CN104032340B - 金属零部件电刷镀系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属零部件电刷镀系统及方法。该系统包括运动控制装置、镀槽，设于支架上的运动控制装置上安装有镀笔，镀笔包括阳极构件，阳极构件上设有阳极板、刷毛，镀件置于镀槽内，受运动控制装置的控制，朝向镀件的被镀面设置的刷毛与镀件的被镀面之间作相对摩擦运动，在相对摩擦运动过程中，镀件的被镀面与阳极构件的阳极板相对。该方法包括步骤：安装镀笔和镀件；电净；强活化；弱活化；电刷镀。本发明改善了液相传质过程，提升了镀液的极限电沉积电流密度，加快了电沉积速度，有效避免了镀层产生针孔、麻点、结瘤等缺陷，提高了镀层的质量，且与传统的电刷镀技术相比，本发明省去了打底工序，简化了电刷镀过程。

Description

金属零部件电刷镀系统及方法

技术领域

本发明涉及一种对金属零部件表面进行电刷镀的装置和方法，属于电刷镀领域。

背景技术

电刷镀最初是电镀工人用来修补槽镀零件缺陷的一种方法，它是用一块棉花将阳极包裹起来，蘸上槽镀液，在零件缺陷处擦抹。而随着科技的发展，电刷镀技术已经逐步发展成为一项独特的新技术，它是一种先进的表面工程和装备再制造技术，具有镀覆速度快、镀层种类多、结合强度高、环境污染小、省水省电等优点，所涉及的领域越来越广。

目前，越来越多的产业（例如再制造产业）对电刷镀技术提出了更高的要求，但是，已有的电刷镀技术还存在许多缺陷，无法满足这些产业所提出的要求。已有的电刷镀技术所存在的缺陷有：第一，大多产业采用人工完成电刷镀作业，自动化程度低，工作效率不高，操作人员劳动强度大，无法保证镀层质量；第二，镀笔（阳极）采用石墨或棉花包套制作，这种镀笔耐磨性差、使用寿命短，且各工序间需要频繁更换镀笔，无法保证镀层质量；第三，电刷镀镀液中的金属离子不能自动补充，镀液不能循环使用，存在严重的镀液浪费问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属零部件电刷镀系统及方法，该金属零部件电刷镀系统及方法可加快电沉积速度，避免镀层产生针孔、麻点、结瘤等缺陷，提高镀层质量。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种金属零部件电刷镀系统，其特征在于：它包括运动控制装置、镀槽，其中：该运动控制装置设于支架上，该运动控制装置上安装有镀笔，该镀笔包括阳极构件，该阳极构件上设有阳极板、刷毛，镀件经由该镀槽内设置的工件定位装置而置于该镀槽内，受该运动控制装置的控制，朝向该镀件的被镀面设置的该刷毛与该镀件的被镀面之间作相对摩擦运动，在进行相对摩擦运动的过程中，该镀件的被镀面与该阳极构件的阳极板相对，该镀件与直流电源的负极连接，该阳极板与该直流电源的正极连接。

所述运动控制装置包括控制所述镀笔进行旋转运动的电机，该电机与控制系统连接，该电机的输出轴垂直向下设置，该输出轴上设有夹具，所述镀笔顶部设置的安装杆固定夹设在该夹具中，使所述镀笔呈悬挂固定状态。

所述镀笔为外圆类零部件镀笔，所述镀件为外圆类零部件，该外圆类零部件镀笔包括所述阳极构件，所述阳极构件为下开口的中空圆筒结构，所述阳极构件的内壁上设有所述阳极板、至少一组所述刷毛，每组所述刷毛呈长条状，所述刷毛朝向置于所述阳极构件中空腔内的该外圆类零部件的被镀面，受所述电机的控制，旋转的所述阳极构件上的所述刷毛与该外圆类零部件的被镀面之间作相对摩擦运动，在进行相对摩擦运动的过程中，该外圆类零部件的被镀面与所述阳极构件内壁上的所述阳极板相对。

所述镀笔为内孔类零部件镀笔，所述镀件为内孔类零部件，该内孔类零部件镀笔包括所述阳极构件，所述阳极构件为圆筒结构，所述阳极构件的外壁上设有所述阳极板、至少一组所述刷毛，每组所述刷毛呈长条状，所述刷毛朝向套设在所述阳极构件上的该内孔类零部件的被镀面，受所述电机的控制，旋转的所述阳极构件上的所述刷毛与该内孔类零部件的被镀面之间作相对摩擦运动，在进行相对摩擦运动的过程中，该内孔类零部件的被镀面与所述阳极构件外壁上的所述阳极板相对。

