銅表面拋光、著色技術(shù)研究本科畢業(yè)論文

1、安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）銅表面拋光、著色技術(shù)研究摘 要銅及其合金具有優(yōu)異的機(jī)械加工性能而廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)。為了提高銅及銅合金的抗蝕性及裝飾性能, 進(jìn)行表面著色處理是非常有效的處理方法。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是銅表面拋光、著色技術(shù)研究。著色預(yù)處理過程主要包括銅表面打磨，機(jī)械拋光，堿洗工序和酸洗工序等方面。預(yù)處理后進(jìn)行著色及后處理。本次試驗(yàn)的方案是按照預(yù)處理，著色及后處理的工藝流程來試驗(yàn)的，試驗(yàn)內(nèi)容是重點(diǎn)分析預(yù)處理各工序?qū)χЧ挠绊?。研究結(jié)果表明：預(yù)處理中堿洗時(shí)間的判定很重要。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的配方，黃銅一般清洗十秒鐘左右即可。堿洗時(shí)間短，除油不盡;時(shí)間過長,黃銅失光。此外，酸的濃度要合

2、適，要能夠把銅上的氧化物除盡。本實(shí)驗(yàn)配方一采用10%的硫酸溶液浸漬3分鐘;配方二，配方三采用10%的硝酸分別酸洗5分鐘和3分鐘。實(shí)驗(yàn)證明這三種配方效果較好。著色后用xrd，sem等對其進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)表面形貌比較均勻統(tǒng)一。關(guān)鍵詞：黃銅;堿洗;酸洗;檢測research on polishing and coloring technology of copper surfaceabstractcopper and its alloy has been widely used in many fields for their favorable physical and mechanical per

3、formance.to enhance the corrosion resistance and decoration,it,s necessary to color the surface.the topic of this graduation design is polishing and coloring technology of copper surface.coloring pretreatment process mainly include the copper surface polishing, mechanical polishing, alkaline cleanin

4、g process and pickling process, etc. after pretreatment ,copper need staining and post-treatment. this test plan is according to the preprocessing, coloring and post-treatment . test content mainly analyzes the impacts of pretreatment in each process on coloring effect.the results prove that : pretr

5、eatment of alkaline cleaning time on determination is important.according to the experiment formula, brass generally clean about ten seconds. if alkaline washinging time is short, brass can't completely remove oil. inversely, brass can completely remove oil. moreover, the concentration of the ac

6、id is suitable to be able to put off the oxide film on the copper surface. formula one use 10% sulfuric acid washing 3 minutes. formula two and formula three prepares 10% nitric acid for dipping 5 minutes and 3 minutes respectively. experimental results show that three kinds of formula effect is bet

7、ter. after staining, the xrd and sem for inspecting found the surface morphology of brass is uniform.key words: brass;alkali washing;acid washing ; inspecting目錄第1章 緒論.11.1 表面技術(shù).11.1.1 表面技術(shù)概述.11.1.2 表面技術(shù)的分類.1 1.1.2 表面技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用.21.2 銅和銅合金的著色技術(shù).2 1.2.1 銅和銅合金著色技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.2 1.2.2 銅和銅合金著色工藝.31.3 銅及銅合金簡述.

8、41.3.1 銅的物理性質(zhì).41.3.2 銅合金的種類及應(yīng)用.51.4 課題的研究內(nèi)容及研究意義.5 1.4.1 課題的研究內(nèi)容.5 1.4.2 課題的研究意義.5 1.5 本章小結(jié).5第2章 實(shí)驗(yàn)材料及方法.6 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備.6 2.1.1 原材料.6 2.1.2 實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑.6 2.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備.7 2.2 實(shí)驗(yàn)方法.8 2.2.1 工藝流程.8 2.2.2 試樣的前處理.9 2.2.3 著色.9 2.2.4 后處理.102.3 著色預(yù)處理拋光工藝.10 2.3.1 各種試劑對拋光效果的影響.10 2.3.2 各種工藝參數(shù)對拋光效果的影響.11 2.4 本章小結(jié).11第

9、3章 黃銅化學(xué)著色工藝的研究.12 3.1 配方一的實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析.13 3.2 配方二的實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析.17 3.3 配方三的實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析.193.4 本章小結(jié).22第4章 著色后黃銅的質(zhì)量控制及檢測.23 4.1 對著色后的試樣進(jìn)行外觀檢驗(yàn)、耐蝕性檢驗(yàn)，結(jié)合力檢驗(yàn).23 4.2 用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（sem）對試樣掃描.234.3 用x射線衍射儀（xrd）對試樣掃描.254.4 本章小結(jié).27結(jié) 論.28展 望.29致 謝.30參考文獻(xiàn).31附錄a：外文文獻(xiàn)及其譯文.32附錄b：主要參考文獻(xiàn)及摘要.41插圖清單圖2-1 堿洗藥品圖.6圖2-2 配方一藥品圖.6圖2-3 配方

