常见表面处理.

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1、常见表面处理知识培训,主讲：夏孝恩 2013.11.16,2,内容安排,一、 表面处理定义 二、常见表面处理方法,1.0 电镀 2.0 热浸镀锌 3.0 机械镀 4.0 化学镀 5.0 浸渍镀 6.0 阳极氧化 7.0 化学转化层,8.0 铬酸盐处理 9.0 金属染色 10.0 涂装 11.0 热浸镀 12.0 阴极溅射 13.0 真空镀 14.0 表面硬化：,3,一、表面处理定义, 表面处理即是通过一定的方法在工件形成覆盖层 的过程，表面其目的是赋以制品表面美观、防腐 蚀的效果。 进行的表面处理方法都归结于以下常用几种方法： 电镀、热浸镀锌 、机械镀、化学镀 、浸渍镀 、 阳极氧化 、化学转

2、化层 、铬酸盐处理、金属染 色 、涂装 、热浸镀 、热浸镀锡、 阴极溅射 、 真空镀 、离子镀 、表面硬化等。,4,二、常见表面处理方法,1.0 电镀(Electroplating) ：工件作为阴极 将接受电镀的部件浸于含有被沉积金属化合物的水溶液中，以电流通过镀液，使电镀金属析出并沉积在部件上。一般电镀有镀锌、铜、镍、铬、铜镍合金等，有时把煮黑（发蓝）、磷化等也包括其中。 1.1 五金电镀前处理和电镀：打磨去氧化皮-抛光-除油脱脂-水洗-酸洗除锈-碱洗中和-水洗-检查-上架-入槽电镀-烘干-检查-包装-出货 1.2 电镀的质量以其耐腐蚀能力为主要衡量标准，其次是外观。 耐腐蚀能力即是模仿产品

3、工作环境，设置为试验条件，对其加 以腐蚀试验。 电镀产品的质量从以下方面加以控制： 外观：制品表面不允许有局部无镀层、烧焦、粗糙、灰暗、起 皮橘皮状况和明显条纹，不允许有针孔麻点、黑色镀渣、 钝化膜疏松、龟裂、脱落和严重的钝化痕迹。,5,二、常见表面处理方法,、镀层厚度： 紧固件在腐蚀性大气中的作业寿命与它的镀层厚度成正比。一般建议的经济电镀镀层厚度为0.00015in0.0005 in (412um). 热浸镀锌：标准的平均厚度为54 um（称呼径3/8为43 um），最小厚度为43 um（称呼径3/8为37 um）。 、镀层分布： 采用不同的沉积方法，镀层在紧固件表面上的聚集方式也不同。电

4、镀时镀层金属不是均匀地沉积在外周边缘上，转角处获得较厚镀层。在紧固件的螺纹部分，最厚的镀层位于螺纹牙顶，沿着螺纹侧面渐渐变薄，在牙底处沉积最薄，而热浸镀锌正好相反，较厚的镀层沉积在内转角和螺纹底部，机械镀的镀层金属沉积倾向与热浸镀相同，但是更为光滑而且在整个表面上厚度要均匀得多。,6,二、常见表面处理方法,、氢脆： 紧固件在加工和处理过程中，尤其在镀前的酸洗和碱洗以及随后的电镀过程中，表面吸收了氢原子，沉积的金属镀层然后俘获氢。当紧固件拧紧时，氢朝着应力最集中的部分转够，引起压力增高到超过基体金属的强度并产生微小的表面破裂。氢特别活动并很快渗入到新形成的裂隙中去。这种压力-破裂-渗入的循环一直

5、继续到紧固件断裂。通常发生在第一次应力应用后的几个小时之内。 为了消除氢脆的威胁，紧固件要在镀后尽可能快地加热烘焙，以使氢从镀层中渗出，烘焙通常在375-4000F（176-190）进行3-24小时。 由于机械镀锌是非电解质的，这实际上消除了氢脆的威胁。,7,二、常见表面处理方法,2.0 热浸镀锌：通过将碳钢部件浸没温度约为510的溶化锌的镀槽内完 成。其结果是钢件表面上的铁锌合金渐渐变成产品外表 面上的钝化锌。热浸镀铝是一个类似的过程。热浸镀锌 (Galvanizing),俗称“铅水“。 2.1 一般螺丝多采用电镀方式，但用在电力、高速公路等室外的六角螺钉等用热浸锌；电镀的成本一般每公斤为0

