《表面工程概論》PPT課件 (2).ppt

3.5 特種材料上的電鍍,3.5.1鋅基合金上的電鍍 1.鋅基合金的特點(diǎn)： 電極電位很負(fù)，屬兩性金屬，在酸性和堿性溶液中均易發(fā)生化學(xué)溶解。所以，在含有電位較正的金屬離子的電鍍液中，氫和金屬離子能被鋅置換析出。 鋅合金在壓鑄過程中是由熔融態(tài)成為固體的，由于冷卻時(shí)的溫度不均勻，在壓鑄件表面易產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，使表面產(chǎn)生富鋁或富鋅相。強(qiáng)堿使富鋁相先溶解，強(qiáng)酸使富鋅相先溶解，使表面產(chǎn)生針孔、微氣孔等缺陷。 壓鑄件表面是一層無孔層，內(nèi)部則是疏松多孔的結(jié)構(gòu)。表面經(jīng)機(jī)械拋光后，也容易暴露孔隙和缺陷，因此不能過度拋磨。,綜上所述，在鋅基合金上的電鍍： 宜用有機(jī)溶劑脫脂法除掉大部分拋光膏（如三氯乙烯等）。 預(yù)鍍時(shí)應(yīng)帶電入槽，并用沖擊電流以防止鋅與電鍍液中電位較正的金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)。 預(yù)鍍銅時(shí)，鍍層應(yīng)稍厚一些，應(yīng)為610mm。因?yàn)楫?dāng)銅鍍到鋅合金表面上時(shí)，銅即擴(kuò)散到鋅中，形成一層較脆的銅鋅合金中間層，鍍層越薄，銅向鋅中的擴(kuò)散越快，因表面鍍層與鋅合金基體的電位差而引起的電化學(xué)腐蝕也越嚴(yán)重。 多層鍍Cr層是鋅合金的陰極保護(hù)層，鍍層必須有一定的厚度，以使鍍層無孔隙，避免形成大陰極小陽極的不利局面。,2. 鋅合金的鍍前處理： 機(jī)械整平：為了除去鋅合金壓鑄件的毛刺、飛邊等缺陷，需要進(jìn)行機(jī)械整平（即磨光和拋光）。 磨光：(盡量少用)用力要均勻，不宜用力過大而損傷表面。磨光工藝如下： 磨輪轉(zhuǎn)速 ：12001400r/min 磨輪直徑： 不大于250mm 金剛砂粒度： 200300目 輔助磨粒： 黃拋光膏,拋光：應(yīng)輕拋輕放，先用黃拋光膏粗拋，再用白拋光膏拋亮，在無拋光膏時(shí)易倒光。 拋光工藝如下： 拋光輪轉(zhuǎn)速： 14001800r/min 拋光輪直徑： 不大于300mm 拋光材料 ： 黃，白拋光膏,除油：鋅合金為兩性金屬，化學(xué)活性較強(qiáng)，因此，不宜用氫氧化鈉除油。操作溫度不宜過高，零件不宜長時(shí)間浸泡于除油溶液中。 溶劑除油：用三氯乙烯溶劑浸漬或噴淋，溶器上部四周應(yīng)裝冷凝裝置，將揮發(fā)的溶劑冷凝回收。 化學(xué)除油：常用來代替溶劑除油，特別是對于沒有拋光過的壓鑄件。 典型工藝如下： 三聚磷酸鈉：2535g/L 表面活化劑：23g/L PH值： 10.5 溫度： 5560 時(shí)間： 35min,電化學(xué)除油：鋅基合金的電化學(xué)除油溶液應(yīng)是弱堿性的，盡量少用氫氧化鈉（因鋅基合金導(dǎo)電性能較差，加入微量氫氧化鈉時(shí)，可提高鍍層結(jié)合力，減少起泡現(xiàn)象）。一般用陽極除油（因陽極除油過程中零件表面生成的暗膜較陰極除油生成的暗膜容易在弱酸中除去）。鋅基合金電化學(xué)除油工藝如下：,表1 鋅基合金電化學(xué)除油工藝,鋅合金除油后，表面有極薄的氧化膜，需要在稀酸中浸蝕，最常用的工藝如下: 氫氟酸: 15-20mL/L 溫度: 室溫 時(shí)間 : 5s,3. 預(yù)鍍 由于鋅合金的電位較負(fù)，在普通電鍍銅溶液中會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的置換反應(yīng)，嚴(yán)重影響鍍層的結(jié)合力，必須先預(yù)鍍（或閃鍍）。