10、二藥品圖.7圖2-4 配方三藥品圖.7圖2-5 數(shù)顯恒溫水浴鍋圖.7圖2-5 jb-5定時(shí)雙向數(shù)顯恒溫磁力攪拌器圖.7圖2-7 拋光機(jī).8圖2-8 場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖.8 圖2-9 著色工藝流程.8 圖4-1 原始黃銅試樣.15圖4-2 配方一實(shí)驗(yàn)三的黃銅著色試樣.15圖4-3 配方一實(shí)驗(yàn)四的黃銅著色試樣.17圖4-4 配方二實(shí)驗(yàn)二的黃銅著色試樣.19圖4-5 黃銅原始著色試樣.21圖4-6 配方三實(shí)驗(yàn)二的黃銅著色試樣.21圖4-7 配方三實(shí)驗(yàn)一，實(shí)驗(yàn)二的純銅片著色試樣.22圖5-1 配方一黃銅著藍(lán)青色膜層sem微觀表面形貌.23圖5-2 配方一黃銅著藍(lán)黑色膜層sem微觀表面形貌.24圖5

11、-3 配方一黃銅端面著藍(lán)青色膜層sem微觀表面形貌.24圖5-4 配方二黃銅著黑色膜層sem微觀表面形貌.25圖5-5 配方一黃銅著藍(lán)青色xrd圖譜.25圖5-6 配方一黃銅著藍(lán)黑色xrd圖譜.26圖5-7 配方二黃銅著黑色xrd圖譜.26圖5-8 配方三黃銅著古銅黃色xrd圖譜.27表格清單表1-1 銅的主要物理性質(zhì).4表1-2 銅的主要力學(xué)性能參數(shù).4表4-1 配方一第一次實(shí)驗(yàn)黃銅著色過程主要工藝參數(shù).13表4-2 配方一第二次實(shí)驗(yàn)黃銅著色過程主要工藝參數(shù).14表4-3 配方一第三次實(shí)驗(yàn)黃銅著色過程主要工藝參數(shù).15表4-4 配方一第四次實(shí)驗(yàn)黃銅著色過程主要工藝參數(shù).16表4-5 配方二第

12、一次實(shí)驗(yàn)黃銅著色過程主要工藝參數(shù).18表4-6 配方二第二次實(shí)驗(yàn)黃銅著色過程主要工藝參數(shù).19表4-7 配方三第一次實(shí)驗(yàn)黃銅著色過程主要工藝參數(shù).20表4-8 配方三第二次實(shí)驗(yàn)黃銅著色過程主要工藝參數(shù).21引言金屬著色是使金屬表面上產(chǎn)生一層既防銹又美觀、帶色澤的防護(hù)層。3 000 年前(即青銅器時(shí)代)，我們的祖先已將青銅器用烈火燒烤，讓其表面氧化成綠褐色的保護(hù)層，使青銅器表面層晶體略有變化，達(dá)到長期保存而不生銹、又改變青銅器色澤的目的。銅著色，可利用銅在硫化物溶液中易生成棕黑色硫化銅的特性，讓銅件與著色液中 k2s 直接作用；也可讓硫代硫酸鈉等鹽類化合物在強(qiáng)酸性的著色液中首先分解出 s 和 s

13、o2，然后由 s 與銅件反應(yīng)生成棕黑色的硫化銅吸附在銅件表面；還可向堿性溶液中加入氧化劑，使其在較高溫度下自然析出氧化能力很強(qiáng)的原子態(tài)氧o，將銅件表面氧化成銅鹽，而這種銅鹽會立即被水解成棕黑色氧化銅吸附在銅件表面。其他色澤的生成與投入著色液中的鹽類有關(guān)，但基本原理相似。市場上出售的各種金屬工藝品、家具，以及建筑材料上用的裝飾材料，基本上都屬于銅及銅合金表面著色件。銅的化合物很多，其中黑色化合物有硫化亞銅、硫化銅、氧化銅及硫氧化銅；呈藍(lán)色的化合物有氫氧化銅、碳酸銅及堿式碳酸銅；呈紅色的化合物有亞鐵氰化銅、氧化亞銅等。因此，利用銅化合物色澤豐富的特性，可在其他金屬(如黑色金屬)的表面先電沉積一層8