所述镀笔为平面类零部件镀笔，所述镀件为平面类零部件，该平面类零部件镀笔包括所述阳极构件，所述阳极构件为平板结构，所述阳极构件的底面上设有所述阳极板、至少一组所述刷毛，每组所述刷毛呈长条状，所述刷毛朝向置于所述阳极构件下面的该平面类零部件的被镀面，受所述电机的控制，旋转的所述阳极构件上的所述刷毛与该平面类零部件的被镀面之间作相对摩擦运动，在进行相对摩擦运动的过程中，该平面类零部件的被镀面与所述阳极构件底面上的所述阳极板相对。

所述运动控制装置还包括控制所述平面类零部件镀笔进行往复直线或平面运动的驱动装置。

所述金属零部件电刷镀系统包括用液供给分配装置，该用液供给分配装置包括多个用液供给槽，该多个用液供给槽内分别盛装有不同的电刷镀用溶液，各个该用液供给槽的输出口分别经由一个蠕动泵与所述镀槽的输液口连通，所述镀槽的排液口经由分配电机的控制与相应的一个该用液供给槽的回流口连通，各个该用液供给槽的回流口处安装有过滤芯。

所述镀件的被镀面与所述阳极板之间的距离介于45mm～55mm之间，进行相对摩擦运动的所述刷毛与所述镀件的被镀面之间相接触的过盈量在2毫米～3毫米之间。

一种基于所述的金属零部件电刷镀系统实现的金属零部件电刷镀方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤一：安装好所述镀笔和所述镀件；

步骤二：电净：向所述镀槽内注入电净液，开启所述直流电源和所述运动控制装置，所述镀件的被镀面与所述刷毛之间作相对摩擦运动，在电净过程中，阴极电流密度在1～100A/dm²之间，到达设定电净时间后，关闭所述直流电源和所述运动控制装置，将该电净液排出，然后进行至少两次的清水冲洗；

步骤三：强活化：向所述镀槽内注入强活化液，开启所述直流电源和所述运动控制装置，所述镀件的被镀面与所述刷毛之间作相对摩擦运动，在强活化过程中，阴极电流密度在1～200A/dm²之间，到达设定强活化时间后，关闭所述直流电源和所述运动控制装置，将该强活化液排出，然后进行至少两次的清水冲洗；

步骤四：弱活化：向所述镀槽内注入弱活化液，开启所述直流电源和所述运动控制装置，所述镀件的被镀面与所述刷毛之间作相对摩擦运动，在弱活化过程中，阴极电流密度在1～100A/dm²之间，到达设定弱活化时间后，关闭所述直流电源和所述运动控制装置，将该弱活化液排出，然后进行至少两次的清水冲洗；

步骤五：电刷镀：向所述镀槽内注入镀液，开启所述直流电源和所述运动控制装置，所述镀件的被镀面与所述刷毛之间作相对摩擦运动，在电刷镀过程中，相对于所述镀件的被镀面，所述刷毛的相对运动速度控制在10～20m/min之间，阴极电流密度在10～25A/dm²之间，到达设定电刷镀时间后，关闭所述直流电源和所述运动控制装置，将该镀液排出，然后进行至少两次的清水冲洗。

当所述阳极板为可溶性镍板，所述镀液由硫酸镍、硼酸、氯化镍和水组成，其中，硫酸镍的含量为260～300g/L，硼酸的含量为41～50g/L，氯化镍的含量为60～80g/L。

本发明的优点是：

本发明系统改善了电刷镀过程中的液相传质过程，有效提升了镀液的极限电沉积电流密度和允许使用电流密度的上限，加快了电沉积速度，清除了表面杂质，抑制了氢气渗入镀层，有效避免了镀层产生针孔、麻点、结瘤等缺陷，提高了镀层的质量。

本发明方法简化了电刷镀过程，与传统的电刷镀技术相比，本发明方法省去了打底工序，有利于节约资源，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明电刷镀系统第一实施例的组成示意图；

图2是本发明电刷镀系统第一实施例的工作状态示意图；

图3是本发明电刷镀系统第二实施例的组成示意图；

图4是本发明电刷镀系统第二实施例的工作状态示意图；

图5是本发明电刷镀系统第三实施例的组成及工作状态示意图；

图6是从图1中A方向看去，镀笔的结构示意图；

图7是从图3中B方向看去，镀笔的结构示意图；

图8是从图5中C方向看去，镀笔的结构示意图。

具体实施方式

如图，本发明金属零部件电刷镀系统包括运动控制装置、镀槽70，其中：该运动控制装置设于支架上，该支架可包括竖支架11和可在该竖支架11上进行上下垂直移动的横梁12，该运动控制装置上安装有镀笔，该镀笔包括阳极构件，该阳极构件上设有阳极板、刷毛，镀件经由该镀槽70内设置的工件定位装置而置于该镀槽70内，受该运动控制装置的控制，朝向该镀件的被镀面设置的该刷毛与该镀件的被镀面之间作相对摩擦运动，在进行相对摩擦运动的过程中，该镀件的被镀面与该阳极构件的阳极板相对，该镀件与直流电源10的负极连接，该阳极板与该直流电源10的正极连接。

