了电刷镀过程中的注意事项，介绍了电刷镀在铜、铝排局部镀锡以及修补电容器导电接头电镀锡层中的应用。

电刷镀；镀笔；镀液配方；金属；合金；前处理

电刷镀是表面制造与再制造技术之一。电刷镀的基本原理与电镀一样，但它是一种无槽快速电镀工艺。电刷镀的主要用途有 2个：一是传统工艺无法解决的特别长、大或重的零部件的局部表面处理；二是快速修复常规修理技术无法修复的机械零部件，以达到厚度和表面的技术要求。

电刷镀技术是由过去的“笔镀”方法发展而来，又经过现代技术的改良。电刷镀主要用于强化和提高工件的表面性能，能赋予工件装饰性外观、耐蚀性、抗磨损性，以及特殊的光、电、磁、热等性能，也可以改变工件尺寸，改善机械配合，修复因超差或磨损而报废的工件，已在航空航天、车辆船舶、石油化工、纺织印染、工程机械、电子电力、文物修复、工艺品装饰等方面获得大量应用。图1示出了轴类零件电刷镀修复和铜排电刷镀银的现场照片。

图1 轴类零件电刷镀修复(左)和铜排电刷镀银(右)的现场照片Figure 1 Photo of repairing of shaft (left) and silver plating on copper busbar (right) by electro-brush plating

随着电刷镀技术的发展，目前电刷镀技术不再是仅仅几十个丝(1丝等于0.01 mm)的修复厚度，电刷镀的厚度、速度、性能随着技术的发展而不断提高，适用范围越来越广。

电刷镀依靠直流电的作用，通过镀笔(阳极+镀液)以一定的压力与工件保持接触并作相对运动，令镀液中的金属离子在阴极(工件)上放电还原、沉积，形成金属镀层。镀层的厚度和均匀性与电流密度、阳极运动速率、镀液流量及电镀时间有关。电刷镀层在钛、铝、铜、铬、高合金钢和石墨上都具有很好的结合强度。图2为电刷镀工作原理示意图。

图2 电刷镀工作原理示意图Figure 2 Schematic diagram of working principle of electro-brush plating

电刷镀与电镀相比有以下优点：

(1) 便携性。电刷镀可以很方便地把设备带到施镀现场。

(2) 操作容易。只要经短时间的讲解，任何人都能操作，无需特别专业的电镀知识。

(3) 快速、高效。由于阴极与阳极之间有相对运动，因此允许使用较高的电流密度(可比电镀的电流密度大几倍到几十倍)，沉积速率是槽镀的30 ～ 60倍，耗电量是普通电镀的几十分之一。

(4) 质量便于管理。在工厂只要使用充分保证质量的电解液和精度高的机械设备，就可以准确地控制镀层厚度，可用于修正轴、孔的锥度和椭圆度。

(5) 可实现不解体现场修复。即使是正在组装的机械，也能在不拆卸部件的情况下，对所需的部位进行电刷镀。

(6) 由于不入电镀槽，因此可以解决大的、长的、重的零件的局部电镀问题。

(7) 可以省去或减少实施遮蔽和去除遮蔽的麻烦。

(8) 由于工艺温度一般不超过60 °C，因此可用于热变形敏感的轴、模具等工件，不必担心热变形。

(9) 能修补镀层。由于在镍、硬铬等镀层之上也能重叠镀，因此能对不良镀层进行修复或对厚度不足的部位进行补镀。

(10) 同轴度高。由于工件在转动情况下被镀，因此镀层在圆周方向基本一致，不会产生椭圆度。

(11) 操作安全，对环境污染小。电刷镀的溶液不含氰化物和剧毒药品，性能稳定，便于储存和运输，可循环使用，消耗量小，不会有大量废液排放。

1 电刷镀设备与溶液

电刷镀设备由专用直流电源、镀笔及供液、集液装置组成。

1. 1 专用直流电源

电刷镀专用直流电源(如图3所示)不同于其他种类电镀使用的电源，由整流电路、正负极性转换装置、过载保护电路、安培小时计(或镀层厚度计)等几部分组成。

图3 电刷镀专用电源Figure 3 Power supply for electro-brush plating

(1) 整流电路用于提供平稳的直流输出，输出电压可无级调节，以满足各道工序和不同溶液的需要，一般范围为0 ～ 30 V，输出电流为0 ～ 150 A。大功率电源的最高电压可达到50 V。