14、m以上的銅或銅合金鍍層，再進(jìn)行相關(guān)的金屬著色處理。建筑、裝潢及美術(shù)工藝品上著色，基本色澤有古銅色、古綠色、褐色、黑色等。著色方法有硫化法、氧化法及電化學(xué)法三大類。硫化法和氧化法無需直流電源等設(shè)施，故比較方便，成本又低，很受用戶青睞。市場上出售的濃縮著色液，其組成基本上是無機(jī)鹽類色素化合物，此類化合物在一定條件下與液內(nèi)其他化合物發(fā)生分解或復(fù)分解反應(yīng)，在著色液中生成帶色單晶體化合物，沉淀或吸附在物件表面，完成著色過程。- 47 -第1章 緒論 各種仿金色、仿古銅色等是近幾年發(fā)展起來的流行色, 它使電鍍與涂裝有機(jī)地結(jié)合而形成廣闊的領(lǐng)域, 使表面裝飾進(jìn)入了燦爛多彩的電鍍時(shí)代。古銅色具有古色古香, 色澤

15、稚致、色調(diào)莊重之特點(diǎn), 給人以美的享受,因此, 深受國內(nèi)外消費(fèi)者的歡迎。銅及其合金表面著色實(shí)際上就是使金屬銅與著色溶液作用，形成金屬表面的氧化物層、硫化物層及其它化合物膜層。選擇不同的著色配方和條件可得出不同的著色效果。例如，硫基溶液可被利用的有：硫化物（如硫化鉀、硫化銨等）、硫代硫酸納、多硫化物（如過硫酸鉀）等，其著色原理都是基于硫與銅產(chǎn)生硫化銅的特性反應(yīng)，在不同的反應(yīng)條件和配方中其它成份的參與下，可以形成黑、褐、棕、深古銅、蘭、紫等顏色。銅與氨的絡(luò)合作用及配方中其它離子參與反應(yīng)，在不同的反應(yīng)條件下也可以形成多種著色效果。在著色配方中氧化劑的加入能促進(jìn)反應(yīng)，但過多的氧化物會影響氧化膜的質(zhì)量。

16、通常的著色配方都需要經(jīng)過多次使用的實(shí)踐檢驗(yàn)后，才可投入正式使用1.1 表面技術(shù)1.1.1 表面技術(shù)概述表面技術(shù)主要是通過各種方法或途徑來改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu), 提高材料抵御環(huán)境作用能力和賦予材料表面某種功能特性, 以滿足人類各種需要的一項(xiàng)技術(shù)1。表面技術(shù)不僅是一門廣博精深和具有極高實(shí)用價(jià)值的基礎(chǔ)技術(shù), 還是一門新興的邊緣性學(xué)科。在學(xué)術(shù)上豐富了材料科學(xué)、冶金學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等學(xué)科,開辟了一系列新的研究領(lǐng)域。表面技術(shù)是產(chǎn)品加工工藝的重要工序之一。先進(jìn)的表面技術(shù)改善了產(chǎn)品質(zhì)量、增加花色品種、提高產(chǎn)品的附加值, 對拓寬國內(nèi)外市場有重要意義1。隨著我國工

17、業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，對各種設(shè)備零部件表面性能的要求越來越高，特別是在高速度、高溫、高壓、重載、腐蝕介質(zhì)條件下工作的零件，其材料的破壞往往自表面開始，諸如磨損、腐蝕、高溫氧化等，表面的局部損壞又往往造成整個(gè)零件的失效，最終導(dǎo)致設(shè)備停產(chǎn)。表面技術(shù)最大的優(yōu)勢就是使零件具有更高的耐磨性、耐蝕性和耐高溫性等，采用表面技術(shù)的平均效益高達(dá)5-20倍以上1。1.1.2 表面技術(shù)的分類表面技術(shù)有著廣泛的涵義, 綜合來看, 大致可分為以下幾個(gè)部分（1）表面技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用理論。（2）表面處理技術(shù)。包括表面鍍覆技術(shù)、表面改性技術(shù)和復(fù)合表面處理技術(shù)。（3）表面加工技術(shù)。（4）表面分析和測試技術(shù)。（5）表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)。表

18、面鍍覆技術(shù)涉及的范圍很廣, 包括傳統(tǒng)的電鍍以及近幾十年迅速發(fā)展起來的電刷鍍技術(shù)、摩擦電噴鍍技術(shù)、非金屬刷鍍技術(shù)、化學(xué)鍍技術(shù)和復(fù)合鍍技術(shù)等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 尤其是納米材料和納米技術(shù)的發(fā)展, 這些鍍覆技術(shù)的內(nèi)容將進(jìn)一步擴(kuò)展, 鍍覆層性能也將大幅提高。1.1.2 表面技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 表面技術(shù)的應(yīng)用所包含的內(nèi)容十分廣泛,可以用于耐蝕、耐磨、修復(fù)、強(qiáng)化、裝飾等。也可以是在光、電、磁、聲、熱、化學(xué)、生物等方面的應(yīng)用。表面技術(shù)所涉及的基體材料不僅有金屬材料,也包括無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料及復(fù)合材料。表面技術(shù)的種類很多,把這些技術(shù)恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用于構(gòu)件、零部件和元器件,可以獲得巨大的效益。 應(yīng)用表面工