預(yù)鍍工藝主要有氰化預(yù)鍍銅與中性預(yù)鍍鎳。 氰化預(yù)鍍銅：鋅基合金氰化預(yù)鍍銅在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。預(yù)鍍銅溶液一般含銅量較低，游離氰化鈉含量較高。為了防止零件深凹處鋅、鋁與電位較正的銅絡(luò)離子的置換反應(yīng)，采用大電流閃鍍。預(yù)鍍銅應(yīng)用一定厚度（1微米以上），否則不足以阻止鍍鎳溶液對鋅合金的浸蝕。,氰化預(yù)鍍銅工藝: 氰化亞銅: 18-20g/L 氰化鈉: 30-34g/L 碳酸鈉: 10-15g/L PH值: 11-12.6 溫度: 34-45 電流密度: 1-2A/dm2 時(shí)間: 3-10min 攪拌方式: 陰極移動(dòng),檸檬酸鹽預(yù)鍍鎳工藝如 : 硫酸鎳: 16-220g/L 檸檬酸鈉: 12-18g/L 氯化鈉: 12-18g/L 硼酸: 25-35g/L PH值: 7-7.5 溫度: 40-50 陰極移動(dòng): 20-25次/min 電流密度: 1-2A/dm2 時(shí)間: 12-15min,預(yù)鍍銅鋅合金工藝如 ： 氰化亞銅: 20-25g/L 氰化鋅: 8-14g/L 氰化鈉: 40-45g/L 氨水: 0.3-1mL/L PH值: 9.5-10.5 溫度: 15-35 電流密度: 0.5-1.5A/dm2 時(shí)間: 5-8min,3.5.2鋁和鋁合金的電鍍,1.鋁和鋁合金的特點(diǎn) 鋁對氧有很大的親和力，表面上總有氧化膜存在。 鋁的電位很負(fù)，E=-1.67V,形成氧化膜后為0.5V 鋁屬于兩性金屬，在酸，堿溶液中都不穩(wěn)定。 鋁的膨脹系數(shù)（2410-6-1）較絕大多數(shù)金屬的膨脹系數(shù)大。 鑄鋁常含砂眼，氣孔等缺陷，在電鍍過程中，砂眼和氣孔中常會(huì)滯留溶液和氫氣，影響鍍層與基體的結(jié)合力。,2.鍍前處理 機(jī)械處理： 噴砂加工，主要是清除鋁制品表面的自然氧化膜和粗化表面，以增強(qiáng)鍍層與基體金屬的結(jié)合力，噴砂后應(yīng)立即進(jìn)行前處理電鍍。 有機(jī)溶劑除油：油污較多和經(jīng)拋光的鋁制品，必須用有機(jī)溶劑粗略除油。常用的有機(jī)溶劑有：煤油，汽油，三氯乙烯和四氯化碳等。,化學(xué)除油 鋁合金化學(xué)除油工藝如 ： 碳酸鈉: 30-40g/L 磷酸三鈉: 50-60g/L 溫度: 60-70 時(shí)間: 1-3min,堿浸蝕：目的是除去鋁制品表面的氧化膜，表面粗糙度要求較低的鋁制品，可不再進(jìn)行堿浸蝕。鋁合金堿浸蝕工藝 :,出光（酸浸蝕）：鋁制品在堿浸蝕后，表面有一層黑膜，這層黑膜在酸浸蝕中除去。工藝見表,3.鋁及其合金電鍍工藝 常用的工藝有下列幾種 化學(xué)浸鋅-電鍍銅-電鍍其它鍍層：化學(xué)浸鋅法是應(yīng)用最多的方法，適用于大多數(shù)鋁及其合金。 鋁制品浸入強(qiáng)堿性的鋅酸鹽溶液時(shí)，界面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)： 鋁氧化膜溶解:Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O 鋁的溶解及鋅的沉積 : 2Al+3ZnO22-+2H2O=3Zn+2AlO2+4OH,在浸鋅溶液中，鋅以絡(luò)合物形式存在，析出電位變負(fù)，因而上述置換反應(yīng)緩慢，得到的置換鋅層致密、均勻。此外，AL和NaOH也發(fā)生反應(yīng)： 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 但由于氫在鋅上有較高過電位，上述反應(yīng)被抑制，使鋁基體不至于被嚴(yán)重腐蝕。