(2) 正负极性转换装置用于满足电刷镀过程中各工序对极性的需要，可任意选择阳极或阴极的电解操作。

(3) 过载保护电路用于刷镀过程中当电流超过额定值后快速切断主电源，以保证电源和零件不会因短路而烧坏。

(4) 安培小时计用于在动态下计量电刷镀消耗的电量，从而精确地控制镀层厚度。

电源的自调作用要强，输出电流应能随镀笔和阳极接触面积的改变而自动调节。武汉材料保护研究所电刷镀技术研发中心研发的 SDK系列高频开关刷镀电源有普通型(如 SDK-20AH、SDK-50AH、SDK-100AH)和智能型(如SDK-100AHZ、SDK-200AHZ、SDK-300AHZ、SDK-500AHZ)两种，而且可根据用户要求定制。

1. 2 镀笔

镀笔是电刷镀的重要工具，主要由阳极、绝缘手柄和散热装置组成。根据零件的尺寸来选用不同类型的镀笔。常见镀笔的结构见图4。

刷镀阳极材料要求具有良好的导电性，能持续通过大电流，不污染镀液，易于加工。通常使用高纯石墨、铂-铱合金、不锈钢等不溶性阳极。根据被镀零件的表面形状，阳极可以加工成不同形状，如圆柱、圆棒、月牙、长方、半圆、细棒、扁条等，其表面积通常为被镀面的1/3。阳极需用棉花和针织套包裹，以贮存刷镀用的溶液(包括电镀液、酸洗液及脱脂液)，防止阳极与被镀件直接接触，过滤石墨阳极表面脱落的石墨粒子。棉花最好选用纤维长、层次整齐的脱脂棉。套管材料要求有良好的耐磨性、吸水性，不会污染镀液，可选用涤纶或人造毛材料。包裹时厚度要适当，过厚或太薄都不好：过厚会使电阻增大，刷镀效率降低；太薄则镀液贮存量太少，不利于散热，造成过热，影响镀层质量。最佳包裹厚度要根据不同阳极而定。

绝缘手柄套在紫铜导电杆外面，常用塑料或胶木制作。导电杆一头连接散热片，另一头与电源电缆接头连接。

由于电刷镀过程中会产生大量的热，因此镀笔上需要安装散热片。散热片通常用不锈钢制作，尺寸较大的镀笔亦可选用铝合金制作。

电刷镀过程中应专笔专用，切莫混用。镀笔和阳极在使用过程中切勿被油脂等污染。阳极包套一旦发现磨穿，应及时更换，以免阴阳两极直接接触而导致短路。镀笔用毕，应及时拆下阳极，用水冲洗干净，并按镀种分别存放，不能混淆。

1. 3 供液、集液装置

刷镀时，根据被镀零件的大小采用不同的方式给镀笔供液，如蘸取式、浇淋式和泵送式。关键是要连续供液，以保证金属离子的电沉积能正常进行。流淌下来的溶液一般采用塑料桶、塑料盘等容器收集，以供循环使用。

2 电刷镀所用的溶液[1-2]

根据用途不同，电刷镀过程中使用的溶液(见图5)包括表面预处理液、电刷镀液、钝化液、退镀液等。

图5 常用的电刷镀溶液Figure 5 Common electro-brush plating solutions

2. 1 表面预处理溶液

为了提高镀层与基体的结合强度，被镀表面必须预先进行严格的预处理，包括电净处理(用电解的方法清除金属表面的油污和杂质)和活化处理(用电解的方法除去金属表面的氧化膜和锈斑)。电净处理后的零件要用清水冲洗。

2. 1. 1 电净液

电净液为无色透明的碱性溶液，由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、氯化钠等配制而成，-10 °C不结冰，可长期存放，腐蚀性小。

2. 1. 1. 1 1号电净液

该溶液为无色透明的碱性水溶液，含氢氧化钠25 g/L、无水碳酸钠22 g/L、磷酸三钠50 g/L、氯化钠2.5 g/L，pH = 13，具有较强的去油污能力，并且有轻微的去锈蚀作用，适用于所有金属表面的电解除油。其操作工艺规范为：工作电压8 ～ 15 V，相对运动速率5 ～ 8 m/min，电源极性正接(高强度钢除外)。

2. 1. 1. 2 0号电净液

这是一种与1号电净液性能相似的除油溶液，在1号电净液的配方基础上加入了825水基清洗剂5 ～10 mL/L，同样无色透明，pH = 13，除油效果比1号电净液好，尤其适用于铸铁等组织疏松的材料。操作工艺规范1号电净液相同。

2. 1. 2 活化液

活化液一般由酸类和盐类组成，可长期存放。

2. 1. 2. 1 1号活化液

该溶液无色透明，由硫酸80 ～ 90 g/L和硫酸铵100 ～ 120 g/L组成，pH = 0.4，冻点为-15 °C，有去除金属表面氧化膜和疲劳层的能力，对基体腐蚀较慢，适用于低碳钢、低碳合金钢、白口铸铁等材料。活化时按以下工艺规范操作：工作电压8 ～ 15 V，相对运动速率5 ～ 10 m/min，电源极性正接或反接。