19、程技術(shù),有可能在廣闊的領(lǐng)域中生產(chǎn)各種新材料和新器件。目前表面技術(shù)已在制備高tc(臨界溫度)、超導(dǎo)膜、金剛石膜、納米鍍層膜、納米粉末、納米晶體材料、多孔硅、碳-60等新型材料上起著關(guān)鍵作用。同時(shí)也是許多光學(xué)、光電子、微電子、磁性、量子、熱工、聲學(xué)、化學(xué)、生物等功能器件的研究和生產(chǎn)上最重要的基礎(chǔ)之一。1.2 銅和銅合金的著色技術(shù)1.2.1 銅和銅合金著色技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.研究現(xiàn)狀：（1）國內(nèi)研究現(xiàn)況銅的著色，作為一種防腐技術(shù)和裝飾技術(shù)可以追溯到3000年前的青銅時(shí)代，那時(shí)我們的祖先已經(jīng)采用高溫氧化和化學(xué)氧化的方法對金屬著色。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)也有了各種方法對金屬著色。總體來說，可

20、以分為化學(xué)著色法和電化學(xué)著色法。化學(xué)著色法: 銅及合金的化學(xué)著色法與普通金屬著色方法相同，即把銅及其合金試樣放入事先配好的著色液中，主要利用氧化膜表面的吸附作用，將染料或有色粒子吸附在膜層的空隙內(nèi)，或利用銅和銅合金表面與溶液進(jìn)行反應(yīng)，生產(chǎn)有色粒子而沉積在金屬表面，使試樣呈現(xiàn)出所要求的色彩。目前，國內(nèi)常用的化學(xué)著色方法有以下幾種：油墨色、古銅色和黑色。電化學(xué)著色法:(a)陰極電解沉積著色法該方法是將被著色器物置于適當(dāng)?shù)碾娊庖褐校恢镒鳛殛帢O，當(dāng)電流通過時(shí)，金屬微粒、金屬黑色氧化物和金屬微粒和氧化物的混合體，便沉積于陰極金屬的表面。(b)陽極氧化著色法電解含氫氧化鈉的水時(shí)，銅片作陽極，鐵片作陰

21、極，作為陽極的黃銅工件和電解產(chǎn)生的氧發(fā)生反應(yīng)生成橙紅色的氧化亞銅和黑色的氧化銅。黃銅表面所生成的顏色和電解時(shí)的電流密度、水的溫度及堿的濃度等因素有關(guān)，通過調(diào)節(jié)這些因素便可控制著色過程。（2）國外研究現(xiàn)況 國外的著色技術(shù)發(fā)展較早, 在上世紀(jì)年代美國就有采用化學(xué)氧化法在黃銅和青銅上著古銅色的專利報(bào)道 。近年來,美國一化學(xué)工業(yè)公司研制了一種化學(xué)處理劑, 加上特殊的施工技巧, 適合于規(guī)?；a(chǎn), 但對操作者要求較高, 應(yīng)用范圍有限。日本在銅及其合金的著色上研究較多, 大多為硫化物著色, 在著色方法上分為液相和氣相著色。其中氣相法著色采用硫化氫氣體直接與銅件表面反應(yīng), 獲得的古銅色膜層均勻、色調(diào)統(tǒng)一,

22、但設(shè)備要求高, 成本較高。韓國最近也有關(guān)于著古銅色方法的專利, 該方法利用氨水的易揮發(fā)性,將銅制品放置于密閉的裝有氨水或錢鹽與堿混合的過飽和溶液中,利用其飽和蒸汽進(jìn)行反應(yīng),從而獲得著色均勻的膜層。2.發(fā)展趨勢： 由于銅具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、輕工、儀表及民用等領(lǐng)域中。但其在空氣中不穩(wěn)定，容易氧化，在含有二氧化硫，硫化氫等腐蝕介質(zhì)的大氣中，易受到強(qiáng)烈的腐蝕。今年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，以及產(chǎn)品更新?lián)Q代及出口的需要，采用銅本色直接用于產(chǎn)品已越來越不能滿足需要，并且人們對一些日用生活用品的外觀色彩也有了進(jìn)一步要求，已不能滿足過去那種單調(diào)的鍍鉻或黃金色鍍層作

