表面處理知識

金屬材料表面處理技術(shù)1．基本概念2．在金屬防護(hù)方面的作用3．分類4、常用工藝及其目的5．原理6、生產(chǎn)工藝過程7、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其防護(hù)機(jī)理/能力8、表面膜層的質(zhì)量檢測技術(shù)目錄1．表面處理技術(shù)的基本概念表面處理技術(shù)表面工程學(xué)的一個(gè)方面?zhèn)戎赜诠に嚰夹g(shù)

是表面處理電化學(xué)高真空物理固體材料化學(xué)生物高分子……對表面進(jìn)行涂裝、處理、改性具有特殊功能的表面層某種功能的覆蓋層1．表面處理技術(shù)的基本概念通過表面處理技術(shù)來改變固體材料的表面形態(tài)、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程.表面工程全過程表面層的設(shè)計(jì)表面層的選材表面處理工藝表層質(zhì)量控制與監(jiān)測工程應(yīng)用失效分析1．表面處理技術(shù)的基本概念綜合了材料科學(xué)、冶金學(xué)、物理、化學(xué)的最新成果，是一門正在迅速發(fā)展的新型學(xué)科。表面工程研究對象：固體材料表面層物理方法、化學(xué)方法、電化學(xué)方法、高真空方法、生物高分子方法加工方法：加工手段：涂裝、處理、擴(kuò)散、固定化形成特殊功能表面覆蓋層，達(dá)到裝飾、防護(hù)、特殊功能（如耐磨、耐高溫、導(dǎo)電、絕緣）

目的作用：2．表面處理在金屬防護(hù)方面的作用

根據(jù)金屬腐蝕機(jī)理和腐蝕形態(tài)，腐蝕破壞離不開金屬材料和腐蝕介質(zhì)以及二者之間的界面反應(yīng)

指防止金屬腐蝕

金屬防護(hù)金屬材料腐蝕介質(zhì)界面反應(yīng)2．表面處理在金屬防護(hù)方面的作用防止金屬腐蝕的方法主要包括三個(gè)方面：1）研制新材料、改善材料的組織和表面狀態(tài)提高材料的抗蝕性能耐蝕鋼防銹鋁鏡面材料2．表面處理在金屬防護(hù)方面的作用防止金屬腐蝕的方法主要包括三個(gè)方面：2）改善腐蝕環(huán)境和介質(zhì)避免腐蝕發(fā)生物體

產(chǎn)品干燥劑2．表面處理在金屬防護(hù)方面的作用隔離金屬與腐蝕介質(zhì)的直接接觸抑制腐蝕過程防止金屬腐蝕的方法主要包括三個(gè)方面：3）應(yīng)用表面涂覆層和電化學(xué)保護(hù)方法地下管道陰極保護(hù)產(chǎn)品

2．表面處理在金屬防護(hù)方面的作用

表面處理方法是在金屬表面覆蓋各種保護(hù)層，從而使金屬與腐蝕介質(zhì)分開﹑或改變表面狀態(tài)，使基體金屬不受腐蝕。2．表面處理在金屬防護(hù)方面的作用金屬常用的防腐蝕方法是覆蓋法，在金屬表面覆蓋一層金屬或非金屬物而使金屬與腐蝕環(huán)境隔離﹒表面處理防蝕法金屬覆蓋電鍍熱噴涂熱浸鍍耐蝕金屬包復(fù)非金屬覆蓋涂料涂裝（噴漆、噴粉）塑料襯里或包復(fù)轉(zhuǎn)化膜2．表面處理在金屬防護(hù)方面的作用金屬表面保護(hù)層的要求即金屬上涂覆層的基本性能1）結(jié)合強(qiáng)度－－要求結(jié)合牢固、附著力強(qiáng)2）孔隙率及密度－－膜層致密、完整無孔、不透介質(zhì)3）耐蝕性－－在大氣、水、等介質(zhì)中良好的穩(wěn)定性、抗腐蝕性4）硬度－－硬度高、耐磨5）在金屬表面分布均勻3．表面處理技術(shù)分類表面處理是一門涉及多種學(xué)科的工業(yè)技術(shù)按其使用的方法可大致分成五大類16種工藝分類工藝方法舉例電化學(xué)方法電鍍鍍鋅、鍍鎳

陽極氧化鋁合金陽極氧化、化學(xué)方法化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理磷化、鈍化、化學(xué)氧化、發(fā)藍(lán)、鉻酸鹽處理