在本发明中，通过更换镀笔，可对各种类的金属零部件进行电刷镀作业，例如，外圆类零部件镀笔可实现对外圆类金属零部件的电刷镀，内孔类零部件镀笔可实现对内孔类金属零部件的电刷镀，平面类零部件镀笔可实现对平面类金属零部件的电刷镀，其中：外圆类零部件镀笔、内孔类零部件镀笔采用旋转运动方式进行电刷镀，而平面类零部件镀笔不仅可采用旋转运动方式，还可根据电刷镀需求，采用往复直线或平面运动方式来进行电刷镀。

如图1至图5，该运动控制装置可包括控制镀笔（包括外圆类零部件镀笔20、内孔类零部件镀笔30、平面类零部件镀笔40）进行旋转运动的电机13，该电机13与控制系统（图中未示出）连接，该电机13的输出轴垂直向下设置，该输出轴上设有夹具14，镀笔顶部设置的安装杆固定夹设在该夹具14中，使镀笔呈悬挂固定状态。另外，该运动控制装置还可包括控制平面类零部件镀笔40进行往复直线或平面运动的驱动装置（图中未示出）。

如图1和图2，当镀笔为外圆类零部件镀笔20时，镀件为外圆类零部件61，外圆类零部件61例如为发动机活塞销等类似金属零部件，外圆类零部件61经由工件定位销25置于镀槽70内，外圆类零部件61与直流电源10的负极连接。该外圆类零部件镀笔20通过其顶部的安装杆21固定夹设在夹具14中，呈悬挂固定状态，该外圆类零部件镀笔20包括由不导电、变形小的电木材料制成的阳极构件22，阳极构件22为下开口的中空圆筒结构，阳极构件22的内壁上设有阳极板24、至少一组刷毛23，每组刷毛23呈长条状，如图6所示，该阳极板24与直流电源10的正极连接，刷毛23朝向置于阳极构件22中空腔内的该外圆类零部件61的被镀面（即外圆类零部件61的外侧壁），受电机13的控制，旋转的阳极构件22上的刷毛23与该外圆类零部件61的被镀面之间作相对摩擦运动，在进行相对摩擦运动的过程中，该外圆类零部件61的被镀面与阳极构件22内壁上的阳极板24相对。

对于外圆类零部件镀笔20，呈中空圆筒状的阳极构件22的内壁上可均布多个阳极板24，同样地，呈中空圆筒状的阳极构件22的内壁上可均布多组刷毛23，如图6，图中示出的阳极构件22的内壁上均布有6个阳极板24，且布设有2组刷毛23，两组刷毛23以阳极构件22的中心轴对称设置。

如图3和图4，当镀笔为内孔类零部件镀笔30时，镀件为内孔类零部件62，内孔类零部件62例如为发动机连杆大头孔、缸孔等类似金属零部件，内孔类零部件62经由工件定位销35置于镀槽70内，内孔类零部件62与直流电源10的负极连接。该内孔类零部件镀笔30通过其顶部的安装杆31固定夹设在夹具14中，呈悬挂固定状态，该内孔类零部件镀笔30包括由不导电、变形小的电木材料制成的阳极构件32，阳极构件32为圆筒结构，阳极构件32的外壁上设有阳极板34、至少一组刷毛33，每组刷毛33呈长条状，如图7所示，该阳极板34与直流电源10的正极连接，刷毛33朝向套设在阳极构件32上的该内孔类零部件62的被镀面（即内孔类零部件62的内孔孔壁），受电机13的控制，旋转的阳极构件32上的刷毛33与该内孔类零部件62的被镀面之间作相对摩擦运动，在进行相对摩擦运动的过程中，该内孔类零部件62的被镀面与阳极构件32外壁上的阳极板34相对。

对于内孔类零部件镀笔30，呈圆筒状的阳极构件32的外壁上可均布多个阳极板34，同样地，呈圆筒状的阳极构件32的内壁上可均布多组刷毛33，如图7，图中示出的阳极构件32的外壁上均布有6个阳极板34，且布设有2组刷毛33，两组刷毛33以阳极构件32的中心轴对称设置。