23、為表面裝飾色調(diào)，而且更趨于色澤更加豐富、格調(diào)更加高雅別致的表面裝飾。因此銅表面著色技術(shù)具有很好的發(fā)展前景。1.2.2 銅和銅合金著色工藝1(1)預(yù)處理：內(nèi)容主要包括化學(xué)脫脂、表面打磨、拋光等平整光潔處理和表面活化二個(gè)方面?；瘜W(xué)拋光是預(yù)處理最關(guān)鍵的一步, 直接影響著著色效果。金屬制件預(yù)處理的質(zhì)量要求： 制件表面光整度的質(zhì)量評定，首先是外觀檢查，也就是用肉眼或放大鏡對表面檢查最基本的要求，認(rèn)真查看表面是否有劃痕、缺陷鼓泡、斑塊、麻點(diǎn)、針孔等等，并初步估計(jì)是否合乎要求。然后在進(jìn)行儀器檢測，檢測的項(xiàng)目有表面顯微組織形貌、表面粗糙度以及表面光亮度等。a. 表面光潔處理 即通過機(jī)械拋光、脫脂、水洗、等過程

24、除去表面上的潤滑油，毛刺、砂眼、氣泡、劃痕、氧化皮和各種宏觀缺陷, 提高表面的平整度和降低粗糙度, 可保證著色處理后工藝品的質(zhì)量。b. 電化學(xué)拋光、化學(xué)拋光 電化學(xué)拋光是金屬制品表面的陽極電化學(xué)浸蝕過程。在特定的溶液中進(jìn)行陽極電解, 使金屬表面平滑并產(chǎn)生金屬光澤的工藝過程就稱為電化學(xué)拋光。電化學(xué)拋光時(shí),零件接陽極, 通電時(shí)零件表面會產(chǎn)生電阻率高的稠性粘膜, 其厚度在零件表面是不均勻的, 表面微觀凸出部分較薄, 電流密度較大, 金屬溶解較快。表面微觀下凹處較厚, 電流密度較小, 金屬溶解較慢。由于稠性粘膜和電流密度分布的不均勻性, 微觀凸出處尺寸減少快, 微觀下凹處尺寸減少慢, 使零件表面粗糙度

25、降低, 從而達(dá)到整平的目的。電化學(xué)拋光, 除用于金屬表面精飾加工的預(yù)處理,還常作為金屬表面精飾加工的主要過程。 化學(xué)拋光是金屬制品表面在特定條件下的化學(xué)浸蝕過程。把零件放在合適的化學(xué)介質(zhì)中, 利用化學(xué)介質(zhì)對金屬表面的尖峰區(qū)域溶解速度比凹谷區(qū)域溶解速度快的特點(diǎn), 實(shí)現(xiàn)材料表面的拋光, 就稱為化學(xué)拋光?；瘜W(xué)拋光適合復(fù)雜形狀和各種尺寸的零件，生產(chǎn)效率高1。c表面活化 由于稀硫酸溶液能使銅的氧化物很好地溶解而容易發(fā)生過腐蝕現(xiàn)象, 因此, 通常選用的活化液是采用3%5%的硫酸或5%10%的硝酸，并在其浸數(shù)分鐘, 溫度 ： 30。c70 。c ，其目的是出除去氧化膜，以保證著色層與金屬的牢固結(jié)合。（2）銅

26、和銅合金的著色方法有多種如化學(xué)著色法，電化學(xué)著色等，本實(shí)驗(yàn)采用化學(xué)著色法。（3）后處理 著色后用濕布或毛刷擦拭, 有利于除去著色過程中制件表面上產(chǎn)生的沉渣及浮灰,使著色膜光亮美觀。由于著色膜薄, 其耐候性及穩(wěn)定性差, 表面涂覆一層有機(jī)清漆保護(hù)膜, 提高著色效果。1.3 銅及銅合金簡述.1.3.1 銅的物理性質(zhì).表1-2 銅的主要力學(xué)性能參數(shù)狀態(tài)/mpa0.2/mpa-1/mpa/mpa/%/%hb退火冷加工24045070380901201100001200005067535451201.3.2 銅合金的種類及應(yīng)用常用的銅合金分為黃銅青銅白銅3大類，其特點(diǎn)如下：黃銅 以鋅作主要添加元素的銅合金

27、具有美觀的黃色統(tǒng)稱黃銅。銅鋅二元合金稱普通黃銅或稱簡單黃銅。三元以上的黃銅稱特殊黃銅或稱復(fù)雜黃銅。含鋅低于36%的黃銅合金由固溶體組成具有良好的冷加工性能如含鋅30%的黃銅常用來制作彈殼俗稱彈殼黃銅或七三黃銅。青銅 原指銅錫合金后除黃銅白銅以外的銅合金均稱青銅并常在青銅名字前冠以第一主要添加元素的名。錫青銅的鑄造性能減摩性能好和機(jī)械性能好適合於制造軸承蝸輪齒輪等。鉛青銅是現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)和磨床廣泛使用的軸承材料。鋁青銅強(qiáng)度高耐磨性和耐蝕性好用於鑄造高載荷的齒輪軸套船用螺旋槳等。/和磷青銅的彈性極限高導(dǎo)電性好適於制造精密彈簧和電接觸元件。白銅 以鎳為主要添加元素的銅合金。銅鎳二元合金稱普通白銅加有錳鐵