2. 1. 2. 2 2号活化液

由盐酸20 ～ 30 mL/L和氯化钠130 ～ 140 g/L组成，pH = 0.3，无色透明，冻点为-17 °C，去除金属表面氧化膜和疲劳层的能力较强，对基体腐蚀快，适用于中碳(合金)钢、高碳(合金)钢、铝和铝合金、灰口铸铁、镍层以及难熔金属，也可用于去除金属毛刺和剥蚀镀层。操作工艺规范为：工作电压6 ～ 14 V，相对运动速率5 ～ 10 m/min，电源极性反接。

2. 1. 2. 3 3号活化液

由柠檬酸钠140 ～ 150 g/L、柠檬酸90 ～ 110 g/L、六水氯化镍(或氯化钠)1 ～ 3 g/L组成，呈淡绿色，pH = 4，冻点为-9 °C。该溶液对铁素体的作用较弱，甚至不起作用，但对碳化物的作用很强。因此除对铜等少数材料活化时单独使用外，一般与其他活化液(1号、2号)配合使用，主要是去除中、高碳钢，铸铁等材料经1号、2号活化液活化后表面出现的炭黑层，以提高镀覆层与基体的结合强度。其操作工艺规范为：工作电压10 ～ 25 V，相对运动速率6 ～ 8 m/min，电源极性反接。

2. 1. 2. 4 4号活化液

由硫酸115 ～ 125 g/L和硫酸铵110 ～ 120 g/L组成，无色透明，pH = 0.2，冻点为-18 °C，腐蚀能力很强，适用于钝化状态的铬、镍钢或者经上述活化液活化后仍难施镀的材料，也可用于去除金属毛刺和剥蚀旧镀层。操作工艺规范为：工作电压10 ～ 25 V，相对运动速率6 ～ 10 m/min，电源极性正接或反接。

2. 1. 2. 5 专用铬活化液

由硫酸88 g/L、硫酸铵100 g/L、磷酸5 g/L和氟硅酸5 g/L组成，无色透明，pH = 0.5。在铬层或镍及镍合金的基体上镀铬时，可用该溶液处理基体表面之后再镀铬。活化时，工作电压为10 ～ 15 V，相对运动速率6 ～ 8 m/min，工件反接后再正接，时间0.5 ～ 2.0 min。活化后不必用水冲洗，可以直接镀铬。

2. 2 电刷镀液

按镀层的成分，电刷镀液分为单金属镀液与合金镀液。每种金属电镀液又会根据沉积速率、镀液性质、镀层性能等特点分成许多品种。

一般刷镀溶液分为酸性和碱性两大类。酸性刷镀液的沉积速率比碱性溶液快1.5 ～ 3.0倍，但绝大多数都不适用于材质疏松的金属材料(如铸铁)，也不适用于不耐酸腐蚀的金属材料(如锡、锌等)。碱性和中性刷镀液有很好的使用性能，可获得晶粒细小的镀层，在边角、狭缝、盲孔等处也有很好的均镀能力，无腐蚀性，适合各种材质的零件。

由于电刷镀无需电镀槽，两极距离很近，因此常规电镀液不适用于电刷镀。与一般的电镀液相比，电刷镀液具有以下特点：

(1) 金属离子含量高，导电性好。

(2) 温度范围比较宽。

(3) 在工作过程中性能比较稳定，离子浓度和溶液的pH变化不大。

(4) 均镀能力和深镀能力较好。

(5) 毒性与腐蚀性较小。

2. 2. 1 单金属镀液

2. 2. 1. 1 镀镍

在表面镀覆领域，镍是应用最广泛的镀层，在机械零件修复和强化零件表面方面用得最多。这是因为镍镀层具有优良的物理、化学和力学性能。镍镀层在真空中有很好的化学稳定性，不易变色。镍的钝化能力很强，其表面能够迅速生成一层很薄的钝化膜，在常温下能很好地抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀。镍在有机酸中很稳定，在浓硝酸中处于钝化状态，在硫酸和盐酸中溶解缓慢，但易溶于稀硝酸。镍还有较好的抗高温氧化性能，在温度高于600 °C时表面才被氧化。

电刷镀镍层硬度较高，塑性较好，因此被广泛应用于要求硬度高、耐磨性好的零件表面。电刷镀镍层晶粒很细小，具有良好的抛光性能。经抛光的镀镍层可以得到很光亮的外表，在大气中可长时间保持光泽。

