一种电刷镀笔和电刷镀层的制备方法与流程

本发明涉及电刷镀技术领域，尤其涉及一种电刷镀笔和电刷镀层的制备方法。

背景技术：

当前，随着航空航天、机械、汽车等领域的快速发展，工业界对机械零部件表面质量提出了越来越高的要求。电刷镀又称快速电镀，是电镀技术的一种特殊形式，由于电刷镀技术相对于电镀具有工艺简单、可以实现局部刷镀、节约镀液、成本低等优点，目前电刷镀技术已经在各行各业得到了广泛的应用。例如在电力行业用电刷镀银技术修复受损的隔离开关部件；在机械行业用电刷镀修复机床导轨的磨损和划伤；在汽车领域用电刷镀修复受损的气缸和曲轴箱；在矿山行业中用电刷镀技术修复受损的轴类零件。随着“再制造”概念的提出和逐渐深入人心，电刷镀技术作为再制造技术和表面工程技术的重要组成部分，在机械零件表面修复与强化方面会得到越来越广泛的应用。

电刷镀层种类繁多，但常规的电刷镀层采用单一的镀层，如电刷镀铜、镀镍、镀银等。随着我国重工业的发展，在农机刃具、冶金、矿山、电力、水利等行业中，对各种零部件的耐磨和耐腐蚀性能提出了更高的要求，传统的单一电刷镀层的性能已经不能满足日益增长的工业需求。随着粉体技术和复合刷镀技术的发展，用复合电刷镀技术制备含纳米微粒的复合电刷镀层也得到了快速发展。微纳米金刚石具有硬度高，耐磨性好的特点，现已被人们用来制备各种耐磨涂层。纳米金刚石颗粒粒径过小，比表面积比较大、表面能极高，在复合镀液中极易发生团聚，最终以团聚体的形式进入镀层，不但达不到改善镀层性能的目的，反而有可能降低镀层性能。微米金刚石颗粒由于粒径较大，在制备复合镀层过程中金刚石容易沉降聚集，得不到很好的分散。

为了解决在用电镀或电刷镀技术制备含纳米或微米金刚石复合镀层过程中金刚石微粒在镀液中的团聚问题，通常采用的方法是用分散剂对镀液中的金刚石进行分散或者对金刚石微粒进行表面预处理从而避免金刚石微粒在镀液中的团聚。由于在电刷镀过程中通常采用刷镀笔进行刷镀，刷镀过程中不能采取有效的分散措施，导致镀层中纳米或微米金刚石颗粒极易团聚或沉降，很难制备分散均匀的含金刚石复合电刷镀层。

技术实现要素：

本发明提供了一种电刷镀笔和电刷镀层的制备方法，解决了现有的电刷镀笔在刷镀过程中不能采取有效的分散措施，导致镀层中纳米或微米金刚石颗粒极易团聚或沉降，很难制备分散均匀的含金刚石复合电刷镀层的问题。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种电刷镀笔，包括：电刷镀笔本体和振动模块；

