常用表面處理技術(shù)介紹

1、電鍍（電沉積）化學(xué)鍍電化學(xué)及化學(xué)轉(zhuǎn)化學(xué)（鋁 , 鎂 , 鈦及它們的合金化學(xué)氧化（鋁及其合金,鋼鐵等等）（鋼鐵上的鋅,鉻鍍層,鋁 ,鎂, 銅）磷酸監(jiān)處理（磷化）熱浸鍍（常用的有熱浸鋅, 錫 , 鋁 , 鉛 ）熱濆涂氣噴涂電弧噴涂 等離子噴涂 高頻感應(yīng)噴涂電濆涂達(dá)克羅 （Dacromet,浸入鋅 鋁 ,鋅 鋁等漿液中,形成涂層,然後烘烤干燥成膜 ）1.磷酸監(jiān)皮膜處理大陸稱為磷化處理1.1 磷酸監(jiān)皮膜處理2H3PO4+M M(H 2PO4)+H2 3M(H 2PO4)2 4H3PO4+M3(PO4)2 M(H2PO4)2 MHPO4+H3PO4生成的M3(H2PO4)2和 MHPO4為磷酸監(jiān)膜的主要

2、成分1.2 磷酸監(jiān)皮膜的性質(zhì)和用途(1) 耐蝕性在大氣條件下很穩(wěn)定,在有機(jī)油類,苯 ,苯及各種氣種體燃料中有很好的耐蝕性.但磷酸監(jiān)皮膜不耐酸,鹼 ,氨 ,海水及水蒸氣等.磷酸監(jiān)膜經(jīng)過封閉處理後能大大提高其耐蝕性.(2) 吸附性磷酸監(jiān)膜具有多孔構(gòu),有很好的吸附性,因此常用作油漆的底層和吸附潤(rùn)滑油後作為減摩層和潤(rùn)滑層.(3) 電絕緣性磷酸監(jiān)膜是高電阻膜層,有很好的電絕緣性,擊穿電壓為240250V,涂絕緣漆後可耐10001200V,又由於磷酸監(jiān)膜不影響透磁性,因此常用作電磁裝置的硅鋼片.(4) 不粘附熔融金屬的特性此特性用於在熱浸鋅,錫鉛合金時(shí)保護(hù)不需要浸涂部分.在澆鑄減摩合金和電機(jī)鑄鋁轉(zhuǎn)子時(shí) ,

3、將鋼膜作磷酸監(jiān)處理,以防粘附.1. 3鄰酸監(jiān)膜成機(jī)理和構(gòu)成1. 4 分類鋼鐵用化成處理劑鋁用化成處理劑鋅用化成處理劑不銹鋼用化成處理劑銅用化成處理劑鎂用化成處理劑其他化成處理劑涂裝打底用的化成處理劑塑性加工用化成處理劑防銹用化成處理劑耐磨用化成處理劑絕緣用化成處理劑塑膠疊片用化成處理劑涂裝打底用皮膜特點(diǎn):致密 , 均勻 , 薄得適當(dāng)結(jié)晶粗大會(huì)吸入涂料而減少光澤:不均勻會(huì)降低涂裝後的耐蝕性;由於磷酸監(jiān)膜很硬很脆,皮膜過厚的話,涂裝後遭後到彎曲或衝擊等外力時(shí),即使別無缺陷,也可能脫落.防銹用皮膜特點(diǎn):致密 , 均勻 , 厚度越厚越好,孔隙率越低越好.表 1.1 美軍規(guī)格MIL-C-16173C 要

4、求的磷酸監(jiān)皮膜的防銹性類型等補(bǔ)助加工監(jiān)水濆霧試驗(yàn)級(jí)磷酸鐵1施行另外規(guī)定的防銹油2施行MIL-L-3150 的潤(rùn)滑油243不補(bǔ)助加工1.54A進(jìn)行無機(jī)密封,不進(jìn)行補(bǔ)助加工244B進(jìn)行無機(jī)密封,施行MIL-L-3150 的潤(rùn)滑油72磷酸鋅1施行另外規(guī)定的防銹油2施行MIL-C-16173 Grade2 的不干性防銹油483不補(bǔ)加工24A進(jìn)行無機(jī)密封,不進(jìn)行補(bǔ)助加工244B進(jìn)行無機(jī)密封,施行防銹油或高熔點(diǎn)蠟.724C進(jìn)行無機(jī)密封,且染上規(guī)定色.244D進(jìn)行無機(jī)密封及染色,施行防銹油或蠟.724E進(jìn)行無機(jī)密封,施行規(guī)定的防銹油241. 5磷酸監(jiān)皮膜構(gòu)成皮膜化成溶液磷酸監(jiān)膜的成分及結(jié)構(gòu)形態(tài)鋼鐵表面鋅表面

