无级变速电刷镀装置设计

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1、无级变速电刷镀装置设计　　摘要：应用无级变速和JLT-200A系列智能刷镀电源，采用普兰迪微型直流隔膜泵等制备无级变速电刷镀装置。在碳钢表面复合镀证明，该电刷镀装置结构紧凑，体积小，性能稳定，对环境污染小，使用方便。　　关键词：无级变速；电刷镀；复合镀；设计　　1概述　　电刷镀是借助电化学方法，以浸满镀液的镀笔为阳极，使金属离子在负极工件表面上放电结晶，形成金属覆盖层的工艺过程。同普通电镀和化学镀相比较，电刷镀技术具有电流密度大、操作设备简单、镀层沉积速度快、适应性强、质量好等优点[1]，因此在现代表面工程中

2、获得了广泛的应用。复合镀层是表面工程技术中较为活跃的研究热点之一，也是复合材料领域中一个崭新的研究方向[2]。复合电刷镀则是悬浮在刷镀液中的固体颗粒被镀笔带到沉积表面，被生长的基质金属所捕获，最终形成复合镀层[3]。随着刷镀时间的增长，镀层逐渐增厚，直至达到所需的厚度。石墨作为一种自润滑材料，溶沸点高，膨胀系数小，摩擦系数小，同时具有良好的化学稳定性。Grp/Ni复合镀层在摩擦面的工作过程中，存在于基质金属中的石墨颗粒随着基质金属的磨损，将不断地脱落，补充到磨损表面，从而在摩擦面上形成一种润滑膜，从而起到了减

3、摩、耐磨作用[4]。　　应用自制的无级变速电刷镀装置在45钢表面制备了Grp/Ni复合镀层。采用金相显微镜、扫面电镜、硬度试验和耐磨性试验等，研究了不同电压、温度、转速和石墨添加量等电刷镀工艺条件下，Grp/Ni复合镀层的显微组织、形貌特征、硬度及耐磨性能。　　2无级变速电刷镀装置设计　　电刷镀通常包括专用直流电源，镀笔及供液、集液装置，以及刷镀转台。　　2.1专用直流电源　　电刷镀专用直流电源不同于其他电镀所用的电源，由整流电路、正负极性转换装置、过载保护电路及安培计等几部分组成。本实验使用JLT-200A

4、系列智能刷镀机。刷镀电源如图1所示。　　2.2刷镀笔　　镀笔是电刷镀的重要操作工具，由阳极、绝缘手柄和散热装置组成。根据实际刷镀零件的尺寸差异，可以选用不同类型的镀笔以及镀笔前端的石墨块。石墨块的表面积通常为被镀面的1/3。为了贮存电镀溶液，防止阳极与被镀件直接接触短路，过滤阳极溶解下来的石墨粒子，阳极表面还需用脱脂棉和针织套进行包裹。　　2.3供液、集液装置　　电刷镀时，根据被刷镀零件的结构和大小，可以采用不同的方式给笔供液，如浇淋式、蘸取式、和泵液式。关键是要做到连续供液，用以保证金属离子的电沉积能够正常

5、进行。而且流淌下来的溶液一般采用塑料盘之类的容器收集，以供循环使用。本实验采用直流隔膜泵供液。采用普兰迪微型直流隔膜泵，如图2所示。　　2.4无级变速刷镀设备　　将以上部分包含在内的无级变速电刷镀设备，本实验设备的主要优点主要有：　　（1）配有变速调节系统，可在实验过程中精确调节镀件转速；　　（2）配有小型机床卡盘，能夹持不同直径的镀件；　　（3）配有微型直流隔膜泵，实现了电镀液的循环；　　（4）解决了镀件通电问题，实现了电接触点与镀件的分离。　　3无级变速电刷镀装置在钢表面电刷镀实验　　实验基材是45号，4

6、5号钢是常用的中碳结构钢。经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性。45钢经调质处理后，其综合力学性能要优化于其他中碳结构钢。本实验选择尺寸为Φ40mm×4mm的圆饼试样。应用自制的无级变速电刷镀装置在45钢表面制备了Grp/Ni复合镀层。　　3.1电刷镀Grp/Ni复合镀层的表面形貌　　图3（a）、（b）、（c）、（d）所示分别是刷镀电压为8V、10V、12V、14V时，Grp/Ni复合镀层的形貌特征。从图中明显看出，当刷镀电压为12V时，

7、复合刷镀层表面光滑、平整，无现麻点、起泡的现象、无脱落等现象，更没有被氧化烧焦的地方。镀层不仅整体晶粒细小，而且沉积速度也相对较快，此时镀层的力学性能为最佳。随着刷镀电压的增加，导致电流密度不断增大，使得Ni2+更容易沉积到工件表面，更容易长大。当电刷镀的电压过低时，镀层的沉积速度会明显的下降，耗费人力和物力，更会严重影响Grp/Ni复合镀层的最后质量。当刷镀电压过高时，伴随着电源输出的电流密度的增大，进而导致镀液、镀层、镀笔发热量增大。将会使得镀层表面?得比较干燥，不但会使镀液的蒸发量增大，浪费电刷镀液，刷

8、镀笔的阳极也会因为温度的增加导致烧损加剧，增加更换的频率，而且也会使得镀层的表面变黑，甚至更严重的是使得镀层直接脱落。　　3.2电压对镀层硬度的影响　　镀层一般都比较薄，所以进行硬度检测用显微硬度计（显微硬度计HVS-1000），加2.942N的力。结果表明，在10～12V范围内，随着电压的升高，镀层硬度逐渐增大，且在12V时镀层硬度较高，大小约为HV635。　　3.3电压对摩擦系数的影响　　对镀层