材料表面技術樣本

當代表面技術第一章表面技術概論表面技術涵義19世紀工業(yè)革命以來，材料品種日益繁多，為了適應高強度、高硬度和耐磨、耐高溫、耐酸堿腐蝕等不同特殊規(guī)定，人們需要不斷開發(fā)各種特殊合金材料，但這些合金材料往往價格昂貴。因而，人們試圖采用各種表面技術對普通鋼材表面進行加工，以變化其表面性能，使其適應復雜工作環(huán)境。此外，磨損、腐蝕等失效都是一方面發(fā)生在材料表面，通過對材料表面進行有效解決，可以極大地提高材料壽命。因而，迫切需要開發(fā)出各種行之有效表面技術，正是基于這樣背景，逐漸形成了一門新興學科——表面工程學。

表面工程技術發(fā)展始于20世紀60年代末，近30年來發(fā)展尤為迅速。在老式表面解決技術不斷改進、不斷完善同步，又有科學技術逐漸滲入到該領域，各種表面技術互相融合，從而使當代表面技術進入了一種新發(fā)展時期。表面技術是一門博大精深、實用價值極高技術。材料科學所面臨若干艱巨任務，如規(guī)定材料硬而不脆、耐磨而易車削、質高而價廉等間題，通過表面技術在相稱限度上都可迎刃而解。除本文所提及巨大作用外，用表面技術合成人工構造材料、復合材料及沉積非晶態(tài)涂層及制取復合涂層方面都顯示了巨大應用潛力。表面技術是一項能使產品獲得高附加值技術。英國產品每年靠表面技術預計增值100億英鎊，如果對表面技術進行全開發(fā)，有也許節(jié)約200。萬到400億埃居(約200億英鎊)，可見表面技術對國民經濟巨大作用。國內在濕法鍍覆等方面獲得了令人矚目成就，但在PVD和表面改性方面尚有許多工作要做。這一方面要靠廣大科技人員才智與努力，同步關于領導部門在設備資金投入上予以有力支持也至關重要。只有這樣，國內表面技術才干以新面貌進入21世紀，全方位趕上和領先世界水平。一、什么是表面技術從廣義上講，表面技術是直接與各種表面現(xiàn)象或過程關于，能為人類造?；虮蝗藗冞\用技術。任何表面在普通狀況下事實上都是界面。兩種不同相之間交界，稱為界面，在任何兩相界面上都可以發(fā)生復雜物理或化學現(xiàn)象，總稱為表面現(xiàn)象。固體材料界面有三種：表面――固體材料與氣體或液體分解面。晶界（或亞晶界）――多晶體內部成分、構造相似而取向不同晶粒（或亞晶）之間界面。相界――固體材料中成分、構造不同兩相之間界面。它重要涉及：表面覆蓋（在材料表面施加各種覆蓋成）、表面改性、表面加工以及表面濕潤、表面催化、膜技術等。二、使用表面技術目提高材料抵抗環(huán)境能力，同步具備裝飾效果。通過使用表面技術，可以提高材料在各種介質（如空氣、淡水、海水、土壤、酸、堿、鹽等）中耐蝕性，還可以提高材料表面硬度，從而提高材料耐磨性以及耐疲勞性。有不銹鋼鏡面板;不銹鋼絲紋板;不銹鋼刻花板;不銹鋼彩色板;著色鋁合金制品;彩色(有機涂層)鋼板;金屬表面仿金電鍍層;鐘、表殼表面離子鍍金色氮化欽層，鋼鐵零、部件上電鍍黑鎳層、黑鉻層，電鍍鋅制品表面彩色鈍化膜等。賦予材料表面某種功能特性。涉及光、熱、電、磁、聲、吸附、分離等各種物理和化學特性。實行特定表面加工來制造構件、零部件和元器件等。修補金屬表面缺陷和磨損普遍采用熱噴涂技術修復磨損件。刷鍍是修補金屬表面磨損比較便宜手段。特點是設備簡樸，操作靈活，適于野外和現(xiàn)場修復，特別是對于大型、精密設備現(xiàn)場不解體修復，更具備獨特長處。當前刷鍍技術已廣泛用于修復加工超差件，以及工件表面磨損、凹坑和斑蝕等缺陷部位。三、表面技術實行途徑表面涂覆（表面覆蓋）金屬覆蓋層：電鍍化學鍍熱浸鍍噴鍍（噴涂）真空濺射離子鍍化學氣相沉積非金屬覆蓋層：化學氧化陽極氧化磷酸鹽解決鉻酸鹽解決涂料覆蓋玻璃鋼襯里橡膠襯里搪瓷襯里防銹油脂陶瓷襯里表面改性用機械、物理和化學辦法，變化材料表面形貌、化學成分、相構成、微觀構造、缺陷狀態(tài)或應力狀態(tài)。表面改性技術基本上有兩大類型，即表面合金化過程與表面涂層過程。