28、鋅鋁等元素的白銅合金稱復(fù)雜白銅。工業(yè)用白銅分為結(jié)構(gòu)白銅和電工白銅兩大類。結(jié)構(gòu)白銅的特點(diǎn)是機(jī)械性能和耐蝕性好色澤美觀。這種白銅廣泛用於制造精密機(jī)械化工機(jī)械和船舶構(gòu)件。電工白銅一般有良好的熱電性能。錳銅康銅考銅是含錳量不同的錳白銅是制造精密電工儀器變阻器精密電阻應(yīng)變片熱電偶等用的材料。1.4 課題的研究內(nèi)容及研究意義1.4.1 課題的研究內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是銅表面拋光、著色技術(shù)研究。著色預(yù)處理過程主要包括銅表面打磨，機(jī)械拋光，堿洗工序和酸洗工序等方面。預(yù)處理后進(jìn)行著色及后處理。本次試驗(yàn)的方案是按照預(yù)處理，著色及后處理的工藝流程來試驗(yàn)的，試驗(yàn)內(nèi)容是重點(diǎn)分析預(yù)處理各工序?qū)χЧ挠绊憽?.4.2

29、 課題的研究意義銅的著色技術(shù)得到的各種工藝品一直是人們所喜愛的裝飾品和實(shí)用品。但銅及銅合金在大氣環(huán)境下性質(zhì)活潑, 容易氧化產(chǎn)生銅銹,嚴(yán)重影響工藝品觀賞性,因而對銅及合金進(jìn)行表面防腐裝飾處就理顯得非常必要。和金銀首飾不同,銅一般的采用轉(zhuǎn)化膜著色技術(shù)。著色是指金屬在特定介質(zhì)中采用化學(xué)或電化學(xué)方法使其表面生成帶色的膜層, 或?qū)⒕哂幸欢ㄏ堵实难趸づc染色溶液中的顏料相互作用, 使金屬表面呈現(xiàn)所需要的顏色。通過表面著色技術(shù),可以使銅得到黑色、古銅色、棕色、仿金色等高雅別致的流行色, 有利于提高產(chǎn)品檔次,增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力。此外,在銅表面著色不僅有很裝飾作用, 而且有很好的耐腐蝕、耐磨保護(hù)功能。1.5 本章小

30、結(jié) 本章介紹了表面技術(shù)的定義，分類應(yīng)用，銅合金的現(xiàn)今發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢等，同時(shí)介紹銅的物理性質(zhì)，銅合金的應(yīng)用范圍及本次著色實(shí)驗(yàn)的著色理論依據(jù)。第2章 實(shí)驗(yàn)材料及方法2.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備2.1.1 原材料 拋光原材料：砂紙，拋光機(jī)，黃銅著色原材料：黃銅（10mm*10mm*55mm），銅片2.1.2 實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑（1）堿洗所用化學(xué)試劑 naoh na2co3 na3po4·5h2o na2sio3 圖2-1 堿洗藥品圖 (2) 酸洗所用化學(xué)試劑 h2so3 hno3（3）著色所用化學(xué)試劑a. 配方一所用化學(xué)試劑 h2so3 cuso4.5h2o seo2 過硫酸銨 乙酸 聚丙烯酸

31、鈉圖2-2 配方一藥品圖b. 配方二所用化學(xué)試劑 k2s naoh 圖2-3 配方二藥品圖c. 配方三所用化學(xué)試劑 k2s nh3cl圖2-4 配方三藥品圖2.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器 圖2-5 數(shù)顯恒溫水浴鍋圖 圖2-6 jb-5定時(shí)雙向數(shù)顯恒溫磁力攪拌器圖圖2-7 拋光機(jī) 圖2-8 場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖x射線衍射儀，電子天平，燒杯，玻璃棒，繩子，鑷子，勺子等2.2 實(shí)驗(yàn)方法2.2.1 工藝流程機(jī)械打磨化學(xué)除油水洗 酸洗水洗 著色吹干后處理 檢測及性能檢測 圖2-9 著色工藝流程2.2.2 試樣的前處理（1）砂紙打磨將黃銅用不同型號的砂紙打磨（由于在購買黃銅時(shí)，黃銅表面上的銹跡及大部分夾雜物