5、鋅系磷酸監(jiān)皮膜劑Zn(PO4).4H2OZnFe(PO4)2.4H2OZn3(PO4).4H2O形態(tài)呈樹枝狀,晶粒垂直于金屬表面錳系磷監(jiān)皮膜劑(Mn, Fe)5H2(PO4).4H2O形態(tài)呈圓球形晶系的層狀結(jié)構(gòu),晶料排列平列於金屬表面.Zn3(PO4).4H2OMn5H2(PO4).4H2O鐵系磷酸監(jiān)皮膜劑Fe3(PO4)2ZnFe(PO4)2.4H2OFe3(PO4)21. 6磷酸監(jiān)化成工藝過6程及監(jiān)控脫脂水洗(除銹) 表面調(diào)整化成水洗封閉處理或烤漆化成工序的監(jiān)控參數(shù):游離酸度, 全酸度 , 雜質(zhì)含量.脫脂工序的監(jiān)控參數(shù):游離鹼度,全鹼度.表面調(diào)整:由於脫脂溶液中的硅酸監(jiān)使膜結(jié)晶粗糙,膜重增

6、加,不適合涂裝;同時(shí)強(qiáng)鹼溶液如 NaOH 也使鋅監(jiān)磷化膜粗糙變厚,並且低磷化膜的耐蝕性和柔韌性.活化晶核由於生成氫氧化物或氧化物的薄膜而減少,因此用弱鹼性的磷酸鈦監(jiān)溶液或草酸溶對(duì)鋼鐵表面進(jìn)行處理,可使大多數(shù)的晶核重新活化和復(fù)原,細(xì)化晶粒,增加晶粒數(shù).2. 陽(yáng)極氧化又稱為電化學(xué)氧化,陽(yáng)極化2.1 鋁及鋁合金的陽(yáng)極化2.1.1 氧化膜特性(1)多孔性硫酸陽(yáng)極化膜每平方微米大約有800 個(gè)孔,草酸陽(yáng)極化膜每平方微米大約有60個(gè)孔 .由於氧化膜具有多孔狀結(jié)構(gòu),所以膜層有很好的吸附性,對(duì)各種染料表現(xiàn)出很好的吸附能力,幫氧化膜能進(jìn)行化學(xué)著色,染成不同的顏色;另外也可在膜孔底部電沉積金屬,使氧化膜不僅具有防

7、護(hù)作用,還有裝飾作用.(2)良好的耐磨性由於陽(yáng)極化膜硬度高,因此耐磨性好.(3)氧化膜的電絕緣性和絕熱性良好的電絕緣性使陽(yáng)極化產(chǎn)品可作為電機(jī)和變壓器的繞線圈,但其缺點(diǎn)是彈性小.良好的絕熱性使有氧化膜存在的情況下,可防止零件在瞬間高溫的情況下熔化.2.1.2 分類硫酸陽(yáng)極化草酸陽(yáng)極化鉻酸監(jiān)陽(yáng)化磷酸陽(yáng)極化硼酸陽(yáng)極化普通陽(yáng)極化硬質(zhì)陽(yáng)極化:膜層硬度高,具有很好的耐磨性和耐蝕性.硬氧化膜大多用於鋁的活塞, 汽缸 , 液壓設(shè)備, 減震器 , 齒輪及其它鋁制零短時(shí)間的2000 C 高溫.因此硬氧化膜常作為一種能滿足特殊要求的功能性膜層.2.1.3 陽(yáng)極化的反應(yīng)過程和膜的構(gòu)成陽(yáng)極反應(yīng):Al-3e Al3+Al

