電鍍、化學(xué)鍍新技術(shù)

1、中國石油大學(xué)（華東）,第四章 電鍍、化學(xué)鍍新技術(shù),材料物理系 二零壹零年九月,表面工程技術(shù)與緩蝕劑,上兩次課重點(diǎn)內(nèi)容,表面工程的概念：非常重要 表面工程學(xué)科體系：二級(jí)包括五部分 表面工程技術(shù)兩種分類方式：四種和五種 表面工程技術(shù)的應(yīng)用：五大方面（P5） 固體表面構(gòu)成示意圖：（P15） 固體表面的分類：三種 吸附的概念：（P24） 物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別聯(lián)系：五區(qū)別三聯(lián)系 表面前處理技術(shù)內(nèi)容：四部分 表面整平的手段：七種 磷化的概念：（P58） 鈍化理論：（P62）,電鍍飾物和設(shè)備,鍍金,電鍍紐扣,鍍銀,手機(jī)外殼電鍍生產(chǎn)線,八工位電鍍槽,電鍍用鈦陽極,什么是電鍍？電鍍液成分？電沉積過程如何？影

2、響鍍層質(zhì)量的因素有哪些？對五花八門的電鍍工藝了解多少？,電刷鍍和化學(xué)鍍,對電刷鍍了解多少知識(shí)？ 電刷鍍的是如何工作的？ 電刷鍍有什么特點(diǎn)？ 電刷鍍應(yīng)用價(jià)值大不大？,化學(xué)鍍是如何實(shí)現(xiàn)的？ 化學(xué)鍍都應(yīng)用在哪里？,表面著色如何實(shí)現(xiàn)呢？,第一節(jié) 電鍍基本知識(shí),電鍍概念（教材P69） 電鍍是指在外電流作用下，電解質(zhì)水溶液中的金屬離子遷移到作為陰極的被鍍基體金屬表面，發(fā)生氧化還原反應(yīng)并沉積形成鍍層的一種表面工程技術(shù)。 理解電鍍要把握這么幾點(diǎn)： 電鍍是金屬電沉積形成涂層的技術(shù)之一； 要有外加電流，從而能夠發(fā)生氧化還原反應(yīng)，這是必要條件之一； 在電解質(zhì)溶液中進(jìn)行，這也是進(jìn)行電鍍的必要條件之一； 目的是在工間表

3、面獲得一層薄鍍層來改變材料表面的特性，提高耐蝕性、耐磨性、裝飾性等功能。,電鍍基本知識(shí),第一節(jié) 電鍍基本知識(shí),電鍍液的組成和作用 電鍍液一般由主鹽、附加鹽、緩沖劑、陽極活化劑和添加劑組成。 電鍍液大多是水溶液，特殊情況下使用有機(jī)溶液或熔鹽鍍液。 主鹽：指能在陰極上沉積出所要求鍍層金屬的鹽類 有單鹽（鍍層粗燥）和絡(luò)鹽（結(jié)晶細(xì)致鍍層） 附加鹽：也稱為導(dǎo)電鹽，是電鍍液中除主鹽以外的某些堿金屬或堿土金屬鹽類 主要作用是提高電鍍液的導(dǎo)電性，有的還略微提高陰極極化，改善鍍層質(zhì)量,第一節(jié) 電鍍基本知識(shí),緩沖劑：一般由弱酸和弱酸鹽或弱堿和弱堿鹽組成的用來穩(wěn)定溶液酸堿度的物質(zhì)，能使溶液在遇到酸或堿時(shí)，溶液的PH

4、值變化幅度縮小。 陽極活化劑：是鍍液中能促進(jìn)陽極活化的物質(zhì)，它能提高陽極開始鈍化的電流密度，從而保證陽極不容易被鈍化，使陽極處于活化狀態(tài)而能正常地溶解。 添加劑：是為了改善電鍍?nèi)芤盒阅芎湾儗淤|(zhì)量，在電鍍液中加入的少量有機(jī)物。 各種電鍍液對添加劑的使用是有選擇性的，往往通過實(shí)驗(yàn)來確定。,第一節(jié) 電鍍基本知識(shí),電鍍反應(yīng)（學(xué)過？） 電鍍反應(yīng)包括兩部分電化學(xué)反應(yīng)：陰極和陽極 電極電位和極化（學(xué)過？） 平衡電極電位（雙電層結(jié)構(gòu)圖）通電后 電極極化 電化學(xué)極化、濃差極化過電位和溶液的歐姆電壓降 金屬的電沉積過程和共沉積 電鍍包含的主要過程就是金屬的電沉積過程 指鍍液中的金屬離子在外電場的作用下，經(jīng)電極反應(yīng)