化學(xué)鍍化學(xué)鍍鎳、化學(xué)鍍銅熱加工方法熱浸鍍熱浸鋅、熱浸鋁

熱噴涂熱噴涂鋅、熱噴涂鋁

熱燙印熱燙印鋁箔

化學(xué)熱處理滲氮、滲碳

堆焊堆焊耐磨合金真空法物理氣相沉積（PVD）蒸發(fā)鍍、濺射鍍、離子鍍

化學(xué)氣相沉積（CVD）氣相沉積氧化硅或氮化硅

離子注入注硼其它方法涂裝噴漆、噴粉／（有多種方式，如靜電、電泳等）

激光表面處理激光淬火、激光重熔

沖擊鍍沖擊鍍鋅

超硬膜處理金剛石薄膜、立方氮化硼薄膜金屬保護(hù)層非金屬保護(hù)層表面保護(hù)層分類按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電鍍層屬于金屬保護(hù)層，氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化、噴涂膜層屬于非金屬保護(hù)層按組成成分除油漆和粉末涂層外，其它保護(hù)層都是無機(jī)涂層無機(jī)膜層有機(jī)膜層4、常用工藝及其目的工藝技術(shù)成熟度高，設(shè)備要求比較簡單，適用面廣，生產(chǎn)成本較低。工藝化學(xué)轉(zhuǎn)化膜陽極氧化電鍍涂裝

應(yīng)用的目的防腐蝕裝飾導(dǎo)電耐磨5．表面處理技術(shù)的原理5.1電鍍原理電鍍是一個(gè)電化學(xué)過程也是一種氧化－還原過程在外電流（直流電）作用下，電解質(zhì)溶液中的金屬離子（或絡(luò)離子）遷移到陰極表面、發(fā)生還原反應(yīng)并形成新相（電結(jié)晶），這一過程叫作"金屬的電沉積"；5.1電鍍原理陰極表面所得到的金屬結(jié)晶層即為電鍍保護(hù)層。當(dāng)電解質(zhì)溶液為水溶液時(shí)就叫"電鍍"。5.1電鍍原理電鍍時(shí)，工件作為陰極、鍍層材料（金屬或合金）作為陽極，一同浸入電解液中、并通入直流電。陽極化的電極與電鍍相反：工件為陽極、其它金屬為陰極電鍍裝置必須包括三部分：1）外電路2）電鍍?nèi)芤?）與鍍液接觸的兩個(gè)電極5.1電鍍原理電鍍層的生長過程（晶粒螺旋生長）5．表面處理技術(shù)的原理5.2表面轉(zhuǎn)化金屬的表面轉(zhuǎn)化是指采用化學(xué)處理液使金屬表面與溶液界面上產(chǎn)生的化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)、生成穩(wěn)定的化合物薄膜的處理過程按照轉(zhuǎn)化過程中是否存在外加電流，分為：化學(xué)轉(zhuǎn)化電化學(xué)轉(zhuǎn)化（即陽極氧化）表面轉(zhuǎn)化膜與電鍍層的區(qū)別5.2表面轉(zhuǎn)化基材基材基材基材膜層膜層轉(zhuǎn)化膜鍍層5.2.1陽極氧化機(jī)理5.2表面轉(zhuǎn)化陽極氧化與電鍍過程一樣，也是一個(gè)氧化還原反應(yīng)過程。只是工件所處極性與電鍍相反。當(dāng)有外加電流時(shí)，溶液中的水分子被電解、同時(shí)產(chǎn)生初生態(tài)的[O]，氧原子立即在陽極與金屬材料（如鋁）表面發(fā)生化學(xué)氧化反應(yīng)，生成氧化膜5.2.1陽極氧化機(jī)理5.2表面轉(zhuǎn)化氧化膜的生長過程包含兩個(gè)方面膜的電化學(xué)生成過程膜的化學(xué)溶解過程只有膜層的生成速度恒大于溶解速度時(shí)，才能獲得較厚的氧化膜5.2.1陽極氧化機(jī)理5.2表面轉(zhuǎn)化氧化膜的生長過程5.2.2化學(xué)轉(zhuǎn)化5.2表面轉(zhuǎn)化化學(xué)轉(zhuǎn)化膜是金屬與溶液中物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氧化物等而在金屬表面附著所成的薄膜