(1) 特殊镍。

特殊镍镀液是一种强酸性镀液，由硫酸镍390 ～ 400 g/L、氯化镍14 ～ 20 g/L、盐酸20 ～ 20 mL/L和乙酸68 ～ 70 mL/L组成，pH = 1，呈深绿色，有较强的醋酸味。镀液中镍离子含量为85 g/L，密度1.23 g/cm3。

特殊镍与绝大多数金属基体(铸铁等疏松材料除外)都有很强的结合力，致密，硬度550 HB，耐磨性好，主要用作钢、铝、铜、不锈钢、铬、镍等材料上的打底层或中间夹心层，也可用作耐磨层，厚度仅需1 ～2 μm。用在不锈钢、铬、镍上镀底层时，为使其与基体结合良好，通常酸性活化后不用水漂洗而直接镀特殊镍。操作时先不通电，用镀笔蘸上溶液将被镀表面擦拭一遍，通电后先用18 V冲击镀一遍被镀表面，然后降至12 V，相对运动速率为5 ～ 10 m/min，工件接电源正极。

(2) 快速镍。

快速镍镀液由硫酸镍250 g/L、氨水100 mL/L、柠檬酸铵56 g/L、乙酸铵23 g/L和草酸铵0.1 g/L组成，略呈碱性，pH = 7.5 ～ 7.8，蓝绿色，可嗅到氨水气味，镍离子含量为53 g/L，密度1.5 g/cm3。其特点是沉积速率快，镀覆层硬度高(45 ～ 48 HRC)、抗磨损，耐蚀性也较好，可在各种材料上镀覆工作层、恢复尺寸层或制备复合层，尤其适用于铸铁上镀底层。工艺规范如下：工作电压10 ～ 15 V，相对运动速率6 ～ 12 m/min，电源极性正接。

在工作电压10 ～ 15 V、相对运动速率8 ～ 15 m/min的条件下，电刷镀快速镍层的硬度较高，并具有良好的耐磨性，其硬度和耐磨性指标等于或高于45钢淬火加180 °C回火后的硬度和耐磨性。硬度的峰值出现在12 V及10 m/min附近，约为668 HV；耐磨性的峰值出现在14 V及10 m/min附近，约为45钢淬火加180 °C回火后的1.7倍。

(3) 碱性镍。

碱性镍镀液含250 ～ 280 g/L硫酸镍、75 ～ 95 g/L配位剂、5 ～ 80 g/L缓冲盐I、20 ～ 35 g/L缓冲盐II和适量添加剂，pH = 8.5，呈蓝绿色，镍离子含量为54.4 g/L。该镀液沉积速率快，有良好的工艺性，所得镀层组织细密、颜色均匀、应力低，硬度达500 HB，可镀厚，适用于在各种材料上镀尺寸层或工作层，可代替中性镍。工艺规范如下：工作电压8 ～ 14 V，相对运动速率8 ～ 12 m/min，电源极性正接。

(4) 中性镍。

中性镍镀液含130 ～ 150 g/L硫酸镍、10 ～ 15 g/L辅助盐、55 ～ 70 g/L有机酸和40 ～ 60 mL/L调节剂，pH = 7，呈深绿色，镍离子含量为28 g/L。该镀液沉积速率快，有良好的工艺性，所得镀层组织细密，呈银白色，耐蚀性好，硬度500 HB，可用于修补薄镀层，作为铸铁的底层或铜与酸性镉的交替层。工艺规范如下：工作电压10 ～ 14 V，相对运动速率6 ～ 10 m/min，电源极性正接。

(5) 低应力镍。

低应力镍镀液由硫酸镍360 g/L、乙酸30 mL/L、乙酸钠20 g/L、对氨基苯磺酸钠0.1 g/L和十二烷基硫酸钠0.01 g/L组成，pH = 3.5，呈绿色，镍离子含量为75 g/L，密度1.20 g/cm3。使用时要先将镀液预热到50 °C，才可以得到组织细密、具有压应力或较小拉应力的镀层。它专为沉积厚镀层时提供夹心层而研制，但其本身不能镀得太厚。它也可用于制备保护镀层，镀层硬度为350 HB。工艺规范如下：工作电压8 ～ 14 V，相对运动速率6 ～ 10 m/min，电源极性正接。

2. 2. 1. 2 镀铜

铜是玫瑰红色的金属，密度8.92 g/cm3，熔点1 083 °C。铜镀有沉积速率快，镀层硬度适中的特点，所以被广泛用作快速恢复尺寸层或镀厚层，也可用来改善导电性、钎焊性，或在钢件上镀防渗碳层以及防渗氮层。

