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1、常用表面处理技术介绍电镀(电沉积) 化学镀 阳极氧化(铝, 镁, 钛及它们的合金化学氧化(铝及其合金,钢铁等等)电化学及化学转化学 铬酸监处理(钢铁上的锌,铬镀层,铝, 镁, 铜) 磷酸监处理(磷化) 热浸镀(常用的有热浸锌, 锡, 铝, 铅) 火焰喷涂 气喷涂爆炸喷涂 热濆涂 电弧喷涂电濆涂 等离子喷涂高频感应喷涂橡胶涂层非金属涂覆 塑料涂层油漆涂层渗镀化学气象沉积扩散涂镀 真空镀膜包镀达克罗(Dacromet,浸入锌 铝,锌 铝等浆液中,形成涂层,然后烘烤干燥成膜)1.磷酸监皮膜处理大陆称为磷化处理1. 1 磷酸监皮膜处理2H3PO4+MM(H 2PO4)+H23M(H2PO4)24H 3
2、PO4+M3(PO4)2 M(H2PO4)2MHPO 4+H3PO4生成的 M3(H2PO4)2 和 MHPO4 为磷酸监膜的主要成分1.2 磷酸监皮膜的性质和用途(1) 耐蚀性在大气条件下很稳定,在有机油类,苯,苯及各种气种体燃料中有很好的耐蚀性.但磷酸监皮膜不耐酸,碱,氨,海水及水蒸气等.磷酸监膜经过封闭处理后能大大提高其耐蚀性.(2) 吸附性磷酸监膜具有多孔构,有很好的吸附性,因此常用作油漆的底层和吸附润滑油后作为减摩层和润滑层.(3) 电绝缘性磷酸监膜是高电阻膜层,有很好的电绝缘性,击穿电压为 240250V,涂绝缘漆后可耐 10001200V,又由于磷酸监膜不影响透磁性 ,因此常用作
3、电磁装置的硅钢片.(4) 不粘附熔融金属的特性此特性用于在热浸锌,锡铅合金时保护不需要浸涂部分.在浇铸减摩合金和电机铸铝转子时,将钢膜作磷酸监处理,以防粘附.1. 3 邻酸监膜成机理和构成1. 4 分类钢铁用化成处理剂铝用化成处理剂锌用化成处理剂不锈钢用化成处理剂铜用化成处理剂镁用化成处理剂其它化成处理剂涂装打底用的化成处理剂塑性加工用化成处理剂防锈用化成处理剂耐磨用化成处理剂绝缘用化成处理剂塑料迭片用化成处理剂涂装打底用皮膜特点:致密, 均匀, 薄得适当结晶粗大会吸入涂料而减少光泽:不均匀会降低涂装后的耐蚀性;由于磷酸监膜很硬很脆,皮膜过厚的话 ,涂装后遭后到弯曲或冲击等外力时,即使别无缺陷
4、,也可能脱落.防锈用皮膜特点:致密, 均匀, 厚度越厚越好,孔隙率越低越好.表 1.1 美军规格 MIL-C-16173C 要求的磷酸监皮膜的防锈性类 型 等 级 补助加工 监水濆雾试验1 施行另外规定的防锈油2 施行 MIL-L-3150 的润滑油 243 不补助加工 1.54A 进行无机密封,不进行补助加工 24磷酸铁4B 进行无机密封,施行 MIL-L-3150 的润滑油 721 施行另外规定的防锈油2 施行 MIL-C-16173 Grade2 的不干性防锈油483 不补加工 24A 进行无机密封,不进行补助加工 244B 进行无机密封,施行防锈油或高熔点蜡. 724C 进行无机密封,
5、且染上规定色. 24磷酸锌4D 进行无机密封及染色,施行防锈油或蜡. 724E 进行无机密封,施行规定的防锈油 241. 5 磷酸监皮膜构成:磷酸监膜的成分及结构形态皮膜化成溶液钢铁表面 锌表面锌系磷酸监皮膜剂 Zn(PO4).4H2OZnFe(PO4)2.4H2OZn3(PO4).4H2O形态呈树枝状,晶粒垂直于金属表面锰系磷监皮膜剂 (Mn, Fe)5H2(PO4).4H2O形态呈圆球形晶系的层状结构,晶料排列平列于金属表面.Zn3(PO4).4H2OMn5H2(PO4).4H2O铁系磷酸监皮膜剂 Fe3(PO4)2 ZnFe(PO4)2.4H2OFe3(PO4)21. 6 磷酸监化成工艺