6、.60.8元，热浸锌一般为1.52元/公斤，成本较高。 3.0 机械镀：通过镀层金属的微粒来冲击产品表面，并将涂层冷焊到产 品的表面上。 4.0 化学镀：自催化镀(Auto-catalytic Plating)，一般称为“化学镀 (Chemical Plating)”、“无电镀(Electroless Plating)” 等自催化镍磷镀及工业应用 。,8,二、常见表面处理方法,5.0 浸渍镀(Immersion Plating)：采用硫酸铜、硫酸亚锡为主盐的置换反应浸镀法在钢铁件表面制得金黄色铜锡合金层。通过添加含氟系阴离子及羧基系阴离子的络合剂 ,控制铜、锡离子的置换反应速度 ,获得 1 5

7、% 39%铜含量的合金镀层 ,外观呈 18 22K金色 ,膜层结合力好 ,耐蚀性优良。 5.1 化学镀仿金的类型有两种 ,一种是使用还原剂的化学还原型 ,所形成的镀膜一般为赤褐色或色泽不好的金色 ,其镀膜的附着力差。,9,二、常见表面处理方法,另一种：浸镀即置换镀或接触镀 ,是一种无需外界电流或还原剂,利用两种金属的电位差产生的电动势驱动的置换反应。 浸渍镀设备少、效率高、成本低。 6.0 阳极氧化(Anodizing):接近表面镀层处理，金属或合金的电化学氧化。 将金属或合金的制件作为阳极，采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性、增

8、强耐磨性及硬度，保护金属表面等。 例如铝阳极氧化，将铝及其合金置于相应电解液(如硫酸、铬酸、草酸等)中作为阳极，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。阳极的铝或其合金氧化 ，表面上形成氧化铝薄层 ，其厚度为520微米 ，硬质阳极氧化膜可达60200微米 。阳极氧化后的铝或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可达250500千克平方毫米，良好的耐热性 ，硬质阳极,10,二、常见表面处理方法,氧化膜熔点高达2320K ，优良的绝缘性 ，耐击穿电压高达2000V，增强了 抗腐蚀性能 ，在0.03NaCl盐雾中经几千小时不腐蚀。 氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂，适合制造发动机 气缸或其他耐磨零

9、件；膜微孔吸附能力强可着色成各种美观艳丽的色彩。 有色金属或其合金（如铝、镁及其合金等）都可进行阳极氧化处理，这种 方法广泛用于机械零件，飞机汽车部件，精密仪器及无线电器材，日用品 和建筑装饰等方面。 补充：除金属外，其他物质在阳极所引起的氧化作用，也称为“阳极氧化” 补充：在现实工艺中，针对铝合金的阳极氧化，比较多，可以应用在日常 生活中，以为这种工艺的特性，使铝件表面产生坚硬的保护层，可 用于生产厨具等日用品。但铸造铝的阳极氧化效果不好，表面不光 良，还只能是黑色。铝合金型材就要好一点。,11,二、常见表面处理方法,7.0 化学转化层(Chemical Conversion Coating

10、)： 用电化学法或化学法利用金属离子与均悬浮在溶液中的不溶液 性，使金属或其腐蚀产物与环境中的组成成分发生化学反应，从而 在金属表面形成的无机物覆盖层。 a.钢铁发蓝（Blackening)，俗称“煲黑或发黑” b.钢铁磷化(Phosphating): c.复合电镀（弥散电镀）composite plating,12,二、常见表面处理方法,8.0 铬酸盐处理(Chromating) 9.0 金属染色(Metal Colouring) ： 10.0 涂装(Paint Finishing)：包括各种涂装如手工涂装、静电涂 装、电泳涂装等。 11.0 热浸镀(Hot dip)：热浸镀简称热镀，是将被

11、镀金属材料浸于 熔点较低的其他液态金属或合金中进行镀 层的方法。此法的基本特征是在基体金属 与镀层金属之间有合金层形成。 11.1 热浸镀锌(Galvanizing),俗称“铅水“。 11.2 热浸镀锡(Tinning),13,二、常见表面处理方法,12.0 阴极溅射：具有足够能量的带电粒子或中性粒子碰撞物体表 面时，可把能量传递给表面的原子。只要表面原 子获得的能量大于本身的电离能，就能摆脱周围 原子的束缚而离开物体表面，这种现象称为溅射 13.0 真空镀(Vacuum Plating) ：真空镀主要包括真空蒸镀、溅射 镀和离子镀几种类型。它们都是采用在真空条件下 通过蒸馏或溅射等方式在塑件