(1) 碱铜。

碱铜镀液由硫酸铜250 g/L和乙二胺135 g/L组成，呈蓝紫色，pH = 9.2 ～ 9.8，金属铜含量为62 g/L，密度1.14 g/cm3。它沉积速率快，腐蚀性小，最常用于快速恢复尺寸层和填补沟槽，特别适用于铝、铸铁、锌等难镀材料上镀覆。在钢件上镀覆时，最好先用特殊镍打底，以便获得更高的结合力。所得镀层组织细密，硬度250 HB，厚度为0.01 mm时就有良好的防渗碳、防渗氮能力。其工艺规范如下：工作电压10 ～14 V，相对运动速率6 ～ 12 m/min，电源极性正接。

(2) 高速酸铜。

高速酸铜镀液含甲基磺酸铜460 g/L，pH = 1.5，呈深蓝色，金属铜含量为116 g/L，密度1.28 g/cm3。该镀液有较高的沉积速率，主要用于大厚度快速恢复尺寸和填补凹槽。由于镀液的腐蚀性强，镀前应将邻近的非镀覆部位保护好。高速酸铜镀层平滑致密，硬度300 HB(比普通酸铜镀层硬)，容易机械加工。高速酸铜在大电流密度下镀覆时晶粒易变粗，应保证镀液的连续供给。该镀液不能直接用于钢(某些不锈钢除外)及个别贵金属上镀覆，镀前要用镍打底。在铜基体上镀覆高速酸铜时，应在通电前先用该镀液湿润被镀表面。其工艺规范如下：工作电压8 ～ 14 V，相对运动速率10 ～ 15 m/min，电源极性正接。

(3) 高堆积碱铜。

高堆积碱铜镀液由甲基磺酸321.5 g/L、乙二胺177.8 g/L、氯化钠1 g/L和碱式碳酸铜161.3 g/L组成，pH = 8.5 ～ 9.5，呈紫色，金属铜含量为82 g/L，密度1.28 g/cm3。镀液有较高的沉积速率，能获得厚镀层，镀层应力小，硬度250 HB。该镀液无腐蚀性，用途很广泛，主要用于镀覆尺寸层，特别推荐用于镉或锡零件上填补凹坑，也可用于印制电路板的修理。其工艺规范如下：工作电压8 ～ 14 V，相对运动速率8 ～12 m/min，电源极性正接。

2. 2. 1. 3 镀硬铬

电刷镀硬铬主要用于轴类工件的修复及大型液压支架的部分焊点修复，镀速快、污染小，可节约大批资金。淮北市钰涛工贸有限公司提供的镀液配方及工艺条件如下：铬酸酐200 ～ 300 g/L，三价铬1.0 ～ 1.2 g/L，氢氟酸10 ～ 15 g/L，添加剂20 ～ 30 mL/L，温度30 ～ 70 °C，相对运动速率8 ～ 20 m/min，电压8 ～ 15 V，电流60 ～ 200 A/dm2，阳极为石墨或铅合金，沉积速率8 ～ 10 μm/min，正向连接。

2. 2. 2 合金镀液

合金镀层是指含2种或2种以上金属的镀层。合金分机械混合、固溶体和金属化合物3种结构形式。合金镀层具有单一金属镀层所不能达到的性能，它比单一金属镀层更能满足人们对金属制品表面提出的高要求。合金镀层都具有一些优异的理化性能和力学性能，如抗腐蚀、耐高温，较高的硬度和耐磨性，优美的外观和较好的钎焊性。因此，它们被广泛用作防护、装饰、耐磨和其他功能性镀层。如镍-钨和镍-钴合金镀层，不但硬度高、耐磨损，而且耐高温，可作为轴承、活塞、气缸、模具等零件的防护工作层。

2. 2. 2. 1 镍-钨合金镀液

镍-钨合金镀液的配方为：硫酸镍436 g/L，钨酸钠25 g/L，乙酸20 mL/L，柠檬酸钠36 g/L，柠檬酸36 g/L，无水硫酸钠20 g/L，十二烷基硫酸钠0.01 g/L。工艺规范如下：工作电压10 ～ 15 V，相对运动速率4 ～ 12 m/min，电源极性正接。

该镀液呈绿色，pH = 2 ～ 3，其中含镍85 g/L、钨15%，性能很稳定。所得镀覆层的硬度高(750 HB)，抗磨损，主要用作耐磨件的工作层，厚度限制在0.03 ～ 0.07 mm范围内为最好。镍-钨合金镀层可作为其他镀层的覆盖层。对于较厚的镀层，可先镀一层酸性镍或低应力镍。它也可以与特殊镍交替镀覆，形成交叠镀层。操作时，每层镍-钨合金都要用油石或砂纸打磨光滑，经电净与1号活化液处理后再镀特殊镍。