32、已被處理掉，故而不需機(jī)械打磨），以使其表面光潔，無雜物及無劃痕等表面缺陷。將打磨后的黃銅用清水沖洗，然后用吹風(fēng)機(jī)將其干燥。（2）化學(xué)除油銅及其合金零件一般用堿性除油的方式，其目的要是出去銅合金表面上的油污，保證在后續(xù)的著色能順利進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)采用堿性除油，其配方如下：naoh 1015g/lma2co3 23 g/lna3po4.12h2o 57 g/lna2sio3 0.51 g/l (3) 酸洗 由于黃銅經(jīng)除油后，在空氣中會很快生產(chǎn)一層很薄的氧化物薄膜，故而采用3%10%的硫酸溶液或5%10%的硝酸溶液對堿洗后的黃銅酸洗以去除黃銅表面上的氧化膜，以便于下一步著色。（4）水洗將酸洗后的黃銅放在

33、蒸餾水中把其表面上的酸液洗掉以免與下一步的著色液發(fā)生反應(yīng)從而影響著色效果。2.2.3 著色黃銅著古銅色主要是通過化學(xué)反應(yīng)在其表面生成一層帶有黑色或深褐色的氧化膜，然后在將其洗凈，干燥以得到良好的效果。本實(shí)驗(yàn)使用硫化處理和過硫化物處理來對其著色。a.配方一(過硫化物著色)：h2so3 510g/lcuso4·5h2o 2540g/lseo2 0.51.5g/l過硫酸銨 45g/l乙酸 1015g/l聚丙烯酸鈉 02 g/lt 室溫可稀釋至23倍 ph<2(硫酸調(diào))b.配方二（硫化物著色）：k2s 320g/lnaoh >60g/lt 室溫ph >=14c.配方三（硫化

34、物著色）：k2s 512.5g/lnh4cl 20200g/lt 數(shù)分鐘2.2.4 后處理著色后用濕布或毛刷擦拭，有利于除去著色過程中制件表面上產(chǎn)生的沉渣及浮灰，使著色膜光亮美觀。由于著色膜薄，其耐候性及穩(wěn)定性差，表面涂覆一層有機(jī)清漆保護(hù)膜，能提高著色效果1。2.3 著色預(yù)處理拋光工藝金屬的化學(xué)拋光是金屬在特定條件下的一種腐蝕,其結(jié)果是使金屬獲得細(xì)致光亮的表面,為此,所用溶液必須能抑制金屬由于表面狀態(tài)和結(jié)晶組織所制約的選擇性溶解,故溶液的性能選擇起著決定的作用。在常用的溶液中一般認(rèn)為:一是在金屬與溶液的界面間由溶液和腐蝕產(chǎn)物形成粘度較大的所謂粘膜層。當(dāng)本體溶液擴(kuò)散到金屬表面進(jìn)行腐蝕時(shí),由于粘膜

35、的存在以及它對金屬表面微觀凹凸不平部分的阻礙不同,腐蝕的速度也不同。凸起部分粘膜薄,腐蝕速度較大,凹陷部分粘膜厚,腐蝕速度較小,因而使金屬表面得到整平或拋光。屬于這一類的溶液一般都含有粘度較大的磷酸以及能直接溶解銅的氧化性酸等的混合液,二是金屬表面被溶液的氧化劑氧化,生成一層完整、但并不結(jié)實(shí)的氧化膜。由于金屬表面微觀不平的差異,凸處溶液的擴(kuò)散速度快,氧化膜的生成和溶解速度也快;凹處氧化膜的生成和溶解慢從而使金屬表面達(dá)到整平或拋光2。2.3.1 各種試劑對拋光效果的影響a.硫酸含量對拋光效果的影響硫酸拋光效果主要作用是溶解工件上的氧化皮,硫酸含量過低時(shí),則去除氧化皮能力很差,含量過高時(shí),亮度低,

36、表面發(fā)麻。所以,硫酸含量以20一30ml為宜3。另外，硫酸含量過高時(shí)會加速黃銅的腐蝕，所以要注意控制其含量.過氧化氫含量對拋光效果的影響 根據(jù)化學(xué)方程式2h2o2=2h2o+o2,可知過氧化氫含量越大，生成的氧氣越多，越易與銅反應(yīng)生產(chǎn)黑色的氧化銅，但含量過多時(shí)能夠讓著色液的穩(wěn)定性下降從而影響溶液的穩(wěn)定性及銅表面的著色效果。在酸一過氧化氫一脂肪醇的體系中,溶液的粘度低,銅亦不溶于單獨(dú)的酸中,拋光過程形成棕色的氧化膜,而且凡拋光效果優(yōu)良的表面在過程中所生成的氧化膜都完整、均勻,可見氧化膜在其中的作用是明顯的。由由子脂肪醇在銅表面的吸附,溶液中的過氧化氫在酸性介質(zhì)中將銅氧化成氧化銅而且成膜。所生成的