如图5，当镀笔为平面类零部件镀笔40时，镀件为平面类零部件63，平面类零部件63例如为发动机缸盖等类似金属零部件，平面类零部件63经由工件定位板45置于镀槽70内，平面类零部件63与直流电源10的负极连接。该平面类零部件镀笔40通过其顶部的安装杆41固定夹设在夹具14中，呈悬挂固定状态，该平面类零部件镀笔40包括由不导电、变形小的电木材料制成的阳极构件42，阳极构件42为平板结构，阳极构件42的底面上设有阳极板44、至少一组刷毛43，每组刷毛43呈长条状，如图8所示，该阳极板44与直流电源10的正极连接，刷毛43朝向置于阳极构件42下面的该平面类零部件63的被镀面（即平面类零部件63的上平面），受电机13的控制，旋转的阳极构件42上的刷毛43与该平面类零部件63的被镀面之间作相对摩擦运动，在进行相对摩擦运动的过程中，该平面类零部件63的被镀面与阳极构件42底面上的阳极板44相对。另外，阳极构件42还可受驱动装置的控制进行往复直线或平面运动，同样地，往复直线或平面运动的阳极构件42上的刷毛43与该平面类零部件63的被镀面之间作相对摩擦运动。

对于平面类零部件镀笔40，呈平板状的阳极构件42的底面上可均布多个阳极板44，同样地，呈平板状的阳极构件42的底面上可均布多组刷毛43，如图8，图中示出的阳极构件42的底面上均布有4个阳极板44，且布设有2组刷毛43，两组刷毛43以阳极构件42的中心轴对称设置。

需要说明的是，在实际使用时，毛刷、镀件、阳极板均要处于镀槽70内盛放的镀液中。对于上述各种镀笔而言，较佳地，应保证在电刷镀的整个过程中，镀件的被镀面总与阳极板相对，以保证电沉积电流密度的相对均匀性，确保镀件的电刷镀质量。而较佳地，阳极板与镀件的被镀面应平行相对。

需要提及的是，对于镀件的某块被镀面，在整个电刷镀过程中，其并不是一直与刷毛间进行相对摩擦运动，这样的设计是为了保证正常电沉积的进行，保证镀层表面质量不会被损坏。

在实际设计中，阳极板的材质应根据镀件要电刷镀的镀层种类和材质来决定，例如，电刷镀单金属镍镀层，则阳极板可选用可溶性镍板。而镀液也应根据电刷镀的镀层种类和性质而选定其镀液成分。

在实际设计中，较佳地，镀件的被镀面与阳极板之间的距离应介于45mm～55mm之间，这样的距离设计有利于提高电刷镀效果，保证电刷镀质量，而进行相对摩擦运动的刷毛与镀件的被镀面之间相接触的过盈量应在2毫米～3毫米之间，以使刷毛可以紧贴在被镀面上进行摩擦运动，起到互相摩擦与扰动的作用，而刷毛又不会对镀件的被镀面产生负面影响。若过盈量小于2毫米，则起不到很好的相互摩擦作用，若过盈量大于3毫米，则刷毛易由于摩擦加剧而缩短使用寿命，又会对被镀面产生大面积的覆盖和屏蔽，使镀层沉积质量和沉积效率降低。

在实际设计中，刷毛可固定在刷柄上，刷毛为柔性材料，可为动物毛（如猪鬃、马鬃等）或人造柔性材料（如PA、PP材料等）或天然纤维（如山棕等）制成。一组刷毛应具有一定的宽度和厚度，长度视电刷镀要求而定，其长度一般略大于被镀面的长度，并且，刷毛要求不导电，耐酸碱腐蚀，具有一定的强度和塑性，具有较高的耐磨性和耐热性。

在本发明中，镀槽70、镀笔应根据实际电刷镀的金属零部件的尺寸来相应合理设计尺寸大小。镀槽70可选择不导电、耐腐蚀的聚四氟乙烯等材料制作。另外，镀槽70内还可设有保持镀液恒温的装置。

如图，本发明金属零部件电刷镀系统还可包括用液供给分配装置，该用液供给分配装置包括多个用液供给槽51，该多个用液供给槽51内分别盛装有不同的电刷镀用溶液，例如，如图1，设置5个用液供给槽51，各个用液供给槽51分别盛装着清水、电净液、强活化液、弱活化液、镀液。各个该用液供给槽51的输出口分别经由一个蠕动泵52通过输液管道55与镀槽70的输液口连通，镀槽70的排液口经由分配电机53的控制通过排液管道54与相应的一个该用液供给槽51的回流口连通，各个该用液供给槽51的回流口处安装有过滤芯（图中未示出），蠕动泵52、分配电机53与控制系统连接。一方面，用液供给分配装置的设计可以循环过滤使用各种电刷镀用溶液（清水、电净液、强活化液、弱活化液、镀液），大量节省了各种电刷镀用溶液的用量，另一方面，用液供给分配装置的设计提高了电刷镀作业的自动化程度，有利于保证镀液理化指标的稳定，有利于保证电刷镀作业的顺利进行。

