表面处理技术

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1、表面处理技术第一节 概 论人们使用表面技术已经有悠久的历史。我国早在战国时代已进行钢的淬火，使钢 的表面获得坚硬曾。欧洲使用类似的技术也有很长的历史。但是，表面技术的迅速发 展是从工业革命开始的，尤其是最近30多年发展更为迅速。一方面人们在广泛使用和 不断试验的过程中积累了丰富的经验；另一方面自60年代末形成的表面科学使表面技 术进入了一个新的发展时期。1.1 表面处理技术的涵义广义地说，表面技术是直接与各种表面现象或过程有关的，能为人类造福活被人 们利用的技术。表面处理的对象非常广泛,从传统工业到现在的高科技工业,从以前的金属 表面到现在的塑料,非金属的表面.它使材料更耐腐蚀 ,更耐磨耗,更

2、耐热,它使材料之寿延 长,此外改善材料表面之特性,光泽美观等提高产品之附加价值,所有这些改变材料表面之 物理，机械及化学性质之加工技术统称为表面处理（surface treatment）或称为表面加工 （surface finishing） 。1.2 使用表面处理技术的目的现在表面技术的应用十分广泛。对于固体材料来说，使用表面技术的主要目的是：（1）提高材料抵御环境作用的能力；（2）赋予材料表面某种功能特性。包括光、电、磁、热、声、吸附、分离等 各种物理和化学性能；（3）实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件等1.3 表面处理技术的重要性表面处理工业虽然不是工业之主流,但只有透过表面处理

3、,制品的特性及价值才能充 份发挥出来应用电镀（pl ating）,阳极处理（anodizing）,化成处理（convesion coating）,涂装（coating） 等工业技术,达到防蚀,增进可焊性,润滑性,耐磨性,附着性及钢材防止渗碳等的多项目的.所以表面处理为各种加工制造工业不可或缺的过从传统工业到近代高科技,表面处 理技术一直扮演非常重要性之角色例如宇宙飞船，人造卫星，集成电路等之发展表面处理技 术都有决定性之影响由于表面处理对材料月异，带动相关科技工程之进步。1.4 表面处理技术的分类表面处理技术可以从不同的角度进行归纳、分类。例如按照作用原理可以分为以 下四种基本类型：（1）原子

4、沉积。沉积物以原子、离子、分子和离子团等原子尺度的粒子形态在材 料表面上形成覆盖曾，如电镀、化学镀、物理气相沉积等。（2）颗粒沉积。沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层，如热喷 涂、搪瓷涂敷等。（3）整体覆盖。它是将涂敷材料余同一时间施加余材料表面，如包、贴片、热浸 镀、涂刷、堆焊等。（4）表面改性。用各种物理、化学等方法处理表面，使之组成、结构发生变化， 从而改变性能，如表面处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理、离子注入 等。又可以按工艺来分为以下几部分：表面覆盖技术、表面改性技术、复合表面处理 技术。后续章节我们将主要探讨我们经常要用到得一些表面处理技术。如电镀、涂装

5、、 喷砂、阳极处理等。第二节 电 镀2.1 前处 理在电镀之前往往要进行一些前处理，这样才能保证镀层的质量。下面首先简单介 绍一下有关前处理的一些基本知识。这只是帮助我们了解到电镀之前要进行清洁等其它 处理。2.1.1前处理的意义和目的1意义一般前处理工程过程为，研磨预备洗净水洗电解脱酯水洗酸浸及活性化水中和水洗 电镀。2目的前处理的目的是为了得到良好的镀层，由于镀件在制造、加工搬运、保存期间会 有油酯、氧化物锈皮、氢氧化物、灰尘等污物附着于镀件表面上，若不去除这些污物 而进行电镀将得不到良好的镀层。镀件质量，前处理占很重要的地位。2.1.2前处理不良往往会造成成品镀层有些缺陷，实践经验告诉我

6、们主要是一下一些缺 陷：(1) 剥离，气胀，污点，光泽不均，(5)凹凸不平，(6)小孔，降低耐蚀性，(8) 脆化。电镀之不良，前处理占很大的原因。2.1.3电镀前需要去除的典型淤物不良的前处理会造成缺陷，那我们就有必要了解一下前处理的主要对象有哪些, F面简单介绍一下电镀前需去处的典型淤物：润滑油切削油研磨油热斑(5)锈及腐蚀物(6)淬火残留物热处理盐(8) 热处理盐(9) 污迹(10)油漆及油墨2.1.4前处理的方法前处理的方法很多，这里只举例说明一下，具体工作中需要用到时再学习。1.喷砂除锈(abrasive blasting),2.滚筒除锈(tumbling),3.碱剂洗净(alkali