6、过 6 程及监控脱脂水洗(除锈) 表面调整 化成水洗封闭处理或烤漆化成工序的监控参数:游离酸度, 全酸度, 杂质含量 .脱脂工序的监控参数:游离碱度,全碱度.表面调整:由于脱脂溶液中的硅酸监使膜结晶粗糙, 膜重增加,不适合涂装; 同时强碱溶液如 NaOH 也使锌监磷化膜粗糙变厚,并且低磷化膜的耐蚀性和柔韧性.活化晶核由于生成氢氧化物或氧化物的薄膜而减少,因此用弱碱性的磷酸钛监溶液或草酸溶对钢铁表面进行处理,可使大多数的晶核重新活化和复原,细化晶粒,增加晶粒数.2.阳极氧化又称为电化学氧化,阳极化3. 1 铝及铝合金的阳极化2.1.1 氧化膜特性(1)多孔性硫酸阳极化膜每平方微米大约有 800
7、个孔,草酸阳极化膜每平方微米大约有 60个孔.由于氧化膜具有多孔状结构,所以膜层有很好的吸附性,对各种染料表现出很好的吸附能力,帮氧化膜能进行化学着色,染成不同的颜色;另外也可在膜孔底部电沉积金属,使氧化膜不仅具有防护作用,还有装饰作用.(2)良好的耐磨性由于阳极化膜硬度高,因此耐磨性好.(3)氧化膜的电绝缘性和绝热性良好的电绝缘性使阳极化产品可作为电机和变压器的绕线圈,但其缺点是弹性小.良好的绝热性使有氧化膜存在的情况下,可防止零件在瞬间高温的情况下熔.化.2.1.2 分类硫酸阳极化草酸阳极化铬酸监阳化磷酸阳极化硼酸阳极化普通阳极化硬质阳极化:膜层硬度高, 具有很好的耐磨性和耐蚀性.硬氧化膜
8、大多用于铝的活塞, 汽缸, 液压设备, 减震器, 齿轮及其它铝制零短时间的 2000 C 高温.因此硬氧化膜常作为一种能满足特殊要求的功能性膜层.2.1.3 阳极化的反应过程和膜的构成阳极反应:Al-3eAl 3+Al3+3O2-Al 2O3阴极反应:6OH -3H 2O+3O2-2H+2eH 22.1.4 膜的组成未封闭膜: Al2O378.9% Al2O3H2O 0.5% Al2(SO4)320.2%H2O 0.4%水封闭后的膜:Al 2O361.7% Al2O3H2O17.6% Al2(SO4)317.9%H2O2.8%2. 2 其它材料的阳极氧化钛和钛合金的阳极氧化3. 化学氧化化学氧
9、化 阳极氧化(1) 成本低,生产效率高 ,收效快,可以大批量连续化生产.(1) 成本较高.(2)工艺稳定, 操作方便,设备简单,溶液易维护,零件大小和形状不受限制.(2)由于零外加电源,零件大小和形状影响电力线和电流和分布.工艺特点(3)对钢铁,铝 ,铜,银,锌,锡,镉以及它们的合金均可进行化学氧化.此外化学氧化在某些功能性应用领域也得到了令人满意的效果.因此,近年来化学氧化技术得到了很大的发展.(3)常用的为铝及其合金,镁及镁合金,钛及其合金的等材料阳极氧化.(1)膜薄,一般厚度为 0.5-4微米.(1)膜厚(2)耐蚀好性好,硬度高,用于提高.(2)耐蚀性好, 硬度高,用于提高.膜层特性(3
10、)可得到某些阳极化膜不能具有的功能性膜层如导电性氧化膜层(3)可得到某些特殊功能性的膜层,如在多孔膜中沉积磁性合金作存储元件.太阳能吸收板,超高硬质膜等.3.1 铝的化学氧化3.1. 1 分类纯水氧化法磷酸监氧化法铬酸监氧化法磷酸监- 铬酸监氧化法碱性氧化法酸性氧化法,可得到透明膜层3.1.2 后处理有填充处理,钝化处理,喷涂处理等后处理以提高耐蚀性.4. 2 钢铁的化学氧化因为得到膜层由呈现蓝黑色的四氧化三铁组成,所以又叫发蓝.发蓝膜薄,通常为0.6-1.5 微米 ,因而耐蚀必差.但是由于其有很好的吸附性,经过填充处理的发蓝膜有较好的耐蚀性.如早期的枪炮管大多使用化学氧化后涂油,乌黑的油高外
11、表.发蓝膜薄,不影响零件的装配尺寸;对表面光洁度高或抛光的精密件 ,发蓝后表面既亮又黑,具有防护和装饰的变重效果.因此发蓝膜在精密仪器,光学仪器以及机械制造上广为应用.4.化学镀4.1 化学镀的特性(1) 不需要通电,将镀件直接浸入溶液即可.(2) 可在金属,半导体和非导体材料上直接进行.(3) 可在零件表面获得厚度均匀的镀层.(4) 通过自催化特性可得到任意厚度的镀层.(5) 膜层空隙少,致密,具有很好的耐蚀性,很高的硬度和耐磨性.(6) 镀液稳定性差,更新快,成本比电镀高.4.2 化学镀种类镍, 铜, 银, 钻, 金, 钯, 铂, 铑等均可经过化学镀沉积到镀件表面.但最常用的主要有化学镀镍