,鋁合金浸鋅工藝,電鍍薄鋅層-電鍍銅-電鍍其它鍍層：鋁制品在氰化物電解液中直接鍍薄鋅層，可降低成本，簡化工序。電解液中氫氧化鈉的含量低于一般氰化鍍鋅電解液，以減少電解液對鋁的腐蝕。電鍍薄鋅層工藝如下： 氧化鋅 2535g/l 氰化鈉7595g/l 氫氧化鈉5070g/l 硫化鈉35g/l 甘油35g/l 溫度2030 電流密度13A/dm2 時(shí)間25min,作業(yè),1.表面工程技術(shù)的目的和作用是什么？ 答：表面工程技術(shù)的主要目的就在于通過表面處理使材料表面按人們希望的性能進(jìn)行改質(zhì)。具體可概括為:在不改變基體材料的成分,不削弱基體材料的強(qiáng)度(或削弱基體材料強(qiáng)度又不影響其使用)的條件下,通過某些物理手段(包括機(jī)械手段)或化學(xué)手段賦予材料表面特殊的性能,從而滿足工程 上對材料所提出的要求。 表面技術(shù)的作用就是改善或賦予表面各種性能，從而提高材料的使用性能。一般來說，用表面工程技術(shù)可以改變的主要表面性能有：一般機(jī)械性能、可加工性、抗磨性、保護(hù)性、熱特性、電特性、電磁性、光特性、裝飾性等。 2.物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別是什么？ 答：物理吸附：任何氣體在其臨界溫度以下，都會(huì)在其和固體表面之間的范德華力作用下，被固體吸附。但兩者之間沒有電子轉(zhuǎn)移；化學(xué)吸附：氣體和固體之間發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移，二者產(chǎn)生了化學(xué)鍵力，其作用力和化合物中原子之間形成化學(xué)鍵的力相似，較范德華力大的多。,3.金屬電鍍的過程？ 答：將直流電流的正負(fù)極分別用導(dǎo)線連接到鍍槽的陰、陽極上，當(dāng)直流電通過兩電極及兩極間含金屬離子的電解液時(shí)，電鍍液中的陰、陽離子由于受到電場作用，發(fā)生有規(guī)則的移動(dòng)，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，即發(fā)生了“電遷移”，除電遷移外，離子的移動(dòng)還可以通過對流和擴(kuò)散遷移。 當(dāng)陰，陽離子到達(dá)陽，陰極表面時(shí)，就會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)： 陰極還原反應(yīng)：Men+ne=Me 陽極氧化反應(yīng)：Me-ne=Men+。實(shí)際上，陰極上還可能發(fā)生:2H+2e=H2（易引起氫脆，應(yīng)避免）。當(dāng)陽極發(fā)生鈍化時(shí)，陽極上也可能發(fā)生：OH-4e=2H2O+O2,4.合金共沉積的基本條件是什么？可采用什么途徑來實(shí)現(xiàn)？ 答：合金共沉積的基本條件是： 兩種金屬中至少有一種金屬能從其鹽的水溶液中沉積出來。有些金屬（如W,MO等）不能從其鹽的水溶液中沉積出來，但可以借助誘導(dǎo)沉種與鐵族金屬共沉積。 共沉積的兩種金屬的沉積電位必須十分接近。如果相差太大，則電位較正的金屬將優(yōu)先鍍出來，甚至完全排斥電位較負(fù)金屬的析出。這樣就不能形成合金鍍層。 要使兩種金屬析出電位接近，以實(shí)現(xiàn)金屬共沉積，一般可采用如下方法： 改變鍍液中金屬離子的濃度：增大較活潑金屬的濃度使它的電位正移，或者降低較貴金屬離子的濃度使它的電位負(fù)移，從而使它們的電位接近。 采用適當(dāng)?shù)慕j(luò)合劑：采用絡(luò)合劑是使電位相差較大的金屬離子實(shí)現(xiàn)共沉積最有效的方法，金屬絡(luò)離子能降低離子的有