5、還原成金屬原子并在陰極上進(jìn)行金屬沉積的過程 完成這個(gè)電沉積過程須經(jīng)過下面三個(gè)步驟來進(jìn)行：,電沉積過程,速度最慢的一個(gè)被稱為整個(gè)沉積過程的控制環(huán)節(jié) 每個(gè)過程對電鍍的影響是不同的,陰極金屬 離子被消耗,溶液中離子陰極轉(zhuǎn)移,離子在電極表面轉(zhuǎn)化,離子放電生成金屬原子,金屬原子擴(kuò)散到結(jié)晶點(diǎn),排列成晶格形成鍍層,第一節(jié) 電鍍基本知識(shí),影響鍍層質(zhì)量的因素,濃度提高，晶核形成速度降低 ，形成粗大結(jié)晶鍍層,雜質(zhì)的來源比較復(fù)雜 影響也比較復(fù)雜,顯著改善鍍層的某些性能 選擇性加入影響鍍層質(zhì)量,濃度改善鍍液的導(dǎo)電性 有利于形成細(xì)晶鍍層,第一節(jié) 電鍍基本知識(shí),最佳的pH值往往要通過試驗(yàn)決定,大小要合適,通過陰極電位和電

6、流密度的變化來影響陰極沉積過程,合理提高鍍液溫度利于提高質(zhì)量,提高鍍層質(zhì)量,材料本身結(jié)合、鍍前加工狀況,其他機(jī)械的、電學(xué)的、幾何因素,第一節(jié) 電鍍基本知識(shí),電鍍的分類,金屬 電沉積方式,電鍍,其他 特殊電鍍,電鍍 裝置,鍍層 功能,單金屬電鍍,合金電鍍,復(fù)合電鍍,槽 鍍,滾 鍍,刷 鍍,防護(hù)性電鍍,耐磨性電鍍,裝飾性電鍍,切削性電鍍,功能性電鍍,非晶態(tài)電鍍,脈沖電鍍,非金屬電鍍,一、合金電鍍： 合金電鍍的特點(diǎn)： 合金共沉積的過程比單金屬電鍍復(fù)雜 合金鍍層具有許多單金屬鍍層所不具備的特殊性能 具有與熱熔法制備的合金所不具備的特點(diǎn) 合金電鍍（即金屬共沉積）的基本條件： 對單金屬來說，金屬離子在溶液

7、中達(dá)到沉積電位就可以在陰極還原析出 一是兩種金屬中至少有一種金屬能單獨(dú)從其鹽類的水溶液中沉積出來 二是兩種金屬的析出電位應(yīng)充分接近或相等 實(shí)現(xiàn)金屬共沉積的措施： 選擇金屬離子合適的價(jià)態(tài)； 改變鍍液中金屬離子的濃度； 采用絡(luò)合劑； 采用添加劑,第二節(jié) 合金電鍍、復(fù)合電鍍及其他特殊電鍍技術(shù),第二節(jié) 合金電鍍、復(fù)合電鍍及其他特殊電鍍技術(shù),二、復(fù)合電鍍： 定義：用電鍍方法使固體微粒與金屬共沉積，從而在基體上獲得基質(zhì)金屬上彌散分布微粒結(jié)構(gòu)的復(fù)合鍍層 特點(diǎn)： 復(fù)合鍍層綜合了其組成相的優(yōu)點(diǎn)； 鍍覆材料廣泛，同一種基質(zhì)金屬可沉積一種或數(shù)種性質(zhì)各異的固體微粒，同一種固體微粒也可沉積在不同的基質(zhì)金屬中； 加工過程