2. 2. 2. 2 镍-钨(D)合金溶液

镍-钨(D)合金镀液的组成为：硫酸镍393.2 g/L，钨酸钠23 g/L，乙酸20 mL/L，柠檬酸42 g/L，硫酸钠6.5 g/L，十二烷基硫酸钠0.01 g/L，硼酸31 g/L，硫酸钴2 g/L，硫酸锰2 g/L，氯化镁2.8 g/L，甲酸35.2 g/L，氟化钠5 g/L，十二烷基硫酸钠0.010 ～ 0.001 g/L。工艺规范如下：工作电压10 ～ 14 V，相对运动速率8 ～ 14 m/min，电源极性正接。

该溶液呈深绿色，pH = 1.4 ～ 2.4，含镍80 g/L，可获得较厚的镀覆层。所得镀层有比镍-钨合金更优良的性能，硬度更高(55 HRC)，耐磨性更好，残余应力小。在高强度钢上镀覆时，氢脆性很小；在某些难镀金属上镀覆时，也都能获得较好的结合力。它主要用于各种零件上镀覆工作层。

2. 2. 2. 3 镍-铁合金镀液

由淮北市钰涛工贸有限公司提供的电刷镀镍-铁合金工艺的镀液组成及操作条件为：硫酸镍 250 ～280 g/L，硫酸亚铁320 ～ 360 g/L，苯亚磺酸钠0.6 g/L，丁二酸0.2 g/L，抗坏血酸1.5 g/L，硼酸30 g/L，光亮剂适量，工作电压6 ～ 8 V，pH 4 ～ 6，阳极为低碳钢板，阴阳极相对运动速率18 ～ 25 m/min，正向连接。该镀液主要用于修复工件，其镀层的耐蚀性、耐磨性、光亮度都很好，具有结合強度高、沉积速率快(6 ～ 8 μm/min)、硬度高、一次镀厚能力強等特点。

2. 3 钝化液

用于在铝、锌、镉等金属表面生成能提高表面耐蚀性的钝态氧化膜。电刷镀用钝化液的配方与普通电镀所用相近，受篇幅所限，不再赘述。

2. 4 退镀液

用于褪除镀件表面不合格或多余的铬、铜、铁、钴、镍、锌等镀层。电刷镀用退镀液的配方与普通电镀所用相近，在此也不介绍。

3 工艺条件对镀层的影响

3. 1 工作电压

工作电压是电刷镀工艺的一个重要参数。每种镀液都有适当的电压范围，但在刷镀时不能简单地取中间值，应根据阳极大小，阳极与零件的相对运动速率，镀液温度等具体情况来选择。通常起镀时电压低一些，2 ～ 3 min后升至较大值，当接近要求的厚度时，再把电压降低一些。

电刷镀中的电流不作为一个可调节的独立工艺参数，在刷镀过程中它不是定值，但对电流进行监测可以判断刷镀是否正常，阴阳极接触是否良好。

3. 2 相对运动速率

电刷镀时阳极与零件之间应保持一定的相时运动速率。速率太低，刷镀电流过大时，镀层会烧伤、多孔、粗糙、发脆；速率太高，电流效率会降低，甚至无镀层。若相对运动速率高于最佳值，可增大电压和电流；若低于最佳值，可降低电压和电流。当阳极固定而圆柱零件旋转时，阳极最佳相对运动速率与转速的关系按式(1)计算。

式中n为零件转速(r/min)，v为阴阳极最佳相对运动速率(m/min)，D为被镀表面的直径(mm)。

4 刷镀溶液耗用量的估算

为了掌控刷镀液的使用量，有必要对镀液耗用量进行事先估算。计算公式如下：

式中V为镀液用量(L)，A为需刷镀的面积(dm2)，δ为镀层厚度(μm)，d为镀覆金属的密度(g/cm3)，κ为镀液损耗系数(取1.5 ～ 2.0)，ρ为镀液中金属离子的质量浓度(g/L)。

5 注意事项

5. 1 定位基准的合理选择

为了保证零件的加工精度，必须有准确的定位基准。对于失效后需要修复的零件，由于使用中的耗损和加工设备的误差，必须合理选择定位基准，才能保证零件的加工精度。

轴类零件原加工基准多半是顶尖孔。在轴的使用过程中，有的顶尖孔被磨损或碰伤，有的由于轴的弯曲而失准。故在加工前，应先校正轴，然后修整顶尖孔。加工基准的选择要与原加工基准重合或选择加工精度高、误差小的地方作为定位基准。

