广州地铁运营事业总部冯鹤腾
摘要：通过介绍电刷镀技术的原理，以地铁制动单元衬套磨损修复为例，探讨在地铁车辆维修中应用电刷镀技术的可行性。
关键词：电刷镀，衬套，地铁车辆
电刷镀技术在我国研究开发、应用推广已有二十多年历史，主要用于机械零部件表面的修复、强化防腐、需特殊功能改性等的一种新技术。这一新技术解决了许多国家重点工程中的维修关键问题，创造直接经济效益30亿元以上，曾被评为国家科技进步技术一等奖，是国家连续三个五年计划重点推广的新技术。
电刷镀技术
1．电刷镀技术的原理
电刷镀技术是有槽电镀技术的发展，又称为选择电镀、无槽镀、涂镀、笔镀、擦镀等。电刷镀技术需采用专用的直流电源设备，电源的正极接镀笔，作为刷镀时的阳极，电源的负极接工件作为阴极。镀笔通常采用高纯度细石墨块作阳极材料，石墨块外面包裹一层棉花和耐磨的涤棉套。刷镀时使浸满镀液的镀笔以一定的相对运动速度在工件表面上移动，并保持适当的压力。在镀笔与工件接触的部位，镀液中的金属离子在电场的作用下扩散到工件表面，并在表面获得电子被还原成金属原子，沉积结晶形成镀层，随着刷镀时间的增长，镀层增厚，从而达到镀覆及修复的目的（见图1）。
图1电刷镀工作原理图
2.电刷镀技术的特点
电刷镀技术是五种基本金属维修技术（焊接、喷涂、电镀、电刷镀、粘接）之一，具有以下的特点：
（1）设备轻便简单，不用镀槽，可在现场流动作业，特别适用于大重型零件现场就地修复。
（2）工艺灵活，操作方便，可沉积多种用途的单金属、合金镀层和组合镀层，根据需要可以方便地选用镀层的种类，可以刷镀镍、铜、铁、锡、金、银等。可在各种金属及合金上沉积出铜、铁、锡、镍、铬、硬度最高可达HRC67以上，耐腐蚀能力最好的可优于不锈钢，光洁度最高可达▽12。
（3）环境污染小，刷镀溶液中不含剧毒物。同时溶液的使用量少并可循环使用，产生的废液很少，溶液稳定，无闪点，储运过程中属非危险品。
（4）维修质量高。水溶液操作，不会引起被修复工件的变形和金相组织的变化，镀层通常不需再机械加工，在所需镀覆表面进行镀层沉积，镀层厚度在0.001mm-1mm之间。
（5）生产率高，节约能源。电刷镀具有较高的沉积速度，最快时可达0.03mm/min。
3.电刷镀技术的用途
（1）修复磨损表面，恢复机加工超差尺寸和几何形状，填补沟、坑、洞。
（2）制备和修复零件表面防护层，如镀锌、镀镉、镀锡。
（3）材料表面改性，如钢铁上镀铜，铝件上镀银等。
（4）材料防腐处理。
4．电刷镀技术在地铁车辆维修中的应用
很多车辆关键部件的工作条件比较恶劣，经常会发生断裂或磨损等失效形式，利用电刷镀技术可以有效的解决此类问题。电刷镀技术在车辆维修中的作用主要是修复磨损的零部件和提高零部件的硬度和耐磨性等。利用电刷镀技术，根据零件的材料选择镀液修复一些局部过渡磨损的轴类零件，延长零件的使用寿命，节约成本。为了防止车辆关键部位出现磨损或者裂纹，通常利用电刷镀技术在关键零部件表面镀一层硬度高、耐磨和抗腐蚀的镀层，强化零部件并延长其使用寿命。
电刷镀技术应用实例
在地铁车辆分解检查中发现制动单元的制动缸的衬套和活塞环磨损，按要求需更换衬套。通过检查衬套，发现磨损的深度在可修复的范围以内，并不涉及到基体的磨耗，经过确认衬套的生产工艺，可以通过表面处理修复衬套。而且一件衬套的备件价格达1200元，从节约检修成本考虑，修复衬套是最佳的选择。
1.修复技术的选择
比较目前国内应用较多的3种修复技术：激光熔覆技术、电弧喷涂技术、电刷镀技术。
电弧喷涂技术虽说是传统的修复技术，可存在热影响区大和形成热应力，易造成工件变形和强度降低的问题；
激光熔覆技术是一种新型的高能束流加工技术，而且具有升温快、温度高、作用时间短和热源集中的特点，但是也存在对工艺技术要求高、熔覆层界面容易出现缺陷和成本费用高等缺点；