8、不需要高溫，可制取有機(jī)材料和金屬組成的復(fù)合鍍層，且工件不易變形； 可沿用原來的電鍍裝置，方便又經(jīng)濟(jì)，可降低基體材料成本，節(jié)省大量貴金屬； 缺點(diǎn)是鍍層厚度不夠均勻，工藝實(shí)施存在一些困難。 機(jī)理： 復(fù)合電沉積是一個(gè)復(fù)雜的過程，在這過程中，金屬離子的析出、鍍層的成長和分散粒子向陰極表面的吸附是同時(shí)進(jìn)行的。,第二節(jié) 合金電鍍、復(fù)合電鍍及其他特殊電鍍技術(shù),三、其他特殊電鍍技術(shù) 非晶態(tài)電鍍 脈沖電鍍 激光電鍍 閃鍍 機(jī)械電鍍 多層電鍍 非金屬電鍍,第三節(jié) 點(diǎn)石成金的電刷鍍,電刷鍍基本原理 將處理好的工件與專用的直流電源的負(fù)極連接作為陰極，鍍筆與電源的正極連接作為陽極，電刷鍍時(shí)，使棉花包套中浸滿電鍍液的鍍筆

9、以一定的相對運(yùn)動(dòng)速度及適當(dāng)?shù)膲毫υ诒诲児ぜ砻嫔弦苿?dòng)，在鍍筆與被鍍工件接觸的部分，鍍液中的金屬離子在電場力的作用下擴(kuò)散到工件表面，在表面獲得電子被還原成金屬原子而沉積在工件表面形成鍍層。,電刷鍍設(shè)備 直流電源、鍍筆及其輔助裝置,第三節(jié) 點(diǎn)石成金的電刷鍍,電刷鍍工藝特點(diǎn) 電刷鍍有其獨(dú)特的工藝特點(diǎn)，可以用三個(gè)字來概括 特點(diǎn)之一“刷”：這個(gè)“刷”指的是鍍層是靠鍍筆蘸上溶液“刷”上去的，零件表面哪里需要鍍層，就在哪里刷。 特點(diǎn)之二“刷”：這個(gè)“刷”指的是刷的動(dòng)作，鍍筆在刷的過程中，必須與零件（被刷表面）保持一定的相對運(yùn)動(dòng)速度和一定壓力。 特點(diǎn)之三（大家猜猜看是什么？）還是“刷”。這個(gè)“刷”指的是“刷子

10、”即鍍筆。刷子有大有小，形狀各異，適應(yīng)不同零件的表面。,第三節(jié) 點(diǎn)石成金的電刷鍍,電刷鍍技術(shù)的應(yīng)用范圍： 恢復(fù)磨損零件的尺寸精度和幾何形狀精度 北京首鋼總公司第二線材廠，曾經(jīng)由比利時(shí)進(jìn)口過一臺(tái)二手高速軋壓機(jī)。該機(jī)變速箱中的16根齒輪軸有8根軸徑磨損。據(jù)了解，在當(dāng)時(shí)，如果齒輪軸由國外進(jìn)口，每根單價(jià)3萬美元。有關(guān)專家不僅用刷鍍技術(shù)恢復(fù)了軸徑的尺寸精度，而且為了延長這些齒輪軸的壽命，還把16根軸全部進(jìn)行了刷鍍銦處理，可有效地減小軸徑的磨損。,第三節(jié) 點(diǎn)石成金的電刷鍍,填補(bǔ)零件表面的劃傷溝槽、壓坑 唐山水泥機(jī)械廠1960年由德國進(jìn)口的大型龍門雙柱立式車床，進(jìn)口價(jià)格在當(dāng)時(shí)相對于1噸黃金，號(hào)稱華北第一大機(jī)

11、床。經(jīng)過20多年的使用和唐山大地震的摧殘，到1984年幾近報(bào)廢，38個(gè)表面都有不同程度的劃傷和磨損，施工人員用電刷鍍技術(shù)，修好了機(jī)床的全部劃傷和磨損。再加上工廠對機(jī)床控制電路的改造，使這臺(tái)機(jī)床起死回生。刷鍍的全部費(fèi)用僅5萬元。為此，當(dāng)時(shí)的國家經(jīng)濟(jì)委員會(huì)專門發(fā)了文件并在唐山召開了“應(yīng)用電刷鍍技術(shù)修復(fù)大型設(shè)備現(xiàn)場會(huì)”，意在把電刷鍍技術(shù)的應(yīng)用推向全國。,第三節(jié) 點(diǎn)石成金的電刷鍍,補(bǔ)救加工超差產(chǎn)品 山西電力修造廠有一根重600kg的吸風(fēng)機(jī)主軸，長4.5m，由于加工超差，急需補(bǔ)救。由于軸太長。無法電鍍，又由于徑向跳動(dòng)不能大于0.25mm，采用焊接和熱噴涂，不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)、修復(fù)費(fèi)用高，而且難以保證其技術(shù)要求