前者采用合金化元素改進合金本來表面，如把碳或氮通過不同辦法解決鋼表面;后者則是將新材料沉積在表面為之提供保護涂層。表面改性技術重要有：噴丸強化表面熱解決化學熱解決等離子擴滲解決激光表面解決電子束表面解決高密度太陽能表面解決離子注入表面改性表面加工：通過物理化學辦法使金屬表面形貌發(fā)生變化，但不變化金屬表面金相組織和化學成分。表面微細加工、拋光、蝕刻、整體包覆第二節(jié)表面技術應用表面技術應用廣泛性和重要性1、廣泛性當前，表面技術應用遍及各行各業(yè)，包括內容也十分廣泛工業(yè)領域：可用于耐蝕、耐磨、修復、強化、裝飾等方面。學科領域：涉及光、電、磁、聲、熱、化學、生物等方面應用。材料領域：表面技術涉及基體材料不但有金屬材料，也涉及無機非金屬材料、有機高分子材料及復合材料。2、重要性保護材料表面，延長其使用壽命，從中獲得經濟效益和社會效益材料疲勞斷裂、磨損、腐蝕、氧化等普通都是從材料表面開始，她們所帶來損失和破壞是十分驚人，僅從腐蝕這個方面來看，據記錄，全世界每年損耗金屬達一億噸以上，工業(yè)發(fā)達國家因腐蝕破壞導致經濟損失占國民經濟總產值2％－4％。美國75年腐蝕損失約700億美元，占國民生產總值4。2％，大大超過了當年所有自然災害總和（125億美元，5。6倍），美國腐蝕損失達3000億美元，相稱于美國當年軍費開支。日本1。8％，英國3。5％，意大利6。6％，波蘭6－10％。國內按4％計算，每年損失達1000億元，所損失鋼材約800萬噸，相稱于首鋼一年產量，可鋪13條雙軌京廣鐵道線。由此可見，采用各種表面技術，加強材料表面保護具備十分重要意義。從材料表面作用來看，許多產品性能，重要取決于表面性質和狀態(tài)材料科學所面臨若干艱巨任務，如規(guī)定材料硬而不脆、耐磨而易車削、質高而價廉等間題，通過表面技術在相稱限度上都可迎刃而解。應用表面技術可以生產出各種新材料、新器件表面技術在構造材料以及工程構件和機械零部件上應用表面技術在功能材料和元器上應用表面技術在其他方面應用1、凈化空氣用觸媒載體（吸附辦法）凈化汽車尾氣2、凈化水質3、生物醫(yī)學綠色能源第三節(jié)表面技術發(fā)展一、表面涂覆技術發(fā)展在表面涂敷技術中，涂料和土裝飾一種重要構成某些。早在公元前，咱們祖先從野生漆樹收集天然漆，用來裝飾器皿。直到本世紀代，由于化學工業(yè)發(fā)展，浮現(xiàn)了酚醛樹脂，才給變了涂料完全依賴天然材料局面。30年代浮現(xiàn)了醇酸樹脂，使涂料掙脫了油樹脂型格局，從而進入了合成樹脂涂料時期，發(fā)展成為當前18大涂料類。她們合用范疇遠遠超過了裝飾目，已涉及到材料保護和具備各種功能領域。由于涂料制造和涂裝行業(yè)是資源耗量很大工業(yè)領域，又是大氣和水質污染源之一，因而開發(fā)和采用資源運用率高，低污染或無污染型涂料和涂裝技術已成為重要研究方向。熱噴涂因基材可以不經高溫，可用作涂層材料類型廣泛，土層性能優(yōu)良，共建外形尺寸上沒有限制，成本低，從而成為廣泛使用表面技術。此類技術開發(fā)和使用是從本世紀初開始。七十年代，熱噴涂技術向著高能﹑高速﹑高效發(fā)展。八十年代以來，熱噴涂技術向著涂層質量進一步提高以及精密﹑智能化方向發(fā)展。二、金屬表面強化技術發(fā)展金屬材料普通適當合金形式進行使用，具備良好強度和塑性配合，優(yōu)良加工性，許多金屬還具備優(yōu)秀物理特性，因而應用非常廣泛。金屬材料表面在外環(huán)境下容易發(fā)生各類磨損﹑腐蝕﹑氧化和疲勞等破壞。因而，金屬表面強化技術受到人們注重。代，噴丸強化技術應用于汽車領域；60年代后來用在航空中得到應用。使得經噴丸后，零部件抗疲勞性和抗力學腐蝕性有了明顯提高，而生產成本低廉，因而成為一種重點采用表面技術。表面熱解決和化學熱解決也是人們早就使用表面技術。這些技術早在戰(zhàn)國時就開始應用。到了19世紀和20世紀初人們對電進行了廣泛研究之后，一系列以電為基本表面解決新技術不斷涌現(xiàn)出來。