37、氧化膜又處于活化和鈍化狀態(tài)之間,它既能使銅的氧化速度減慢,又可溶于溶液的酸中。同時(shí)在金屬表面微觀凹凸部分保持著明顯的差異,不像在酸度高的溶液。由于氧化和溶解幾乎同時(shí)進(jìn)行,金屬表面不易成膜2。b.過氧化氫含量對拋光效果的影響根據(jù)化學(xué)方程式2h2o2=2h2o+o2,可知過氧化氫含量越大，生成的氧氣越多，越易與銅反應(yīng)生產(chǎn)黑色的氧化銅，但含量過多時(shí)能夠讓著色液的穩(wěn)定性下降從而影響溶液的穩(wěn)定性及銅表面的著色效果。在酸一過氧化氫一脂肪醇的體系中,溶液的粘度低,銅亦不溶于單獨(dú)的酸中,拋光過程形成棕色的氧化膜,而且凡拋光效果優(yōu)良的表面在過程中所生成的氧化膜都完整、均勻,可見氧化膜在其中的作用是明顯的。由由子

38、脂肪醇在銅表面的吸附,溶液中的過氧化氫在酸性介質(zhì)中將銅氧化成氧化銅而且成膜。所生成的氧化膜又處于活化和鈍化狀態(tài)之間,它既能使銅的氧化速度減慢,又可溶于溶液的酸中。同時(shí)在金屬表面微觀凹凸部分保持著明顯的差異,不像在酸度高的溶液。由于氧化和溶解幾乎同時(shí)進(jìn)行,金屬表面不易成膜2。c.冰醋酸含量對拋光含量的影響 隨著hac含里的增加,可提升反應(yīng)速度與亮度.試鹼表明,當(dāng)含量增到150ml時(shí),亮度變化不大。因此,控制在110一120ml.若使用乙酸(含量36%),便增加了溶液中的水份,反應(yīng)速度加快（在相同條件下,拋光速度遞增1339g/min.dm，溫度30c,時(shí)間3min的條件下測定)整平性保持不變,亮

39、度偏低,使鉛黃銅、青銅拋光面略發(fā)麻。所以,最好使用冰醋酸3。2.3.2 各種工藝參數(shù)對拋光效果的影響a.拋光時(shí)間對拋光效果的影響依工件材料、表面狀態(tài)和公差要求的不同而定。在工藝規(guī)范內(nèi),時(shí)間越長,整平性及光亮度越好。時(shí)間不易過長（否則影響光亮度）。一般情況下隨時(shí)間的延長而加快3。適當(dāng)?shù)膾伖鈺r(shí)間有助于使銅表面變得光亮。b.拋光次數(shù)對拋光效果的影響拋光次數(shù)對拋光效果有很明顯的效果不可忽視，實(shí)驗(yàn)證明拋光次數(shù)越多，銅表面上的雜物越少，因此黃銅越光亮。因而在前期處理時(shí)應(yīng)多用砂紙打磨，拋光機(jī)打磨，多觀察等，待打磨后放到堿洗液中除油。2.4 本章小結(jié)本章主要介紹了實(shí)驗(yàn)所用的原材料，化學(xué)試劑,實(shí)驗(yàn)設(shè)備,實(shí)驗(yàn)的工

40、藝流程，前處理，著色，后處理，實(shí)驗(yàn)的配方等相關(guān)內(nèi)容，并介紹了拋光的基本知識，各種化學(xué)試劑對黃銅的拋光效果以及一些工藝參數(shù)如拋光次數(shù)，拋光時(shí)間等對黃銅的拋光效果。這些知識為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行提供了豐富的理論基礎(chǔ)。第3章 黃銅化學(xué)著色工藝的研究3.1 配方一的實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析a. 第一次實(shí)驗(yàn)：(1)根據(jù)第2章所給的配方對堿洗液，酸洗溶液和著色溶液進(jìn)行配制。配制堿洗溶液：首先，用勺子從放藥品的瓶子中依次取出藥品放在天平上稱取后放入燒杯中，記錄的數(shù)據(jù)如下：naoh 1.04 gna2co3 2.14g na3po4·12h2o 5.20 gna2sio3 0.9 g向燒杯中倒入蒸餾水直至100ml溶液,并用玻璃棒不斷攪拌或放在攪拌器中攪拌直至溶液均勻。其次，配制5%的h2so3溶液：取硫酸30ml放入燒杯中，并向燒杯中加水得到600ml溶液。最后，配制著色溶液，根據(jù)堿洗溶液的配制方法，詳細(xì)數(shù)據(jù)如下：著色配方：cuso4·5