电刷镀技术是国内应用最多、最成熟可靠、最经济的一种修复技术。从安全性、可靠性、经济效益等方面综合考虑，最后决定采用电刷镀技术修复衬套。
2．电刷镀技术修复衬套的工序流程
经过充分论证及慎重考虑后，委托国内某电刷镀修复加工中心对制动单元衬套进行认真的分析和检测，并运用电刷镀技术成功修复（见图2），修复的工序流程简介如下：
图2衬套修复前后对比
（1）使用超声波清洗衬套表面所有的油污。
（2）对磨损的衬套进行相关数据的检测，按磨损程度进行分级。
（3）对跑合面腐蚀磨损的部分进行抛光修复：此工序要检查衬套是否有变形，如没有变形则用专门设计的夹具将其固定，调校四周至均匀并没有偏差，此时可以对磨损表面进行抛光修复，抛光过程先以均速粗磨，直至去除受损表面，然后以高速幼磨至基本光滑，最后以油滑石加油以高速抛光直至其表面完全光滑。此工序应确保活塞跑合面上曲率不会突然变化并没有尖锐部分（见图3）。
图3衬套的技术要求
（4）清洗衬套后用影像检测仪器重新检测一次其有否变形。
（5）检测合格后进行电刷镀处理，镀层为黄色加铬镀锌层（Fe/Zn8C），工艺流程：部品受入—上挂具—热脱脂1—热脱脂2—电解脱脂—水洗—酸洗—水洗—终电解—水洗—镀锌—回收—水洗—出光—水洗—钝化（彩锌钝化）—水洗—水洗—干燥—下挂具。
（6）完成修复后，对衬套进行一次无损检测和尺寸测量，确认各项数据在符合要求的正常范围内。
（7）对完成修复的20个衬套抽样检测，检测其中三个样品的内径分别为178.45mm、178.43mm、178.46mm，表面粗糙度都达到Ra0.8，符合技术要求。
（8）委托专业金属化学检验机构对试件切割进行金相分析并出具检测报。
3.修复后的试验效果
修复后的衬套配合全新的活塞环在试验台上试验，5分钟内泄漏量小于0.05bar，试验结果符合要求。修复后的衬套配合磨损的活塞环在试验台上试验，5分钟内泄漏量也小于0.05bar，试验结果也符合要求。为了全面的评估电刷镀技术修复衬套的可行性，在衬套装车试验前，设计一套简易模拟工作装置，模拟衬套在车上的工作情况（见图4）。
根据一个架修期（60万公里）来计算，制动单元衬套与活塞环摩擦大概为60000次，因此制动单元模拟车上工作60000次后上试验台试验合格才能继续装车试验。按制动单元模拟工作到3000次、6000次、10000次、13000次、16000次、20000次如此类推到60000次分节点上试验台试验，每个节点试验的结果都符合要求，泄漏量都在允许的范围内，电刷镀技术修复衬套达到预期的效果。
结束语
电刷镀技术是一种成熟可靠的表面处理技术，成本低、优点突出，特别是机械不解体修复和现场修复的特点能够解决以往机修工艺无法解决的难题。实践证明，在地铁车辆维修工作中，电刷镀技术拥有很好的使用价值和广阔的应用前景。
参考文献：
[1]胡光明，阚伟民．应用电刷镀技术修复汽轮发电机转子轴颈磨损[J/OL]．http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-GDDL200301017.htm，2003-01-17．
[2]李森昌，董惠珍．锌铬涂层与镀锌工艺性能对比[J]．电讯工程，2004，（01）：27-32．
[3]胡传析．表面处理技术手册[M]．北京：北京工业出版社，1997．45．
[4]宾胜武．刷镀技术[M]．北京：化学工业出版社，2003．29-39．
[5]张晞，孟立新．发动机凸轮轴的维修[J]．新技术新工艺，2008，（08）：52-53．
[6]杨苹，冯春晓．飞机磨损超差部件的刷镀修复[J/OL]．中国电子学会电镀专业委员会第七届电镀年会，1998．
[7]夏成宝，杨后川，葛文军．飞机起落架作动筒内壁n-Al2O3/Ni-Cr复合电刷镀修复[J/OL]．材料保护，2009-07-18．