如等離子熱化學技術和等離子鍍膜技術。同步，激光和電子束也在該領域得到應用。三、表面加工技術發(fā)展表面加工技術包括內容十分廣泛，特別是表面微細加工技術已成為大規(guī)模集成電路和微細圖案成型必不可少加工手段，在電子工業(yè)特別是微電子技術中占有特殊地位。雖然人們在19世紀發(fā)現(xiàn)了硅半導體以及她某些特殊性能，但20世紀初由于創(chuàng)造了真空二極管和真空三極管，半導體應用受到限制。進入20——30年代后無線電通訊對高頻和超高頻運用以及二戰(zhàn)中微波技術進步，都規(guī)定采用半導體器件。與此同步，人們對半導體結識加深，直到1948年終于制成了結型晶體管，引起了電子學革新。到1958年平面集成電路得到應用。當前，已從特大集成電路向吉規(guī)模集成電路進軍。到今天，微細加工技術在微電子技術成就基本上正在向為機械技術和納米級制造技術推動。第二章金屬表面預解決金屬表面預解決：是指用物理或化學辦法除掉金屬表面油污、氧化皮、銹蝕產物和其他污物，而呈現(xiàn)出具備一定粗糙度或光潔度清潔金屬表面。金屬及其制品在使用和加工以及存儲過程中，表面會有各種臟物（油污、潤滑劑、氧化皮、腐蝕產物、沙塵、油漆等），或者存在變化了金屬表面形狀及表面層組織、構造。當咱們對金屬進行表面加工（例如在金屬表面施加涂鍍層時候），這些表面缺陷會嚴重影響涂鍍層致密性以及與基體結合強度，甚至導致表面解決失敗。因而，進行表面解決之前，一方面必要把金屬表面解決成干凈表面。表面解決有時候規(guī)定基體表面具備一定光潔度，有時候還規(guī)定基體表面有一定粗糙度。第一節(jié)除油從金屬表面除掉油脂過程，習慣上叫做除油，也叫脫脂。除油重要辦法有：溶劑除油、堿液除油、電解除油、燒灼（加熱）除油、蒸汽熱洗。一、油污種類油污按化學性質可分兩類：1、皂化類：所有植物和動物油脂都屬于皂化類，她它們甘油和高分子有機酸酯類。它們在堿液作用下能分解生成溶于水脂肪酸鹽－肥皂和甘油?；瘜W反映如下：（RCOO）3C3H5+NaOH→RCOONa+C3H5(OH)(肥皂)(甘油)2、非皂化類：指是礦物油，如汽油、潤滑油、柴油、原油等，它們在堿作用下不起化學分解反映（也就是皂化反映），因而稱為非皂化類油脂，能溶于某些溶劑，在一定條件下，與堿形成乳濁液，也可以從基體表面除去。二、除油劑除油機理除油時咱們使用各種除油劑，它們作用機理時不相似。歸納起來，有如下幾種》1、皂化作用：氫氧化鈉和堿性強鹽類與油脂反映生成肥皂和甘油，肥皂和甘油溶于水，而除去油脂。運用皂化作用只能除去動物和植物油脂。慣用皂化劑有：NaOH、Na2CO3、Na3PO4、Na2SiO3、NaNo2等。2、乳化作用：使用表面活性劑除油，表面活性劑能明顯減少水表面張力或水與油之間界面張力，它分子中既有親水基團，又有親油基團，親油基團與油污分子結合，而親水基又包圍在外面，形成O/W液滴，分散到液體中，形成乳濁液而除去油污。礦物油等非皂化類油脂只有通過乳化作用才干除去。慣用乳化劑有：3、潤濕作用：表面活性劑溶液滲入油脂中，并在基體表面分散，減少油脂對基體表面附著力，使之脫落。慣用潤濕劑有：4、分散作用：運用分散劑把從基體表面脫落油脂分散到溶液中，而除去油脂。慣用分散劑除表面活性劑外，尚有硅酸鈉、磷酸鈉。5、溶解作用：運用有機溶劑對油脂溶解作用，把油污除去。諸多有機化合物是非極性或弱極性，而水是一種強極性液體，因此多數有機物不容于水，而易溶于極性弱有機溶劑中，固然極性大有機物，如乙醇、乙酸等則易溶于水，甚至可以以任何比例于水互溶。三、對除油劑規(guī)定1、除油效果好，成本低。2、對基體物腐蝕、安全、無毒。3、操作以便，容易被水清洗。4、對后續(xù)工序無不良影響。5、便于廢水解決，不致引起公害。物理因素在除油過程中作用1、攪拌：可以處使油污從工件表面脫落下來，也可以使除油劑于表面充分接觸，并加速油污在溶液中分散過程，所有這些都可以使除油速度加快。