基于上述本发明金属零部件电刷镀系统，本发明还提出了一种金属零部件电刷镀方法，它包括如下步骤：

步骤一：安装好镀笔和镀件；

步骤二：电净：向镀槽70内注入电净液，开启直流电源10和运动控制装置，镀件的被镀面与刷毛之间作相对摩擦运动，在电净过程中，阴极电流密度在1～100A/dm²之间，到达设定电净时间后，关闭直流电源10和运动控制装置，将该电净液排出，然后进行至少两次的清水冲洗；

步骤三：强活化：向镀槽70内注入强活化液，开启直流电源10和运动控制装置，镀件的被镀面与刷毛之间作相对摩擦运动，在强活化过程中，阴极电流密度在1～200A/dm²之间，到达设定强活化时间后，关闭直流电源10和运动控制装置，将该强活化液排出，然后进行至少两次的清水冲洗；

步骤四：弱活化：向镀槽70内注入弱活化液，开启直流电源10和运动控制装置，镀件的被镀面与刷毛之间作相对摩擦运动，在弱活化过程中，阴极电流密度在1～100A/dm²之间，到达设定弱活化时间后，关闭直流电源10和运动控制装置，将该弱活化液排出，然后进行至少两次的清水冲洗；

步骤五：电刷镀：向镀槽70内注入镀液，开启直流电源10和运动控制装置，镀件的被镀面与刷毛之间作相对摩擦运动，在电刷镀过程中，相对于镀件的被镀面，刷毛的相对运动速度控制在10～20m/min之间，阴极电流密度在10～25A/dm²之间，以保证较快的沉积速度以及能够得到质量较高的镀层，到达设定电刷镀时间（设定电刷镀时间可根据使用的电流密度和镀层厚度要求来确定）后，关闭直流电源10和运动控制装置，将该镀液排出，然后进行至少两次的清水冲洗。

而后取出镀件进行干燥，即可得到满足所需机械性能的金属零部件。

对于图1所示的本发明系统，将外圆类零部件镀笔20安装好，将外圆类零部件61经由工件定位销25固定好，通过上下垂直移动横梁12，使该外圆类零部件61置于阳极构件22中空腔内，该外圆类零部件61的被镀面与阳极构件22上的刷毛23紧贴，外圆类零部件61的被镀面与阳极构件22内壁上的阳极板24保持相对，最好是平行相对，如图2所示。然后即可依次进行电净、强活化、弱活化、电刷镀作业，其中：外圆类零部件镀笔20采用旋转运动方式。

对于图3所示的本发明系统，将内孔类零部件镀笔30安装好，将内孔类零部件62经由工件定位销35固定好，通过上下垂直移动横梁12，使该内孔类零部件62套设在阳极构件32外，该内孔类零部件62的被镀面与阳极构件32上的刷毛33紧贴，内孔类零部件62的被镀面与阳极构件32外壁上的阳极板34保持相对，最好是平行相对，如图4所示。然后即可依次进行电净、强活化、弱活化、电刷镀作业，其中：内孔类零部件镀笔30采用旋转运动方式。

对于图5所示的本发明系统，将平面类零部件镀笔40安装好，将平面类零部件63经由工件定位板45固定好，通过上下垂直移动横梁12，使阳极构件42置于该平面类零部件63之上，该平面类零部件63的被镀面与阳极构件42上的刷毛43紧贴，平面类零部件63的被镀面与阳极构件42底面上的阳极板44保持相对，最好是平行相对，如图5所示。然后即可依次进行电净、强活化、弱活化、电刷镀作业，其中：平面类零部件镀笔40可采用旋转或往复直线或往复平面运动方式。

在本发明方法中，电净液、强活化液、弱活化液均为公知溶液，电净、强活化、弱活化作业均为公知处理技术，不在这里详述。

在电刷镀作业中，镀件（阴极）与阳极板（阳极）在外加电流的作用下，分别与镀液发生相应的化学/电化学反应，使金属离子在镀件的被镀面上发生电沉积作用。镀笔在镀液中的移动以及刷毛与镀件之间的相对摩擦运动起到了强烈搅拌镀液的作用，压缩了离子匮乏层（扩散层），从而提高了镀液的极限电沉积电流密度和允许使用电流密度的上限，进而加快了电刷镀速度。而刷毛与镀件之间的相对摩擦运动可对镀件上形成的镀层产生摩擦和扰动作用，从而可有效去除电沉积过程中镀层上吸附的杂质和氢气泡，从而避免镀层产生针孔、麻点、结瘤等现象。此外，刷毛与镀件之间的相对摩擦运动还可细化晶粒大小，改善镀层各个晶面生长速率，抑制枝晶生长，促使晶体平行于基体生长的趋势增加，使镀层组织结构变得平整致密，从而提高镀层的质量和机械性能。