5.2.2化學(xué)轉(zhuǎn)化膜5.2表面轉(zhuǎn)化按成膜的主要組成物類型氧化物膜鉻酸鹽膜磷酸鹽膜等等按生產(chǎn)習(xí)慣氧化膜鈍化膜著色膜磷化膜分類5.2.2化學(xué)轉(zhuǎn)化膜5.2表面轉(zhuǎn)化是鐵與含有錳、鐵、鋅等的磷酸鹽溶液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護(hù)膜。為鋁零件的化學(xué)氧化實(shí)際上應(yīng)該是鋁的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜。化學(xué)氧化鋼鐵磷化5.2.2化學(xué)轉(zhuǎn)化膜5.2表面轉(zhuǎn)化化學(xué)轉(zhuǎn)化所需設(shè)備簡單、操作方便、生產(chǎn)效率高、成本低，適用范圍廣，尤其適用于大型零件、組合件、以及難以用電化學(xué)方法獲得完整膜層的復(fù)雜零件（如細(xì)長管、點(diǎn)焊件、鉚接件等）。

5．表面處理技術(shù)的原理5.3涂裝利用高分子涂料作原料，采用各種涂裝方法使其附著到制品表面，生成具有各種特性的固著膜層（涂層）?，F(xiàn)代稱作高分子涂裝技術(shù)5.3涂裝按施工方法分類浸涂法手工噴涂法淋涂法電泳涂裝靜電噴涂粉末涂裝卷材輥涂法……5.3涂裝這兩種噴涂法油漆均可采用而粉末則只用靜電噴涂空氣噴涂法靜電噴涂我們的加工廠所用：油漆粉末5.3涂裝5.3.1空氣噴涂原理傳統(tǒng)的空氣噴涂是利用壓縮空氣將流體吹散成霧狀后附著于被涂物表面。