7、necleaning),5.溶剂洗净(solvent cleaning)， 6.蒸气脱脂(vapor degreasing)2.2电镀的原理电镀是烝得金廉保护层的有載方法由电镀得到的金属镀层结品细致、化学纯度巫(冶单金陽几结書力 好*根据冥际需要，可以有不同的电镀目肉如提高金属的抗腐蚀性*反光性，导电性，孚磁性軒懈世，増加 衷面硕度和耐磨性,修复磨损零仲，防止咼部稼碳、撫氮等。镀层金稱谨常是一些在空气和潘液豐不易起变 化、矍度狡大狗金朋如勰、钢、锌铜庚合金如铜锌合金、铜鍋合金等).电饿是种电忧孕过程，也足种駅化还原过程电按吋，将金属制件(成品或半咙品作为阴极、所谡金 网或合命柞为阳楹，分别抹于

8、钢或谨镐制的极榛.上而穩人含宵额层或井的电解液申、井通人程漩电U堪镀原理如图乳1所示.图中卫为直流电原;为变阻器皿为堪濂表 电镀的基本过程订镀翅为例加以叙述:将零件擾在金属盐 3沁妁暗液中杵为開极金朋綿板作为阳极，接通直流电源 后在零件上就盘沉积窗金用扱撫屈.其筑优还原过程如下：杵阴极t悔离于得到电干祁旗为強金属这是主骥厘嵐还 有氢离子还原为氮的副反应歩反应式为：Ni?+-2e NiEPT丰艇一亠H? E虽气在總阳极板上镰金属先去迥予变虑锲离于反丙，有河还有 副反应瓦式规下：Ni一十Nl+? I El-4( H沪 HJ+2沟了达到防护目的，对金属保护辰的基本藝求是：兰基 本金屣结合牢固附着力好

9、瞰空完螫.结晶细玫繁密*孔腺 率/貝。具有良好的物理、化学於力学性能: 具肓符合标准 规定的辱度、而2均匀*- 一 -I3T 丄 f七磁坤31阖我们常用的电镀有镀铬、镀镍等。下面我们将重点学习以下几种电镀。2.3 镀 铬2.3.1铬的性质(1) 色泽 :银白色，略带蓝色。(2)原子量 : 51996 。(3)比重 : 72。(4) 熔点:1900。C(5) 硬度 : 80010OOHB 。(6)标准电位 :为一071伏特。(7) 在潮湿大气中很安定，能长久保持颜色。(8) 硝酸,硫化物,碳酸塭及有机酸中很安定。(9) 易溶于塭酸及热浓硫酸。(10) 苛性钠溶液中铬阳极易溶解。(11)铬镀层耐热

10、性佳，在480C以下不变色，500 C以上才开始氧化，700C则硬度 下降。(12) 铬镀层优点为硬度高、耐磨性好、光反射性强。(13) 铬镀层缺点为太硬易脆、易脱落。(14) 铬的电位比铁负,钢铁镀铬是属于阳极性保护镀层，而铬本身于大气中易形成极 薄的钝态膜，所以耐腐蚀。(15) 铬镀层具多孔性，所以对钢铁腐蚀性不很理想，所以一般先镀铜，再镀镍最后 再镀一层铬才能达到防腐蚀及装饰的目的。(16) 铬镀层广泛应用在提高零件之耐腐蚀性、耐磨性、尺寸修补、反射光，及装饰 等用途。2.3.2镀铬的种类1. 传统式铬酸镀铬。2. 催化物铬酸镀铬。3. 自动催化铬酸镀铬。5. 熙色铬箪镀。6. 滚桶镀铬