在本发明中，当阳极板选用可溶性镍板时，镀液可采用以下配方：镀液由硫酸镍、硼酸、氯化镍和水组成，其中，硫酸镍的含量为260～300g/L，硼酸的含量为41～50g/L，氯化镍的含量为60～80g/L。

在该镀液中，硫酸镍为主盐，起着供给Ni²⁺的作用。硼酸为缓冲剂，起着稳定镀液pH值的作用。氯化镍中的氯离子是一种阳极活化剂，作用是防止阳极钝化，促进阳极溶解，保证镀液中镍离子的正常补充。镀液中氯离子含量过低，阳极容易钝化，致使镀液中镍离子的含量下降，氯离子含量过高则会使阳极过腐蚀，容易造成镀层毛刺，而且还会增加镀层的内应力，从而影响镀层的质量。大量研究表明，当阴阳极比为1:1时，镀液中氯化镍的含量为40～50g/L为最佳。但采用本发明电刷镀系统对金属零部件进行电刷镀时，阴阳极面积比往往过大，一般为2:1～5:1，因此需要根据基体比例值来确定镀液中氯化镍的添加量。研究得出：当阴阳极面积比为2:1时，氯化镍的含量优选为60g/L；当阴阳极的面积比为3:1时，氯化镍的含量优选为60～70g/L；当阴阳极的面积比大于4:1时，氯化镍的含量优选为70～80g/L。

为了充分利用镀液中的金属离子，本发明采用了可溶性镍板（镍阳极），并采用刷毛摩擦镀层表面，镀笔浸泡在镀液中进行刷镀，刷毛在镀层表面有摩擦搅拌的作用，可以起到整平剂、润湿剂和光亮剂的作用，因此镀液中不含整平剂、润湿剂和光亮剂等任何添加剂，就能得到光亮、平整的镀层。

由于采用较高的电流密度（大于12A/dm²）进行自动化电刷镀镍时，阴极析出氢气较为严重，因此，本发明的镀液中含有较高含量的缓冲剂硼酸，较高含量的硼酸能够维持镀液的pH值在正常的工艺范围内，从而保证较高的电沉积速度，因而可以缩短零部件修复再制造时间，提高生产效率。

以下通过实施例对镀液做进一步说明。

实施例1

采用硫酸镍280g/L，硼酸43g/L，氯化镍80g/L的镀液配方，在电流密度为14A/dm²，阴阳极面积比约为2:1时，镀液温度为50℃的工艺条件下，进行连杆自动化电刷镀，并与传统手工刷镀对比。对比情况如表1所示。

表1自动化刷镀与手工刷镀的情况对比

结合表1中的数据可以看出，采用该镀液进行自动化电刷镀相对于传统的手工刷镀，刷镀效率高，镀液在使用过程中不用添加任何添加剂，长期使用后分析镀液中镍离子含量基本没有变化，镀液可以长期循环使用。

通过该镀液制备的自动化电刷镀镍镀层表面平整光亮，表面粗糙度由手工刷镀的3～5μm降低到小于0.4μm，采用热震、偏磨等试验，镀层均无起皮、脱落等现象，同时采用高分辨透射电镜对镀层/基体结合部位进行观察，发现镀层/基体为原子结合，因而镀层具有很高的结合强度。

实施例2

采用硫酸镍300g/L，硼酸45g/L，氯化镍60g/L的镀液配方，在电流密度为16A/dm²，阴阳极面积比为4:1时，镀液温度为50℃的工艺条件下，对废旧发动机缸体行动自进化电刷镀再制造（修复），再制造1台缸体平均需耗时2.5h，消耗200～300g金属，耗电8.5KW，再制造综合成本450元/台（详见表2），不仅解决了缸体类零件一直无法再制造的难题，而且创造了巨大的经济和社会效益。

表2采用设备再制造斯太尔发动机缸体与生产新缸体情况对比

与生产新斯太尔发动机缸体相比，采用该镀液再制造废旧发动机缸体，材料消耗和制造工序大幅度减少，成品率提高了3%，生产成本降低了90%，利润率提高了10倍。

同时，采用该镀液再制造后的缸体表面平整光亮，表面粗糙度小于0.4μm，采用热震、偏磨等试验，镀层均无起皮、脱落等现象，同时采用高分辨透射电镜对镀层/基体结合部位进行观察，发现镀层/基体为原子结合，因而镀层具有很高的结合强度。