5.3涂裝5.3.1空氣噴涂原理適用性極廣，對任何復(fù)雜工件、任何液體涂料幾乎都能適用5.3涂裝5.3.2靜電噴涂原理靜電噴涂是利用靜電場對電荷的作用原理而實(shí)現(xiàn)的適用于工件外形不太復(fù)雜而且大批量生產(chǎn)的流水線作業(yè)5.3涂裝5.3.2靜電噴涂原理以接地的工件為陽極，接上負(fù)高電壓的靜電噴槍使涂料霧化并帶負(fù)電荷，與工件間形成高壓靜電場，在電場力的作用下，涂料粒子迅速飛向異極性的工件表面，在工件表面放電，使靜電消失，涂料便均勻而牢固地沉積在工件表面，形成了均勻的涂膜。5.3涂裝5.3.2靜電噴涂原理6、生產(chǎn)工藝過程所有表面處理工藝都至少包含三個(gè)基本步驟：前處理成膜過程烘烤/固化有些工藝在成膜后還有一個(gè)工序后處理6、生產(chǎn)工藝過程6.1電鍍--------鋼、銅、鋅合金材料電鍍清潔干燥水洗電鍍水洗后處理水洗浸蝕水洗裝掛除油拆卸6.1電鍍--------鋼、銅、鋅合金材料電鍍清潔手工清潔處理：清除大量的油污、污物，以及厚實(shí)的氧化皮裝掛：保持溶液流動(dòng)順暢，位置和數(shù)量利于鍍層均勻沉積、不影響鍍層質(zhì)量裝掛6.1電鍍--------鋼、銅、鋅合金材料電鍍化學(xué)/電解除油：清除表面油脂，使表面達(dá)到潔凈狀態(tài)一般利用酸液對金屬表面進(jìn)行溶解腐蝕，去除表面氧化膜和銹蝕產(chǎn)物，也可提高表面光澤度除油浸蝕6.1電鍍--------鋼、銅、鋅合金材料電鍍在零件表面沉積上金屬膜層1）鈍化---------在鍍層金屬表面形成一層薄而致密的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，加強(qiáng)抗蝕能力；2）封閉--------機(jī)械方法在鍍層孔隙中填充進(jìn)微粒有機(jī)物分子，同樣是加強(qiáng)保護(hù)作用。電鍍后處理6.1電鍍--------鋼、銅、鋅合金材料電鍍一般通過加溫烘烤，使零件表面的水份蒸發(fā)干燥；同時(shí)可使鈍化膜等固化、穩(wěn)定。干燥6、生產(chǎn)工藝過程6.2鋁材陽極氧化/化學(xué)氧化清潔干燥水洗陽極氧化水洗著色水洗浸蝕水洗裝掛除油拆卸水洗封閉化學(xué)氧化6、生產(chǎn)工藝過程6.3噴涂鋅基合金磷化/電鍍氧化噴砂24h內(nèi)噴涂鋼件鋁件8h內(nèi)噴涂6.3噴涂裝掛化學(xué)除油水洗浸蝕手工清潔處理磷化流程磷化水洗干燥拆卸水洗電解板6.3噴涂噴漆流程調(diào)漆噴底漆局部保護(hù)烘烤刮膩?zhàn)訃娒嫫岷婵敬蚰姷灼岷婵厩疤幚?.3噴涂噴粉流程前處理局部保護(hù)噴粉固化打磨刮膩?zhàn)?、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其防護(hù)機(jī)理與防護(hù)能力各種表面膜層的結(jié)構(gòu)不盡相同，其對基體材料的保護(hù)機(jī)理各式各樣。電化學(xué)保護(hù)的機(jī)理是：金屬原電池中陽極腐蝕、而陰極受保護(hù)。因此電鍍層類別中又有陽極性鍍層和陰極性鍍層之分機(jī)械保護(hù)的原理隔離腐蝕介質(zhì)與基體材料直接接觸、而起到的保護(hù)屏蔽作用。7、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其防護(hù)機(jī)理與防護(hù)能力電化學(xué)保護(hù)陰極陽極eeMeeMe+腐蝕介質(zhì)eD-D7、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其防護(hù)機(jī)理與防護(hù)能力7.1鍍鋅層由于鋅相對于鐵基體為陽極性鍍層，在有電解液存在時(shí)，鋅層為陽極，先發(fā)生腐蝕，從而鋼基體受到了保護(hù)鈍化膜鍍鋅層鋼基材鍍層中存在微孔鈍化膜是致密的7、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其防護(hù)機(jī)理與防護(hù)能力7.1鍍鋅層當(dāng)鋅層全部腐蝕完后，基體鋼鐵發(fā)生腐蝕，即出現(xiàn)紅色銹蝕物當(dāng)鈍化膜被腐蝕穿底后，發(fā)生鋅層的腐蝕、氧化，即出現(xiàn)白色粉狀物。首先是鈍化膜產(chǎn)生腐蝕變化（即變黑）；在遭遇腐蝕介質(zhì)時(shí)：7、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其防護(hù)機(jī)理與防護(hù)能力7.1鍍鋅層鋅鍍層可達(dá)到336至500小時(shí)以上鋼基材才出現(xiàn)銹蝕彩色鈍化膜可達(dá)到96小時(shí)以上不出現(xiàn)腐蝕跡象鹽霧試驗(yàn)7、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其防護(hù)機(jī)理與防護(hù)能力7.2鋼上的鍍鎳層鎳鍍層相對于鐵是陰極性鍍層，只有當(dāng)其無孔隙時(shí)才具有良好的保護(hù)性。當(dāng)鍍層達(dá)到一定厚度時(shí)，孔隙率會(huì)降低；增加銅底層，也可減少孔隙率；鍍多層鎳，可提高耐蝕性。鋼基材鎳鍍層銅鍍層7、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其防護(hù)機(jī)理與防護(hù)能力7.2鋼上的鍍鎳層在光滑表面上鎳層約20微米就沒有孔隙但在粗糙表面上需要更厚的鎳鍍層耐蝕性表面光潔度基體金屬種類電鍍工藝因素7、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其防護(hù)機(jī)理與防護(hù)能力7.2鋼上的鍍鎳層當(dāng)鍍鎳層沒有孔隙時(shí)，則一般會(huì)長期保持鎳層外觀而不發(fā)生腐蝕變化。當(dāng)鹽霧試驗(yàn)?zāi)芡ㄟ^CASS試驗(yàn)8小時(shí)（中性鹽霧試驗(yàn)一般為48-72小時(shí)）時(shí)，就具有良好的保護(hù)作用了。7、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其防護(hù)機(jī)理與防護(hù)能力7.2鋼上的鍍鎳層若出現(xiàn)腐蝕，即是鋼鐵基體的腐蝕物紅銹（或底層銅的綠色腐蝕物）鋼基材鎳鍍層銅鍍層7、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其防護(hù)機(jī)理與防護(hù)能力7.3銅上鍍鎳層鎳相對于銅是陽極性鍍層。但若鍍層太薄，孔隙率太大，底層銅易發(fā)生氧化而導(dǎo)致變色（黑色或綠色）。7、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其防護(hù)機(jī)理與防護(hù)能力7.4陽極氧化膜鋁的陽極氧化膜是一層多孔膜，必須進(jìn)行封閉處理，著色或封閉時(shí)可以有水分子或染色劑分子或其它鹽類分子沉積在孔隙