11、。7. 多孔铬电镀。8. 微裂铬电镀。9. 无裂铬电镀。2.3.3镀铬之特性(1) 须严格控制浴温、电流密度、极距等操作条件(2) 均一性差，对复杂形状镀件需适当处理。(3) 电流效率很低，须较大电流密度。(4) 阳极采用不溶解性阳极，铬须用铬酸补充。(5) 电镀过程中不许中断(6) 形状不同镀件不宜同槽处理，须用不同的挂具(7) 镀件预热与浴温一致，附着性才会好。(8) 镀件要彻底活化，要带电入槽，附着性才艮好(9) 需用冲击电流(大于正常50-100% )在开始电镀较复杂形状镀件 约2-3分钟而后慢慢降至正常电流密度范围内。2.3.4 镀铬之影响因素CrO3浓度与导电度关系(2) 温度兴导

12、电度之关系CrO3浓度与电流效率之关系(4) 硫酸浓度之影响浓度低时，低电流密度下电流效率高，反之电流效率低(5) 三价铬的影响1. 三价铬很少时，沈积速率减媛。2. 三价铬很高时，镀层变暗。3. 三价铬增加，则导电度降低，需较大电压4. 三价铬愈多，光泽范围愈小。(6) 电流密度及温度的影向1. 镀浴温度升高，电流效率降低。2. 电流密度愈高，电流效率愈高。3高电流密度，低温则镀层灰暗，硬度高脆性大，结晶粗大4. 高温而低电流密度，镀层硬度小，呈乳白色，延性好，无网状裂纹，结晶细 致，适合装饰性的镀件。5中等温度及中等电流密度，镀层硬度高，有密集的网状裂纹，光亮硬质铬镀层。(7) 杂质的影响

13、1. 铁杂质，电解液不稳定，光泽镀层范围缩小，导电性变差,电压须增高，去除 铁杂质比三价铬还困难，要尽量防止铁污染，不要超过10g/l2铜、锌杂质，含量低时，对镀层影向不大，铜最好不要大于3g/l3硝酸，是镀铬最有害的杂质，镀浴须严禁带入硝酸污染(8) 阳极及电流分布之影响1阳极较大，电流分布较不均匀使镀层厚度不均勺2. 阳极面积大，三价铬形成较多。3复杂镀件，阳极宜用象形电极或辅助电极，使电流分布均匀。4. 阳极的铅易氧化，形成黑色的氧化铅及黄色的过氧化铅。过氧化铅导电性不良, 应立刻除去。5电流因尖端及边缘效应，造成镀层厚度不均，可采用绝缘物遮盖尖端或边缘。 2.3.5镀铬之挂架(Rack

14、)镀铬其镀浴均一性极差，电流效率很低，须使用较高电流密度，所以挂架之设计要 求对镀铬质量影响很大。其设计要点如下：(1) 安定不溶解。(2) 导电顺利不发熟，需足够截面积。(3) 与镀件接触良好。(4) 结构以焊接方式，导电钩要弯成直角(5) 非电镀部份要用绝缘物覆盖，以减少电流消耗。(6) 结构要简单、易制造、轻便。(7) 镀件放置位置要使气体自由逸出容易。(8) 应用辅助电极、双极电极。(9) 依镀件的形状、尺寸、数量及镀层用途等因素决定挂架之设计2.3.6 镀铬之缺陷及其原因(l) 镀层粗糙有颗粒1. 电流太大。2. 阴极保护不当或末装。3. 阴阳极太近。4. 表面前处理不好，5. 镀浴

15、有浮悬杂质，6. 硫酸太少。(2)镀层脱落1. 前处理不良。2. 中途断电。3. 中途加冷水。4. 预热不够。(3) 局部无镀层1. 电流太小。2. 镀件互相遮盖。3. 装挂不当，气体停滞。(4) 镀层不均匀1挂具接触不良。2 气体不易逸出。3阳极型状不当(5)沈积速度慢1. 电流太小。2. 三价铬太小。3. 二极间距太大。4. 镀件过大。5. 槽内镀件过多。(6)镀层暗色1. 温度太低。2. 硫酸此例太少。3. 三价铬太多。(7)镀层针孔1. 前处理不佳。2. 气体停滞镀件表面上。3. 镀件被磁化。4. 浮悬杂质。5. 表面活性剂。6. 镀浴有磁性粒子。2.3.7 三价铬电镀(1752/2752所采用的电镀)三价铭的电镀历史此六价铬久，其特点是只要六价铬所需的电流一半，电流效率较高，废液毒性小处理容易，但所用化学品