8、 3+3O2- Al 2O3陰極反應(yīng):6OH- 3H2O+3O2-2H+2e H22.1.4 膜的組成未封閉膜: Al 2O378.9% Al2O3· H2O 0.5% Al2(SO4)320.2%H2O 0.4%水封閉後的膜:Al 2O361.7% Al 2O3· H2O17.6% Al2(SO4)317.9%H2O2.8%2.2 其他材料的陽(yáng)極氧化鈦和鈦合金的陽(yáng)極氧化2. 化學(xué)氧化化學(xué)氧化陽(yáng)極氧化(1) 成本低,生產(chǎn)效率高,收效快,可以大批量連續(xù)化生產(chǎn).(1)成本較高.(2)工藝穩(wěn)定,操作方便,設(shè)備簡(jiǎn)單 , 溶液易維護(hù), 零件大小和形狀不受限制.(2)由於零外加電源,零

9、件大小和形狀影響電力線和電流和分布.工藝特點(diǎn)(3)對(duì)鋼鐵,鋁 ,銅 ,銀,鋅,錫 ,鎘以及它們的合金均可進(jìn)行化學(xué)氧化 .此外化學(xué)氧化在某些功能性應(yīng)用領(lǐng)域也得到了令人滿意的效果.因此 ,近年來化學(xué)氧化技術(shù)得到了很大的發(fā)展.(3)常用的為鋁及其合金 , 鎂及鎂合金, 鈦及其合金的等材料陽(yáng)極氧化.(1) 膜薄,一般厚度為0.5-4 微米 .(1)膜厚(2)耐蝕好性好,硬度高,用於提高.(2)耐蝕性好,硬度高,用於提高.膜層特性(3)可得到某些陽(yáng)極化膜不能具有的功能性膜層如導(dǎo)電性氧化膜層(3)可得到某些特殊功能性的膜層,如在多孔膜中沉積磁性合金作記憶元件.太陽(yáng)能吸收板,超高硬質(zhì)膜等.3.1 鋁的化學(xué)氧

10、化1.1.1 分類純水氧化法磷酸監(jiān)氧化法鉻酸監(jiān)氧化法磷酸監(jiān) - 鉻酸監(jiān)氧化法鹼性氧化法酸性氧化法,可得到透明膜層1.1.2 後處理有填充處理,鈍化處理,噴涂處理等後處理以提高耐蝕性.1.1.3 鋼鐵的化學(xué)氧化因?yàn)榈玫侥佑沙尸F(xiàn)藍(lán)黑色的四氧化三鐵組成,所以又叫發(fā)藍(lán).發(fā)藍(lán)膜薄,通常為0.6-1.5 微米 ,因而耐蝕必差.但是由於其有很好的吸附性,經(jīng)過填充處理的發(fā)藍(lán)膜有較好的耐蝕性.如早期的槍炮管大多使用化學(xué)氧化後涂油,烏黑的油高外表.發(fā)藍(lán)膜薄,不影響零件的裝配尺寸;對(duì)表面光潔度高或拋光的精密件,發(fā)藍(lán)後表面既亮又黑,具有防護(hù)和裝飾的變重效果.因此發(fā)藍(lán)膜在精密儀器,光學(xué)儀器以及機(jī)械制造上廣為應(yīng)用.4

11、.化學(xué)鍍4.1 化學(xué)鍍的特性(1) 不需要通電,將鍍件直接浸入溶液即可.(2) 可在金屬,半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料上直接進(jìn)行.(3) 可在零件表面獲得厚度均勻的鍍層.(4) 通過自催化特性可得到任意厚度的鍍層.(5) 膜層空隙少,致密,具有很好的耐蝕性,很高的硬度和耐磨性.(6) 鍍液穩(wěn)定性差,更新快,成本比電鍍高.4.2 化學(xué)鍍種類鎳 , 銅 , 銀 , 鑽 , 金 , 鈀 , 鉑 , 銠等均可經(jīng)過化學(xué)鍍沉積到鍍件表面.但最常用的主要有化學(xué)鍍鎳和化學(xué)鍍銅.4.2.1 化學(xué)鍍鎳4.2.1.1 化學(xué)鍍鎳膜層特性化學(xué)鍍鎳膜層電鍍鎳層空隙少,致密多孔, 只有達(dá)到一定厚度(25 微米以上 )才能做到無孔.耐