12、和化学镀铜.4.2.1 化学镀镍4.2.1.1 化学镀镍膜层特性化学镀镍膜层 电镀镍层空隙少,致密 多孔, 只有达到一定厚度(25 微米以上)才能做到无孔.耐蚀必好,12.5 微米厚的耐蚀性优于 25微米厚的电镀镍层耐蚀性不如化学镀镍层光亮化学镀镍层的亮度不如电镀亮镍层的亮度管理,只能得到半光亮镀层可得到全光亮的镀层镀层为镍磷合金层,含磷 10%以上的镀层为非晶态镀层.镀层为纯镍组成,晶体结构无论是半光亮还是不光亮镀层脆性均较大光亮镀层脆性大,延性小.半光亮层有一定的韧性,暗镍有较好的韧性.成本高,在得到相同的镀层的条件下,大约为电镀镍价格的 5 倍.成本比化学镀镍低.4.2.1.2 化学镀镍
13、的沉积机理以次磷酸监镀液为例,首先是次磷酸根在固体催化表面上氧化脱氧,并生成亚磷酸根,反应为:H2PO2-+H2OH+HPO32-+2H吸附在催表面上的活泼氢原子使镍离子还原成金属镍,而本身则氧化为氢离子,Ni2+2HNi+2H+同时溶液中的部分次磷酸根也被有附在催化表面上的活泼氢原子还原成单质磷,H3PO2-+HP+H2O+OH-因此化学镀镍得到的是镍磷合金层,而不是单一的镍层.化学镀镍过程中会发生析氢副反应:2HH24.2.1.3 化学镀镍的工艺过程脱脂活化化学镀4.2.1.4 塑料电镀与化学镀塑料电镀的工艺过程:脱脂粗化( 微观粗化) 敏化 (吸附易氧化的物质) 活化(多用胶体钯,通过与
14、敏化步骤吸附的氧化物反应获得一层具有催化作用的金属膜) 还原处理(消除残余活化物质) 化学镀镍或镀铜电镀4.2.1.5 化学镀镍的用途石油管道,计算器硬盘 ,耐磨组件等4.2.2 其它化学镀的用途化学镀铜主要用于非金属材料表面金属化,特别是印制电路板的孔金属化,实现孔两边导通.化学镀银用于生产保温瓶(银镜反应,) 装饰物等5.防锈油脂5.1 概述防锈油脂是在矿物油(或合成油)中加入油溶性缓蚀剂和其它辅助添加剂而组成的一种防锈材料.具有取材容易,成本较低,工艺简单,适应性广,防锈效果显著等优点.广泛用于机械制造过程及金属制品的储存. 运输过程中.它与气相防锈材料,可剥性塑料共称为暂时防锈中的三大
15、防锈材料.5. 2 防锈油防锈的原理防锈油一般由油溶性缓蚀剂和溶解缓蚀剂的油类组成.油溶性缓蚀剂在分子结构上都同时具备极性基团.非极性基团使其能溶于油中,极性基团则使基能吸附在金属表面,延缓金属腐蚀.油主要起保护缓蚀剂吸附分子,弥补吸附膜不完整之处,保障油膜的厚度等作用.由缓蚀剂和油在金属表面形成致密的吸附膜,有效阻水分子,氧气,和其它腐蚀性介质的浸入,从而阻止金属腐蚀.5.3 防锈油应具备的性能(1) 防锈性能良好(2) 无腐蚀性,与其所接的金属或非金属部件不起作用.(3) 对人体无害,无特殊臭味或其它刺激性气味(4) 具有很好的化定性,在长期储存中不变质,不氧化,效果恒定.能有效防止有害气体和水扩散到金属表面,同时对手汗有一定的置换性.(5) 涂层不因温度变化而流失或龟裂;涂层应有一定的强度;涂层要薄,且除膜性好,并能适应多种包装材料的包装.5.4 防锈油种类工序间防锈油防锈润滑两用油封存防锈油液体防锈油硬膜油软膜油溶剂稀释型防锈油不干性防锈油半干性防锈油干性防锈油6 真空镀膜6.1 分类真空蒸镀真空溅射镀离子镀共同特点:在真空室内(有时充有负压的惰性气体) 实行气相镀覆的一类技术 .6.2 真空蒸镀将零件与涂层材料同时放在钟罩形的真空室内,涂层材料受热蒸发,蒸发出的分子(或原子) 在自由行程内与受镀零件表面