所述电刷镀笔本体包括：电极和导电芯；

所述导电芯与所述电极固定连接；

所述振动模块上连接有电源线，所述电源线与振动电源连接，所述振动电源用于输出振荡电源信号；

所述振动模块与所述电极固定连接。

优选地，所述振动模块嵌在所述电极内。

优选地，所述振动模块为超声波发生装置。

优选地，所述电极包括：电极本体和电极盖板；

所述振动模块两端分别嵌入所述电极盖板和所述电极本体内；

所述电极本体与所述电极盖板固定连接。

优选地，还包括：防水垫片；

所述防水垫片设置在所述电极盖板与所述电极本体之间。

优选地，还包括：绝缘手柄；

所述绝缘手柄固定在所述导电芯外表面。

本发明还提供了一种电刷镀层的制备方法，包括以下步骤：

启动所述电刷镀笔的所述振动模块，用所述电刷镀笔蘸取复合镀液对待镀件进行刷镀，得到电刷镀层。

优选地，所述复合镀液由以下组分制得：纳米金刚石和/或微米金刚石、表面活性剂、分散剂和镀液；

所述镀液选自ni-p镀液、ag镀液或cu镀液。

优选地，所述纳米金刚石粒径为1nm～100nm，所述微米金刚石粒径为0.1μm～50μm。

优选地，所述复合镀液中所述纳米金刚石和/或所述微米金刚石的含量为0.1wt％～5wt％。

优选地，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、op-10乳化剂和六偏磷酸钠中的一种或几种；

所述分散剂为聚乙二醇、六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠和焦磷酸钠中的一种或几种，优选为聚乙二醇。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明实施例提供了一种电刷镀笔，包括：电刷镀笔本体和振动模块；电刷镀笔本体包括：电极和导电芯；导电芯与电极固定连接；振动模块上连接有电源线，电源线与振动电源连接，振动电源用于输出振荡电源信号；振动模块与电极固定连接。该电刷镀笔进行电刷镀时，电刷镀笔蘸取复合镀液，电刷镀笔的振动模块带动电极震动引起复合镀液的震动，从而在刷镀过程中对纳米金刚石和/或微米金刚石进行搅拌分散，使纳米金刚石和/或微米金刚石在复合镀液中均匀分布，得到金钢石颗粒均匀分布的电刷镀层。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的电刷镀层的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电刷镀笔的结构示意图；

其中，附图标记如下：

1、待镀件；2、电刷镀层；3、导电芯；4、绝缘手柄；5、电极盖板；6、振动模块；7、防水垫片；8、电极本体；9、电源线。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种电刷镀笔和电刷镀层的制备方法，用于解决现有的电刷镀笔在刷镀过程中不能采取有效的分散措施，导致镀层中纳米或微米金刚石颗粒极易团聚或沉降，很难制备分散均匀的含金刚石复合电刷镀层的问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，本发明实施例提供的一种电刷镀笔的结构示意图。

本发明提供了一种电刷镀笔，包括：电刷镀笔本体和振动模块6。

电刷镀笔本体包括：电极和导电芯3。

电极可以为石墨电极或不锈钢电极，此处不做具体限定。

导电芯3与电极固定连接，如图2所示，导电芯3一端嵌在电极内。

振动模块6上连接有电源线9，本发明实施例中，电源线9是带有屏蔽层的导线，电源线9依次嵌入导电芯3和电极盖板5与振动模块6连接。

电源线9与振动电源连接，振动电源用于输出振荡电源信号，本发明实施例中，振动电源与市电连接，振动电源输出的为高频振荡信号，振动电源产生的电压波形为近似弦波，该电压信号加载在振动模块6上，由振动模块6将电能转换成高频的机械振动。

振动模块6与电极固定连接，从而带动电极进行振动。

振动模块6的数量可以为一个，也可以为多个，此处不做具体限定。

进一步地，本发明实施例中，振动模块6为超声波发生装置，刷镀时，电极蘸取复合镀液，超声波发生装置在刷镀过程中能够产生超声波，超声波通过电极的震动引起复合镀液的震动，从而在刷镀过程中对复合镀液中的金刚石微粒进行分散。