在修复壳体零件时，要特别注意变形所引起的某些孔轴线的歪斜和相互位置关系的改变。这不但影响本身的精度，而且会影响零件的装配关系，易造成零件磨损加剧，影响总成的大修质量。

使用过程中，壳体零件的平面常常会发生翘曲变形。修复时若要用这种平面做基准，必须用关键轴心线为基准进行检查并加以修整。

5. 2 轴类零件的过渡圆角

机械中承受交变载荷的轴类零件，在形状和尺寸改变处，对应力集中很敏感。一般情况下，过渡圆角处的应力比正常大2 ～ 4倍。通常过渡圆角半径r有一定范围。在不妨碍装配的情况下，修复加工中应尽量取其上限。这是因为修复加工时，轴的疲劳强度已有所下降，而使用经验证明，r大会降低应力集中，提高疲劳强度，延长轴类零件的使用寿命。

5. 3 零件表面粗糙度的修复

表面粗糙度对零件的诸多性能有影响。首先影响零件的耐磨性。粗糙的表面会引起初始磨损，导致正常工作时初始间隙过大，从而导致零件的使用寿命大大缩短。表面粗糙度又会影响过盈配合的过盈量，过于粗糙的表面在过盈配合时易使凸点被压平，令实际过盈量减小。表面粗糙度还会影响零件的疲劳强度，尤其是优质高强度钢材，在交变载荷作用下对表面粗糙度更为敏感，因为材料强度越高，应力集中现象越严重。还有，表面粗糙度会影响零件的抗腐蚀性能，因为粗糙的表面容易粘附腐蚀性物质，加速零件的腐蚀。

5. 4 镀笔的使用与维护

在刷镀时，每一种溶液都必须有一支或几支专用镀笔。每支镀笔使用前都必须先在笔杆上贴上写有所用镀液名称的标签，不能混用，尤其是镀铜与镀镍的镀笔不能混用，以免镀液相互污染。

镀笔用完后要用清水冲洗干净，分别存放，不能混放。下一次使用镀笔前，应注意检查电缆线插孔处是否有锈蚀。若有锈蚀，要拆卸清理干净。

石墨阳极长时间使用后也会被腐蚀。用锉刀、刮刀等工具将表面腐蚀产物刮除后可继续使用。过度腐蚀就要报废。

阳极包套一旦磨穿就要及时更换。换下的棉花一般不能再用。较干净的棉花可用水冲洗，晒干后继续使用。

用过的镀笔若长时间不再使用，应分别拆下阳极、锁紧螺帽、导电杆和散热器，清理干净后分开保管，以备再用。

6 电刷镀的应用

6. 1 工艺流程

单一镀层：镀前处理→工件表面电净处理→水冲洗→保护非镀表面→工件表面活化处理→水冲洗→镀打底镀层→水冲洗→镀工作层→水冲洗→镀层处理(烘干、机械加工、抛光、上防锈油等)。

复合镀层：镀前处理→工件表面电净处理→水冲洗→保护非镀表面→工件表面活化处理→水冲洗→镀打底镀层→水冲洗→镀尺寸层→水冲洗→镀夹心层→水冲洗→镀工作层→水冲洗→镀层处理(烘干、机械加工、抛光、上防锈油等)。

实际操作中，根据不同情况和要求，可增加或减少工序，例如复合镀层有时要增加2 ～ 3次夹心层。

6. 2 操作内容和要求

6. 2. 1 零件表面的准备

零件表面的预处理是保证镀层与零件表面牢固结合的关键工序。零件表面应光滑平整，无油污、锈斑、氧化膜等。为此，先用钢丝刷、丙酮清洁，然后进行电净处理和活化处理。

6. 2. 2 镀打底层(过渡层)

为了进一步提高工作层与基体的结合力，选用特殊镍、碱铜等作为底层，厚度为2 ～ 5 μm，然后在其上镀覆所需的金属镀层(即工作层)。

6. 2. 3 镀工作层

电刷镀工作层的厚度(半径方向上)为0.3 ～ 0.5 mm。镀层厚度增加，内应力将加大，容易引起裂纹和使结合强度下降，乃至镀层脱落。但用于补偿零件磨损尺寸时需要较大厚度。此时要采用组合镀层，即在零件表面先镀打底层，再镀补偿尺寸的尺寸镀层。为避免因厚度过大而导致应力增加、晶粒粗大和沉积速率下降，在尺寸镀层间镀夹心镀层(不超过0.05 mm)，然后再镀工作层。