12、蝕必好,12.5 微米厚的耐蝕性優(yōu)于耐蝕性不如化學(xué)鍍鎳層25 微米厚的電鍍鎳層光亮化學(xué)鍍鎳層的亮度不如電鍍亮鎳層的亮度管理,只能得到半光亮鍍層可得到全光亮的鍍層鍍層為鎳磷合金層,含磷10%以上的鍍層為非晶態(tài)鍍層.鍍層為純鎳組成,晶體結(jié)構(gòu)無論是半光亮還是不光亮鍍層脆性均 較大光亮鍍層脆性大,延性小.半光亮層有一定的韌性,暗鎳有較好的韌性.成本高, 在得到相同的鍍層的條件下,大約為電鍍鎳價(jià)格的5 倍 .成本比化學(xué)鍍鎳低.4.2.1.2 化學(xué)鍍鎳的沉積機(jī)理以次磷酸監(jiān)鍍液為例,首先是次磷酸根在固體催化表面上氧化脫氧,並生成亞磷酸根,反應(yīng)為 :H2PO2-+H2O H+HPO32-+2H吸附在催表面上的

13、活潑氫原子使鎳離子還原成金屬鎳,而本身則氧化為氫離子,Ni2+2H Ni+2H+同時(shí)溶液中的部分次磷酸根也被有附在催化表面上的活潑氫原子還原成單質(zhì)磷,H3PO2-+H P+H2O+OH-因此化學(xué)鍍鎳得到的是鎳磷合金層,而不是單一的鎳層.化學(xué)鍍鎳過程中會(huì)發(fā)生析氫副反應(yīng):2H H24.2.1.3 化學(xué)鍍鎳的工藝過程脫脂活化化學(xué)鍍4.2.1.4 塑膠電鍍與化學(xué)鍍塑膠電鍍的工藝過程:脫脂粗化（微觀粗化） 敏化（吸附易氧化的物質(zhì)） 活化（多用膠體鈀,通過與敏化步驟吸附的氧化物反應(yīng)獲得一層具有催化作用的金屬膜） 還原處理（消除殘餘活化物質(zhì)） 化學(xué)鍍鎳或鍍銅電鍍4.2.1.5 化學(xué)鍍鎳的用途石油管道,計(jì)算機(jī)

14、硬盤,耐磨元件等4.2.2 其它化學(xué)鍍的用途化學(xué)鍍銅主要用於非金屬材料表面金屬化,特別是印制電路板的孔金屬化,實(shí)現(xiàn)孔兩邊導(dǎo)通 .化學(xué)鍍銀用於生產(chǎn)保溫瓶（銀鏡反應(yīng),）裝飾物等5 .防銹油脂5.1 概述防銹油脂是在礦物油(或合成油)中加入油溶性緩蝕劑和其它輔助添加劑而組成的一種防銹材料.具有取材容易,成本較低,工藝簡(jiǎn)單,適應(yīng)性廣,防銹效果顯著等優(yōu)點(diǎn)廣泛用於機(jī)械制造過程及金屬製品的儲(chǔ)存. 運(yùn)輸過程中.它與氣相防銹材料,可剝性塑料共稱為暫時(shí)防銹中的三大防銹材料.3.2防銹油防銹的原理防銹油一般由油溶性緩蝕劑和溶解緩蝕劑的油類組成.油溶性緩蝕劑在分子結(jié)構(gòu)上都同時(shí)具備極性基團(tuán).非極性基團(tuán)使其能溶於油中,極

15、性基團(tuán)則使基能吸附在金屬表面, 延緩金屬腐蝕.油主要起保護(hù)緩蝕劑吸附分子,彌補(bǔ)吸附膜不完整之處保障油膜的厚度等作用.由緩蝕劑和油在金屬表面形成致密的吸附膜,有效阻水分子,氧氣,和其它腐蝕性介質(zhì)的浸入,從而阻止金屬腐蝕.5.3 防銹油應(yīng)具備的性能(1) 防銹性能良好(2) 無腐蝕性,與其所接的金屬或非金屬部件不起作用.(3) 對(duì)人體無害,無特殊臭味或其它刺激性氣味(4) 具有很好的化定性,在長(zhǎng)期儲(chǔ)存中不變質(zhì),不氧化 ,效果恆定.能有效防止有害氣體和水?dāng)U散到金屬表面,同時(shí)對(duì)手汗有一定的置換性.(5) 涂層不因溫度變化而流失或龜裂;涂層應(yīng)有一定的強(qiáng)度;涂層要薄,且除膜性好,並能適應(yīng)多種包裝材料的包裝