本发明实施例中，超声波发生装置包括具有压电陶瓷片或压电晶体制备的超声波换能器，超声波换能器的频率为30khz～70khz。

进一步地，振动模块6可以嵌在电极内，也可以固定在电极外部与电极连接，本发明实施例中，振动模块6嵌在电极内。

进一步地，电极包括：电极本体8和电极盖板5。

如图2所示，电极本体8和电极盖板5均设置有凹槽，振动模块6两端分别嵌入电极盖板5和电极本体8的凹槽内固定，方便振动模块6的更换与拆卸。

电极本体8与电极盖板5固定连接电极本体8和电极盖板5通过固定件连接，本发明实施例中，固定件为螺栓。

进一步地，电刷镀笔还包括：防水垫片7。

防水垫片7设置在电极盖板5与电极本体8之间，用于密封振动模块6、电极盖板5和电极本体8，以确保振动模块6密封在电极内部，防止镀液的渗入。

进一步地，电刷镀笔还包括：绝缘手柄4；

绝缘手柄4固定在导电芯3外表面。

本发明还提供了一种电刷镀层2的制备方法，包括以下步骤：

启动电刷镀笔的振动模块6，用电刷镀笔蘸取复合镀液对待镀件1进行刷镀，得到电刷镀层2。

需要说明的是，启动电刷镀笔的振动模块6，用电刷镀笔蘸取复合镀液可以对复合镀液中的纳米金刚石和/或微米金刚石进行搅拌分散，使纳米金刚石和/或微米金刚石均匀分布；

优选地，振动模块6的工作时间为2min～10min。

电刷镀前，还需对待镀件1进行预处理；

待镀件1预处理包括以下步骤：

(1)用砂纸对待镀件1的预镀表面进行打磨抛光处理；所述待镀件1的材料包括钢、铝、铜、陶瓷或塑料。

(2)用碱性液对待镀件1进行化学除油处理；所述碱性液由碳酸钠、氢氧化钠和次亚磷酸钠中的一种或多种配制而成；

(3)用电净液对经过(2)处理后的镀件进行电净处理；所述电净液为次亚磷酸钠、氢氧化钠、碳酸钠和氯化钠配制而成；采用的电净工艺为工件接负极，镀笔接正极，电压为8v～15v，电净时间为1s～30s。

(4)用活化液对经过(3)处理后的镀件进行活化处理；所述活化液为柠檬酸钠、氯化镍和柠檬酸按照体积比为1：1：1：的配制而成。采用的活化工艺为工件接负极，镀笔接正极，电压为8～15v，电净时间为1～30s。

刷镀具体为：

本发明实施例中，启动电刷镀笔中的超声波发生装置，调节超声波频率，然后醮取复合镀液对预处理后的镀件表面进行刷镀处理。采用的刷镀工艺为工件接负极，电刷镀笔接正极，刷镀电压为2～5v，刷镀速度为1-3μm/min，刷镀时间可以根据镀液的沉积速度和所需镀层的厚度来确定。镀层厚度为1～100μm，优选为20μm。采用的超声波的频率为20～80khz。

刷镀至规定厚度后停止刷镀，对镀层进行清洗，必要时对镀件进行后处理；所述清洗具体为：用清水对刷镀后的工具进行清洗及后处理；为了防止银镀层变色或填补镀层空隙可以对镀层进行后处理；所述后处理步骤为：用钝化液对镀层进行钝化；钝化液为1g/l的al(oh)3和35g/l的k2cr2o7，工艺为：工件接负极，镀笔接正极，电压为10v，钝化时间为5min。

复合镀液由以下组分制得：纳米金刚石和/或微米金刚石、表面活性剂、分散剂和镀液。

镀液选自ni-p镀液、ag镀液或cu镀液，优选为ag镀液。

其中，ni镀液主要成分为：硫酸镍(280g/l)，氯化镍(40g/l)，硼酸(45g/l)；

ag镀液主要成分为：硝酸银(40g/l)，硫代硫酸钠(200g/l)，亚硫酸钠(50g/l)，硼酸(25g/l)，柠檬酸铵(30g/l)；

cu镀液主要成分为：五水硫酸铜(100g/l)，硫酸(200g/l)，盐酸(60mg/l)。

复合镀液的制备方法包括以下步骤：

对纳米金刚石和/或微米金刚石预处理至中性，然后加入表面活性剂、分散剂和去离子水，搅拌成纳米金刚石和/或微米金刚石悬浮液后加入镀液，得到复合镀液。

其中，上述预处理具体为：称取清洗后的纳米金刚石/微米金刚石，对其进行酸洗去除表面油脂及其他杂质，然后用去离子水反复清洗直到金刚石溶液呈中性为止；酸洗液为浓硝酸或浓硫酸，其浓度均为50％～85％，处理时间为5min～25min。

本发明实施例提供的电刷镀层2的制备方法操作简单，高效、实用，且制备得到的电刷镀层2中金钢石颗粒均匀分布。

进一步地，纳米金刚石粒径为1nm～100nm，优选为40mm，微米金刚石粒径为0.1μm～50μm，优选为10μm。

进一步地，复合镀液中纳米金刚石和/或微米金刚石的含量为0.1wt％～5wt％，优选为2％。

进一步地，表面活性剂优选为十二烷基硫酸钠、op-10乳化剂和六偏磷酸钠中的一种或几种，优选为十二烷基硫酸钠。

进一步地，分散剂优选为聚乙二醇、六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠或或焦磷酸钠，优选为聚乙二醇。