6. 3 应用场合

(1) 快速修复机械零部件的加工超差、磨损、凹坑及划伤，恢复磨损和超差零件的尺寸，使其满足公差要求。

(2) 模具的修理和防护，如表面刷镀镜面镀层，以满足防腐及表面光泽度的要求，提高模具使用性能，延长其寿命。

(3) 修复曲轴、油缸、柱塞、机体、导杆等大型和精密零件的局部磨损、擦伤、凹坑、腐蚀点等。

(4) 改善零件表面的冶金性能(如钎焊性)，零件局部防渗碳、防渗氮等。

(5) 改善轴承和配合面的过盈及配合性能，如增加过盈量，提高配合面的耐磨性及防腐性，镀后一般不再加工，镀层厚度可控制。

(6) 印制电路板的维修和保护，如插脚镀金、银等。

(7) 电气触点、接头和高压开关的维修和防护。

(8) 通常电镀难以完成的作业，如有缺陷的镀件修复，无法入槽的工件，已安装在设备上的工件，只需局部施镀的工件，部分深孔、盲孔等。

(9) 修补铸件沙眼和淬火裂纹，几乎看不出痕迹，而且由于在常温下施工，保证了基体不产生热变形和金相组织变化。

6. 4 实例

6. 4. 1 铝、铜母线排电刷镀铜、锡[3]

2013年，宁波市电镀专家鲍新华工程师为宁波某厂开发了铝、铜母线排电刷镀工艺，实现了新型电缆桥架铝、铜排刷镀锡(见图6)，真正达到了节能减排的效果。

图6 铜、铝排局部电刷镀锡现场及成品的照片Figure 6 Photos showing how to electro-brush plate tin locally on copper and aluminum busbars on site and the products

铝排长度有3 m、5 m、6 m等不同规格，要求头部10 cm刷锡。原来由省外电镀厂加工，铝、铜排都采用电镀锡工艺，存在设备投资大、废水产生量多、原材料消耗大的缺陷。2014年起实施刷镀锡工艺后，充分发挥了刷镀操作方便、生产稳定、工艺维护简单的优点，节约了大量的金属和化工材料，各方面资源消耗可下降80%左右。另外，原电镀锡工艺生产每吨铜排的用水量为6 ～ 7 t，现电刷锡工艺的用水量只是1 t左右，大量减少了废水的排放量。

铝排不用碱液除油，其电刷镀工艺流程为：一步法酸洗除油→清洗→碱蚀→清洗→活化→清洗→浸锌镍合金→清洗→双面刷底铜(或镍)→水冲洗→刷锡(或银、镍等)→水冲洗→干燥。

刷铜液由硫酸铜200 ～ 250 g/L和乙二胺125 ～ 135 g/L组成，pH 9 ～ 10，在吸风条件下配制。电刷镀铜在常温下操作，时间10 ～ 15 s。

刷锡液含硫酸亚锡50 ～ 60 g/L、硫酸130 ～ 140 g/L、稳定剂4 mL/L、光亮剂15 mL/L，常温下操作30 ～ 60 s，镀层厚度为1 ～ 3 μm。

铜排可直接刷锡，工艺流程如下：常温清洗剂除油→清洗→刷锡(常温，时间30 s，镀层厚度1 ～ 3 μm)或银、镍等→水冲洗→干燥。

铝排刷锡若出现结合力差，应在以下两方面加强控制：一是前处理除油，二是控制好浸锌镍液的氢氧化钠和镍、铁离子的含量。

刷笔采用不锈钢材质，刷镀布为不锈钢抛光专用电极布。

6. 4. 2 电容器导电接头电镀锡层的修补

电容器导电接头电镀锡层漏镀的刷镀修补工艺如下：

(1) 先用细铜丝把导电接头扎住，供阴极导电用。

(2) 将不镀部分涂上漆(上海造漆厂制造的G52-2过氯乙烯防腐漆)，自然干燥。

(3) 除油，水洗。

(4) 5 %硫酸活化，水洗。

(5) 用医用针筒灌装镀锡溶液(其中SnSO430 ～ 35 g/L)，把针头磨平(接阳极)，包上2层耐酸又吸水的布，用针头去刷镀需补锡的地方，直至镀上锡。

(6) 干燥，吹热风剥漆。

[1] 沈品华. 现代电镀手册(上册)[M]. 北京： 机械工业出版社，2010： 4-592-4-635.

[2] 李鸿年. 实用电镀工艺[M]. 北京： 国防工业出版社, 1990： 378.

[3] 我会专家工作委员会委员鲍新华专家为象山某厂开发铝、铜毋线排电刷工艺获成功[J]. 宁波电镀, 2015, 10 (5)： 15.

[ 编辑：温靖邦 ]

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，浙江绍兴人，宁波市电镀行业协会高级工程师，专家工作委员会委员，主要从事电镀工艺与添加剂研发。

作者联系方式：(E-mail) nbeaw@126.com。