12、表面沉积各种金属和 非金属薄膜，通过这样的方式可以得到非常薄的表 面镀层，同时具有速度快附着力好的突出优点。因 其价格高一般用来作较高档产品的功能性镀层。,14,二、常见表面处理方法,13.1 离子镀(Ion Plating)： 离子镀在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分电离，在气体离子或被蒸发离子的轰击下，将蒸发物质或其反应物沉积在基片上的方法。其中包括磁控溅射离子镀、反 应离子镀、空心阴极放电离子镀（空心阴极蒸镀法）、多弧离子镀（阴极弧离子镀）等。 14.0 表面硬化： 所谓表面硬化法是指通过适当的方法使零件的表层硬化而零件的心部仍然具有强韧性的处理。通过这种处理，可以改善零件

13、的耐磨性以及耐疲劳性，而由于零件的心部仍然具有良好的韧性和强度，因此对冲击载荷有良好的抵抗作用。常用的表面硬化处理方法主要有渗碳、氮化、硬质阳极氧化、镀铬、表面淬火以及渗金属等。,15,六、质量检验的依据,二、常见表面处理方法,14.1 渗碳 钢的渗碳就是含碳量较低的钢制零件在渗碳介质中加热或者保 温，使碳原子渗入表面，获得一定的表面含碳量，在淬火之后含碳 量高的表层硬度很高，而含碳量低的心部硬度低仍具有良好的韧性。 目的是使零件获得高的表面硬度、耐磨性以及高的接触疲劳强 度和弯曲疲劳强度。 主要用于承受磨损、交变接触应力或者弯曲应力和冲击载荷的 零件，如轴、齿轮、凸轮轴等，这些零件要求表面有

14、很高的硬度而 心部要有足够的强度和韧性。 渗碳法分为固体渗碳法、液体渗碳法和气体渗碳法三种。另外 还有真空渗碳法。,16,气体渗碳法示意图, 气体渗碳法 将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。 渗剂为气体 (煤气、液化气等)或有机液体(煤油、甲醇等)。 优点: 质量好, 效率高； 缺点: 渗层成分与深度不易控制,二、常见表面处理方法,渗碳方法,17,二、常见表面处理方法,真空渗碳炉, 固体渗碳法 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。 渗剂为木炭。 优点：操作简单； 缺点：渗速慢，劳动条件差。, 真空渗碳法 将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳。 优点: 表面质量好

15、, 渗碳速度快。,18,二、常见表面处理方法,渗碳温度：为900-950。 渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）： 一般为0.5-2mm。,渗碳层表面含碳量： 以0.85-1. 05为最好。 渗碳缓冷后组织： 表层为P+网状Fe3C; 心部为F+P; 中间为过渡区。,低碳钢渗碳缓冷后的组织,19,二、常见表面处理方法,渗碳后的热处理 淬火+低温回火, 回火温度为160-180。淬火方法有： 预冷淬火法 渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火。,渗碳后的热处理示意图,20,二、常见表面处理方法,一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。 二次淬火法： 即渗碳缓冷后第一次加热为心部Ac3+30-50

16、，细化心部；第二次加热为Ac1+30-50，细化表层。,渗碳后的热处理示意图,21,常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50淬火+低温回火。此时组织为： 表层：M回+颗粒状碳化物+A(少量) 心部：M回+F（淬透时）,二、常见表面处理方法,22,二、常见表面处理方法,14.2 氮化 氮化是指把合金钢（一般含有Al、Cr、Mo）在无水氨气（NH3） 流中在500570左右长时间加热，使钢的表面形成一层硬度很 高又耐腐蚀的氮化物（主要为Fe2N、Fe3N、Fe4N）。一般有气体渗氮 液体渗氮和辉光离子渗氮。 氮化时合金钢的含碳量一般在0.2%0.5%，主要由零件心部的 机械性能来决定含碳量，含碳量高时阻碍N的扩散，从而减少氮化层 的厚度，而含碳量少时，零件截面上的硬度梯度变化就会大，从而 造成氮化层容易剥离。Al的作用是增加渗氮后钢的表面硬度，Cr可 以增加氮化层的厚度，Mo可以防止在500570长时间加热造成 的回火脆性，Cr、Mo对材质的改良也很