实施例1

选用的镀件材质为铜，镀液为电刷镀银液。

1)配制复合镀液

选用粒径为3-10nm的纳米金刚石微粒，按纳米金刚石微粒质量分数为0.2％称取纳米金刚石微粒，用5％的浓硝酸溶液对金刚石微粒去除金刚石微粒表面油脂及其他杂质，然后用去离子水反复多次清洗至溶液呈中性。加入0.1g/lop-10乳化剂和0.1g/l聚乙二醇分散剂，然后加入去离子水，超声搅拌配制成金刚石悬浮液，最后将悬浮液倒入电刷镀银液中用超声分散5min配制成含纳米金刚石微粒的复合电刷镀银液。

2)待镀件的预处理

(1)用砂纸对镀件预镀覆面进行打磨处理。

(2)用10％的氢氧化钠碱洗液对镀件表面进行清洗除油；

(3)用50g/l的次亚磷酸钠，25g/l的氢氧化钠，20g/l的碳酸铵、3g/l的氯化配制成的电净溶液对碱洗后的镀件进行电净处理。电净电压为10v，电净时间为15s。

(4)用150g/l的柠檬酸钠，100g/l的柠檬酸，3g/l的氯化镍按体积比为1：1：1配制成的活化液对电净后的镀件进行活化处理。活化电压为13v，活化时间为15s。

3)刷镀

ag镀液配方为：40g/l的硝酸银，200g/l的硫代硫酸钠，50g/l亚硫酸钠，25g/l硼酸，30g/l柠檬酸铵；

首先打开电刷镀笔中的超声波发生装置，调整超声波的频率为40khz，然后醮取含有纳米金刚石微粒的复合镀液对预处理后的镀件表面进行刷镀处理。采用的刷镀工艺为工件接负极，镀笔接正极，刷镀电压为2.6v，刷镀速度为10m/min，刷镀时间为5min。

4)清洗及后处理

用无水乙醇对刷镀后的镀件进行擦拭，用电解钝化的方法对镀银层进行钝化处理，以防止镀层变色。

本发明实施例制备得到的镀层金钢石颗粒分布均匀。

实施例2

选用的镀件材质为45钢，镀液为电刷镀镍液。

1)配制复合镀液

选用粒径为5μm的微米金刚石微粒，按纳米金刚石微粒质量分数为2％称取粒径为10μm的金刚石微粒，用10％的浓硝酸溶液对金刚石微粒去除金刚石微粒表面油脂及其他杂质，然后用去离子水清洗至中性。加入0.1g/l六偏磷酸钠和0.1g/l十二烷基硫酸钠分散剂，然后加入去离子水，超声搅拌配制成金刚石悬浮液，最后将悬浮液倒入电刷镀镍液中用机械搅拌10min配制成含微米金刚石颗粒的复合电刷镀镍镀液。

2)待镀件的预处理

(1)用砂纸对镀件预镀覆面进行打磨处理。

将硬质合金工具表面用10％的氢氧化钠碱洗液清洗除油；

(2)用10％的氢氧化钠碱洗液对镀件表面进行清洗除油；

(3)用60g/l的次亚磷酸钠，30g/l的氢氧化钠，25g/l的碳酸钠、4g/l的氯化配制成的电净溶液对碱洗后的镀件进行电净处理。电净电压为8v，电净时间为30s。

(4)用60g/l的柠檬酸钠，90g/l的柠檬酸，1g/的氯化镍配制成的活化液对电净后的镀件进行活化处理。活化电压为10v，活化时间为20s。

3)刷镀

ni镀液配方为：280g/l的硫酸镍，40g/l的氯化镍，45g/l的硼酸；

首先打开电刷镀笔中的超声波发生装置，调整超声波的频率为70khz，然后醮取含有微米金刚石微粒的复合镀液对预处理后的镀件表面进行刷镀处理。采用的刷镀工艺为工件接负极，镀笔接正极，刷镀电压为10v，刷镀速度为8m/min，当刷镀层厚度达到尺寸要求后，停止刷镀。

4)清洗及后处理

用清水对刷镀后的镀件进行清洗，然后吹干，涂上防锈油。

本发明实施例制备得到的镀层金钢石颗粒分布均匀。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。