12、。我們應(yīng)用刷鍍技術(shù)，2人用了4個(gè)工作日就修復(fù)好了。不僅保證了修理質(zhì)量和技術(shù)要求，而且節(jié)約了修理費(fèi)用。,第三節(jié) 點(diǎn)石成金的電刷鍍,強(qiáng)化零件表面 在制造業(yè)，熱鍛模具、冷壓模具、注塑模具的用量大，制造周期長，成本高。因此，模具的修復(fù)和延壽有重要意義。技術(shù)人員利用刷鍍能強(qiáng)化零件表面的優(yōu)點(diǎn)，修復(fù)大量的模具型腔。有些模具為了延壽，可在模具型腔表面刷鍍0.01mm0.02mm的非晶態(tài)鍍層，可延長壽命20%100%。,第三節(jié) 點(diǎn)石成金的電刷鍍,提高零件表面的導(dǎo)電性 中國科學(xué)院計(jì)算所為了提高大型計(jì)算機(jī)的工作可靠性，把刷鍍技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)工程中，他們在電路接點(diǎn)處進(jìn)行刷鍍金處理，既能保證接點(diǎn)處有很小的接觸電阻，又能

13、防止接點(diǎn)處金屬氧化造成短路。 提高零件的耐高溫性能 改善零件表面的釬焊性 減小零件表面的摩擦因數(shù) 提高零件的防腐性 精飾零件表面,第四節(jié) 化學(xué)鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化鍍及表面著色新技術(shù),一、化學(xué)鍍 概念：又稱無電鍍，這區(qū)別于電鍍，它是在無外加電流通過的情況下，將鍍件浸入鍍液中，利用化學(xué)方法使金屬沉積在鍍件表面形成鍍層的一種化學(xué)處理方法。 原理：鍍件浸入鍍液中，化學(xué)還原劑在溶液中提供電子使金屬離子還原沉積在鍍件表面，反應(yīng)式為 Mn+ + ne-M。 化學(xué)鍍的特點(diǎn) ： 優(yōu)點(diǎn)：鍍層厚度均勻；鍍層致密、孔隙小、外觀良好；無需電解設(shè)備及附件；可在金屬、非金屬及半導(dǎo)體材料上進(jìn)行化學(xué)鍍；不受電力線分布不均勻的影響，而且

14、在幾何形狀復(fù)雜的鍍件上也可得到厚度均勻的鍍層； 缺點(diǎn)：溶液穩(wěn)定性差，使用溫度高，壽命短，溶液的維護(hù)、調(diào)整和再生都較復(fù)雜，鍍覆成本高。,第四節(jié) 化學(xué)鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化鍍及表面著色新技術(shù),二、化學(xué)轉(zhuǎn)化鍍 概念：化學(xué)轉(zhuǎn)化鍍又稱金屬的表面轉(zhuǎn)化、金屬的化學(xué)處理、轉(zhuǎn)化膜技術(shù)等，是采用化學(xué)處理液使金屬表面與溶液界面上產(chǎn)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面形成穩(wěn)定的化合物膜層的方法。 表面轉(zhuǎn)化膜的分類： 按是否存在外加電流：化學(xué)轉(zhuǎn)化膜和電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜； 按膜的主要組成物類型：氧化膜、磷酸鹽膜、鉻酸鹽膜 處理技術(shù)： 氧化處理：指金屬在含有氧化劑的溶液中被氧化而成膜的過程； 磷化處理：指金屬在磷酸鹽溶液中形成膜的過程； 鈍化處理：指金屬在含有鉻酸或鉻酸鹽的溶液中形成膜的過程。,第四節(jié) 化學(xué)鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化鍍及表面著色新技術(shù),第四節(jié) 化學(xué)鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化鍍及表面著色新技術(shù),三、表面著色技術(shù) 概念：表面著色是用一定的方法，使金屬或非金屬表面產(chǎn)生與其本色不同的色彩的表面處理過程。 金屬著色的方法： 化學(xué)法；電解法；熱處理法；置換法； 染色法；氣