在本发明方法中，镀件与镀液之间发生的化学/电化学反应、阳极板与镀液之间发生的化学/电化学反应均为本领域的熟知技术，不在这里详述。

本发明具有如下优点：

1、通过更换镀笔，本发明可对各个种类的金属零部件进行电刷镀作业，如外圆类零部件镀笔可实现对外圆类金属零部件的电刷镀，内孔类零部件镀笔可实现对内孔类金属零部件的电刷镀，平面类零部件镀笔可实现对平面类金属零部件的电刷镀，其中：外圆类零部件镀笔、内孔类零部件镀笔采用旋转运动方式进行电刷镀，而平面类零部件镀笔不仅可采用旋转运动方式，还可根据电刷镀需求，采用往复直线或平面运动方式来进行电刷镀。并且，本发明适用于对各个种类的金属零部件电刷镀各种镀层，如单金属（如镍、铜、锌等）镀层、合金（如Ni-Co、Cu-Zn、Zn-Ni等）镀层、纳米复合镀层等。

2、通过刷毛与镀件间的相对摩擦运动，本发明改善了液相传质过程，有效提升了镀液的极限电沉积电流密度和允许使用电流密度的上限，加快了电沉积速度，清除了表面杂质，抑制了氢气渗入镀层，有效避免了镀层产生针孔、麻点、结瘤等缺陷，提高了镀层的质量。

3、本发明系统有效降低了操作工人的劳动强度，提升了电刷镀的稳定性。本发明不仅适用于对新工件进行强化，还适用于对磨损、腐蚀、变形的工件进行修复和再制造。

4、通过本发明的用液供给分配装置，清水、电净液、强活化液、弱活化液、镀液均可循环过滤使用，大量节省了各种电刷镀用溶液，且用液供给分配装置有利于保证镀液理化指标的稳定和电刷镀作业的顺利进行。

5、本发明系统中的阳极为可溶性阳极，该可溶性阳极易于清洗，使用寿命长，可在电刷镀的多道工序中一直使用。

6、本发明方法简化了电刷镀过程，与传统的电刷镀技术相比，本发明方法省去了打底工序，有利于节约资源，降低生产成本。

7、当阳极板选用镍板时，本发明使用了改进的镀液，该镀液具有如下优点：该镀液成分简单，在使用过程中不用添加任何添加剂，稳定可靠，易于维护，镀液废水容易处理；该镀液适用温度范围宽，抗杂质污染能力强，采用该镀液得到的镀层外观光洁度好，表面粗糙度低，镀层结合强度高；该镀液在保证能得到性能优异的镀层的前提下，可以适用于尽可能高的电流密度，提高沉积速度，缩短修复再制造时间；该镀液中镍离子含量可长期维持在工艺范围内，因而可以循环利用，并降低成本。

8、在本发明中，还可对镀液的温度进行控制，以保证较高质量的电刷镀结果。并且，本发明的敞口式镀槽的设计有利于避免因相对摩擦运动放热所导致镀液温升过快的现象发生。

9、本发明自动化程度高，有效降低了操作工人的劳动强度，降低了生产成本，并保证镀层质量的稳定性。并且，本发明进行的电刷镀作业不会影响镀层的纯度，不会改变镀层的脆性，可使镀层与镀件基体保持良好的结合力。

上述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金属零部件电刷镀系统，其特征在于：它包括运动控制装置、镀槽，其中：该运动控制装置设于支架上，该运动控制装置上安装有镀笔，该镀笔包括电木材料制成的阳极构件，该阳极构件上设有阳极板、刷毛，镀件经由该镀槽内设置的工件定位装置而置于该镀槽内，受该运动控制装置的控制，朝向该镀件的被镀面设置的该刷毛与该镀件的被镀面之间作相对摩擦运动，在进行相对摩擦运动的过程中，该镀件的被镀面与该阳极构件的阳极板相对，且该镀件的某块被镀面在整个电刷镀过程中不是一直与该刷毛进行相对摩擦运动，该镀件与直流电源的负极连接，该阳极板与该直流电源的正极连接；镀件的被镀面与阳极板之间的距离介于45mm～55mm之间，进行相对摩擦运动的刷毛与镀件的被镀面之间相接触的过盈量在2毫米～3毫米之间。

2.如权利要求1所述的金属零部件电刷镀系统，其特征在于：

所述运动控制装置包括控制所述镀笔进行旋转运动的电机，该电机与控制系统连接，该电机的输出轴垂直向下设置，该输出轴上设有夹具，所述镀笔顶部设置的安装杆固定夹设在该夹具中，使所述镀笔呈悬挂固定状态。