16、.5.4防銹油種類工序間防銹油 防銹潤(rùn)滑兩用油 封存防銹油 液體防銹油 硬膜油 軟膜油 溶劑稀釋型防銹油 不干性防銹油 半干性防銹油 干性防銹油6 真空鍍膜6.1 分類真空蒸鍍真空濺射鍍離子鍍共同特點(diǎn):在真空室內(nèi)（有時(shí)充有負(fù)壓的惰性氣體）實(shí)行氣相鍍覆的一類技術(shù)6.2 真空蒸鍍將零件與涂層材料同時(shí)放在鐘罩形的真空室內(nèi),涂層材料受熱蒸發(fā),蒸發(fā)出的分子（或原子）在自由行程內(nèi)與受鍍零件表面相遇,並不斷凝結(jié)成膜.鍍件可以是金屬,也可以是非金屬.涂覆材料只能選擇熔點(diǎn)低,蒸氣壓較高的材料,如鋅 ,銅 , 銀 , 金 , 鎳和鉻等.對(duì)低熔點(diǎn)金屬的鍍覆效果好, 只能用於鍍薄膜.真空蒸鍍目前主要用於制作各種薄膜電

17、子元件,沉積各種光學(xué)薄膜,以及在用陶瓷,金屬 ,塑料 ,人造寶石和紙質(zhì)制作的工藝美術(shù)品上沉積裝飾膜.6.3 陰極濺射鍍?cè)谡婵斩炔惶叩沫h(huán)境中,在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下,利用氣體放電時(shí)產(chǎn)生的高速正離子轟擊陰靶材料（鍍覆材料）,從靶表面濺射出原子或分子並沉積到基體（被鍍零件）表面上形成薄膜的技術(shù),或者說是利用濺射現(xiàn)象的成膜技術(shù).鍍件可以是組成強(qiáng)電場(chǎng)的陽(yáng)極,也可以是放在灰光放電區(qū)域內(nèi)其它位置的零件.零件充作陽(yáng)極的方法是直流雙極濺射法,是一種簡(jiǎn)單而標(biāo)準(zhǔn)的濺射法.濺射鍍膜層的附著力比蒸鍍強(qiáng),鍍覆材料不受熔點(diǎn)和蒸氣壓的限制,但濺射鍍的速度不如蒸鍍快.濺射鍍已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用.在表面強(qiáng)化和穩(wěn)定化方面,濺射鍍用於鍍

18、覆耐磨損層超硬合金層,耐蝕層和抗高溫腐蝕合金層等.用濺射鍍來裝飾塑料制品,外觀美麗,附著力好 .在電子和光學(xué)方面,濺射鍍有於制造大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路,高能紅外激光中的紅外反射膜.在磁性記錄方面,濺射鍍用於高密度和超高密度記錄的磁盤,磁帶和磁頭的磁性層.在能源方面,可用於濺鍍高效太陽(yáng)能結(jié)晶電池的硅膜,固體電介質(zhì)烯料電池中的氧化鉻薄膜,在太陽(yáng)能熱發(fā)電吸附板上濺鍍黑鉻等.6.4 離子鍍離子鍍是在真空蒸鍍和濺射鍍的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新技術(shù).在真空室內(nèi),鍍覆材料作為蒸發(fā)源之間會(huì)產(chǎn)生灰光放電,一部分氬氣產(chǎn)生電離,由電離生成的氬離子受負(fù)高壓基體的吸附轟擊基體,使基體受到離子的刻蝕清晰而除去上面吸附的污

19、染層.當(dāng)清洗完畢後再使蒸發(fā)源中的涂覆材料蒸發(fā),蒸發(fā)出的粒子地入灰光放電區(qū),其中一部分電離為正離子,受負(fù)高壓電場(chǎng)作有沉積在基體上.在發(fā)生沉積度的情況下,沉積層才能加厚,獲得所需的膜層.膜層有較高的附著力;繞鍍能力強(qiáng),基體各部分都能鍍上均勻的鍍層;離子鍍膜層有較高的質(zhì)量; 鍍前處理簡(jiǎn)單;可采有的基體材料和鍍覆材料簡(jiǎn)單;沉積速度與真空蒸鍍一樣高,可以用於制備厚膜.由於離子鍍技術(shù)可以鍍覆用於其它方法難以鍍覆的膜層,且有優(yōu)異的性能,因而應(yīng)用十分廣泛.離子鍍膜可作為耐蝕,耐熱,裝飾, 和耐磨等各種用途的膜層,在電子,原子能 .,航空航於及一般工業(yè)中都受到普遍的重視.如鍍鋁,水溶液電鍍鋁由於實(shí)困難,因而干鍍就顯得很重要.