摩擦电喷镀加工技术优化方案

摩擦电喷镀是在综合槽镀、刷镀、流镀等多项技术优点基础上发展起来的一项金属电化学沉积技术。它具有沉积速度快、镀厚能力强、镀层质量高等一系列突出优点。摩擦电喷镀是金属电沉积与机械摩擦同时进行的加工技术。如图5.3-11所示，电镀时工件接电源负极，阳极安装在镀笔上接电源正极并与工件保持一定距离，安装在镀笔上的摩擦块紧贴工件表面，工件与阳极保持一定的相对运动速度，镀液通过镀笔杆输送到阳极，以一定的压力从阳极上的诸多小孔喷洒到工件表面。在电场作用下，镀液中的金属离子获得电子还原、沉积并结晶形成镀层；与此同时，镀笔上的摩擦块随相对运动摩擦形成新的镀层。摩擦作用能限制镀层晶粒的长大和镀层表面氧化膜的形成，能有效地改善由工件表面粗糙引起的尖峰和凹坑沉积速度不一致的弊端。因此，摩擦电喷镀能获得组织致密、晶粒细化、力学性能良好的镀层。

图5.3-11 摩擦电喷镀示意图

1—磁力泵 2—流量调节阀 3—出液管 4—流量计 5—电源 6—镀笔杆 7—输液管 8—注液嘴 9—阳极 10—摩擦件 11—工件 12—夹具 13—回液盘 14—漏管 15—过滤网 16—储液箱

摩擦电喷镀时，金属离子随镀液连续喷射到阴极表面（喷射效果远远超过搅拌作用），镀液在阴、阳极间较小的间隙中急速流动，这为阴极表面的电化学反应提供了充足的金属离子，使阴极表面所消耗的金属离子及时得到补充，阴极表面扩散层厚度随流速的增大而减小，阴极表面金属离子浓度大为提高，几乎接近镀液主体浓度，因而降低了浓差极化，有利于提高金属电沉积时阴极电流密度的上限值，增大电化学极化，避免镀层烧焦等不利因素，提高沉积速度，获得细晶镀层。摩擦块以一定的压力摩擦镀层表面，抑制了镀层晶粒沿垂直方向生长，摩擦作用使微观凸处被磨去，表面凹处随镀层增厚逐渐填平，从而降低表面粗糙度值。由于摩擦电镀镀层不随厚度增加变得粗糙，相对提高了析氢过电位，减少了氢气析出，同时滑动摩擦作用具有较好的排氢效果，可将吸附或聚集在阴极表面的氢气泡剥离；摩擦作用可以减少或磨除阴极钝化层，保持被镀表面活化，有利于生成更多的晶核。摩擦电镀的“喷”与“摩”提高了镀层一次性镀厚能力以及电镀速度。(www.xing528.com)

图5.3-12 一种摩擦电喷镀的镀笔示意图

1—电插孔 2—导电杆 3—绝缘手柄 4—散热器 5—密封垫 6—阳极 7—喷液口 8—摩擦器

摩擦电喷镀在实现金属离子高速电化学沉积时，需要相当大的电流密度，约为刷镀的5倍。虽然采用了高浓度的镀液和连续喷射供液方式，但在阴极表面仍能产生浓差极化和镀层中出现晶粒粗大的现象。为从电源方面来防止浓差极化过度，更多地形成细晶镀层，摩擦电喷镀多采用脉冲电源以及可周期性改变直流电流方向、具有去极化工作模式的电源。摩擦电喷镀所用的镀笔分两类，一类用于表面预处理、镀底层、夹心层及较薄镀层，结构与刷镀用的镀笔相同；另一类用于摩擦喷镀中间层和工作层的镀笔，它由阳极（含压力喷液口）、摩擦器（多用天然宝石、玛瑙石、塑料板、胶木等制作）、镀笔杆（包括导电杆、散热器、输液管和绝缘手柄）组成，如图5.3-12所示。