3.如权利要求2所述的金属零部件电刷镀系统，其特征在于：

所述镀笔为外圆类零部件镀笔，所述镀件为外圆类零部件，该外圆类零部件镀笔包括所述阳极构件，所述阳极构件为下开口的中空圆筒结构，所述阳极构件的内壁上设有所述阳极板、至少一组所述刷毛，每组所述刷毛呈长条状，所述刷毛朝向置于所述阳极构件中空腔内的该外圆类零部件的被镀面，受所述电机的控制，旋转的所述阳极构件上的所述刷毛与该外圆类零部件的被镀面之间作相对摩擦运动，在进行相对摩擦运动的过程中，该外圆类零部件的被镀面与所述阳极构件内壁上的所述阳极板相对。

4.如权利要求2所述的金属零部件电刷镀系统，其特征在于：

所述镀笔为内孔类零部件镀笔，所述镀件为内孔类零部件，该内孔类零部件镀笔包括所述阳极构件，所述阳极构件为圆筒结构，所述阳极构件的外壁上设有所述阳极板、至少一组所述刷毛，每组所述刷毛呈长条状，所述刷毛朝向套设在所述阳极构件上的该内孔类零部件的被镀面，受所述电机的控制，旋转的所述阳极构件上的所述刷毛与该内孔类零部件的被镀面之间作相对摩擦运动，在进行相对摩擦运动的过程中，该内孔类零部件的被镀面与所述阳极构件外壁上的所述阳极板相对。

5.如权利要求2所述的金属零部件电刷镀系统，其特征在于：

所述镀笔为平面类零部件镀笔，所述镀件为平面类零部件，该平面类零部件镀笔包括所述阳极构件，所述阳极构件为平板结构，所述阳极构件的底面上设有所述阳极板、至少一组所述刷毛，每组所述刷毛呈长条状，所述刷毛朝向置于所述阳极构件下面的该平面类零部件的被镀面，受所述电机的控制，旋转的所述阳极构件上的所述刷毛与该平面类零部件的被镀面之间作相对摩擦运动，在进行相对摩擦运动的过程中，该平面类零部件的被镀面与所述阳极构件底面上的所述阳极板相对。

6.如权利要求5所述的金属零部件电刷镀系统，其特征在于：

所述运动控制装置包括控制所述平面类零部件镀笔进行往复直线或平面运动的驱动装置。

7.如权利要求1至6中任一项所述的金属零部件电刷镀系统，其特征在于：

所述金属零部件电刷镀系统包括用液供给分配装置，该用液供给分配装置包括多个用液供给槽，该多个用液供给槽内分别盛装有不同的电刷镀用溶液，各个该用液供给槽的输出口分别经由一个蠕动泵与所述镀槽的输液口连通，所述镀槽的排液口经由分配电机的控制与相应的一个该用液供给槽的回流口连通，各个该用液供给槽的回流口处安装有过滤芯。

8.一种基于权利要求1至7中任一项所述的金属零部件电刷镀系统实现的金属零部件电刷镀方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤一：安装好所述镀笔和所述镀件；

步骤二：电净：向所述镀槽内注入电净液，开启所述直流电源和所述运动控制装置，所述镀件的被镀面与所述刷毛之间作相对摩擦运动，在电净过程中，阴极电流密度在1～100A/dm²之间，到达设定电净时间后，关闭所述直流电源和所述运动控制装置，将该电净液排出，然后进行至少两次的清水冲洗；

步骤三：强活化：向所述镀槽内注入强活化液，开启所述直流电源和所述运动控制装置，所述镀件的被镀面与所述刷毛之间作相对摩擦运动，在强活化过程中，阴极电流密度在1～200A/dm²之间，到达设定强活化时间后，关闭所述直流电源和所述运动控制装置，将该强活化液排出，然后进行至少两次的清水冲洗；

步骤四：弱活化：向所述镀槽内注入弱活化液，开启所述直流电源和所述运动控制装置，所述镀件的被镀面与所述刷毛之间作相对摩擦运动，在弱活化过程中，阴极电流密度在1～100A/dm²之间，到达设定弱活化时间后，关闭所述直流电源和所述运动控制装置，将该弱活化液排出，然后进行至少两次的清水冲洗；

步骤五：电刷镀：向所述镀槽内注入镀液，开启所述直流电源和所述运动控制装置，所述镀件的被镀面与所述刷毛之间作相对摩擦运动，在电刷镀过程中，相对于所述镀件的被镀面，所述刷毛的相对运动速度控制在10～20m/min之间，阴极电流密度在10～25A/dm²之间，到达设定电刷镀时间后，关闭所述直流电源和所述运动控制装置，将该镀液排出，然后进行至少两次的清水冲洗。

9.如权利要求8所述的金属零部件电刷镀方法，其特征在于：

当所述阳极板为可溶性镍板，所述镀液由硫酸镍、硼酸、氯化镍和水组成，其中，硫酸镍的含量为260～300g/L，硼酸的含量为41～50g/L，氯化镍的含量为60～80g/L。