機械攪拌、空氣攪拌、超聲波清洗2、溫度：溫度升高對除油過程有增進作用，溫度升高時，油脂變軟，有助于除油劑滲入和潤濕作用，增進油脂脫落合分散，溫度升高還會使酯水解速度加快，溶液對流作用增強，這些均有助于除油過程。因而老式除油都是在接近沸點溫度下進行。但是高溫除油耗能較高，近年來，低溫除油越來越受到人們注重。低溫除油對表面活性劑依賴限度很大，規(guī)定表面活性劑濃度高達1％－3％。普通是非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑配合使用，為了增進表面活性劑溶解，往往還需要加入分散劑（親水基團較多表面活性劑）。用這樣除油液在40℃左右室溫下就可以有效地除油。3、電流：除油辦法溶劑除油溶劑除油是，借油脂溶于有機溶劑中后來隨溶劑—起揮發(fā)而去掉油脂。它可以溶解皂化和非皂化油脂。由于有機溶劑只能溶解油脂，而不能溶解油污中非有機物，因而，溶劑中臟物在溶劑揮發(fā)后仍會殘留在工件表面上，對溶劑規(guī)定：(1)無易燃性；（2）無毒、無刺激性氣味；（3）無腐蝕性；（4）溶劑不分解、不變質；（5）溶解油脂能力強、粘度低、比熱小。慣用溶劑：（1）汽油、煤油，價格便宜，溶解弱極性或非極性油脂，溶解油污能力較強，毒性小，是一種用量大、應用普遍有機溶劑。（2）三氯乙烯，不易燃燒，穩(wěn)定，溶解弱極性或非極性油脂，它對大多數金屬物腐蝕作用，但有一定毒性，使用時要按一定操作規(guī)程，在專門除油設備中使用。（3）丙酮、酒精，溶解強極性油脂，(4)四氯化碳，、苯，非極性有機溶劑除油辦法與設備：用布蘸有機溶劑擦金屬表面，或者使用“除油機”進行。2、堿液除油用具有堿性化學試劑溶液除去材料表面油污辦法。運用堿和表面活性劑對油脂皂化作用和乳化作用進行。除油劑組分和作用：NaOH：堿性最強除油劑，與動植物類油脂發(fā)生皂化反映，使酯類水解為可溶與水肥皂和甘油。NaCO3：皂化作用較NaOH弱，但對溶液PH值優(yōu)良好緩沖作用，對油脂層有緩慢潤濕和分散作用，對材料腐蝕作用小，比較適合清洗有色金屬。Na3PO4：慣用是十二水磷酸納(Na3PO4·12H2O)，偏磷酸納(NaPO3)、三聚磷酸納（Na5P3O10）,它們除具備碳酸鈉長處外，還具備乳化能力，很容易用水清洗，，對硬水有軟化作用，對鋁、鋅等金屬沒有明顯腐蝕作用。Na2SiO3：俗稱水玻璃或泡花堿，潤濕、乳化和分散作用，對強堿液有緩沖作用，也可用作表面活性劑：表面活性劑它可增進乳化、分散作用，加快除油過程。這種物質分子中親油端(疏水端)被金屬表面油污所吸附，同步分子中親水端與堿液中水分子結合，從而提高金屬表面在溶液中潤濕性，使之充分地與堿液接觸。此外，表面活性還可以減少油水界面張力和油滴對金屬表面親合力，從而促使油滴進入溶液。同步表面活性劑又被吸附在油滴表面形成乳膠體，使溶液中油滴不會重新匯集，起到對油脂乳化、分散作用。除油劑中慣用表面活性劑有水玻璃、肥皂和烷基芳基聚乙二醇(oP乳化劑)，6501(十二烷基二乙醇酰胺)、6503(十二烷基二乙醇酰胺磷酸脂)及TXl0(聚氧乙烯辛烷基酚醚)。堿液除油工藝條件：依照油污狀態(tài)和材料性質選取恰當除油劑構成和使用條件。或與其他除油辦法配合使用。有色金屬盡量不使用NaOH。為節(jié)約能源，盡量在低溫條件使用從成本考慮，除油劑濃度盡量低。堿液除油長處是：成本低、無毒、不會燃燒。缺陷：生產效率低（除油時間長）。3、電解除油：在堿性除油液中通直流電，把工件作為陰極或陽極，進行短時間電解，而除油辦法。①除油原理a、皂化作用及乳化作用b、電極表面極化作用，減少金屬表面與溶液界面張力c、電極上產生大量氣泡迅速扯破，使油污轉變成細小油珠而被除掉d、氣泡對溶液還會起到機械攪拌作用，加速除油過程②除油辦法a、陰極除油：將工件作為陰極陽由不溶性電極材料制成。反映式：2H2O+2eH2+2OH-特點：析出氣體為H2，氣泡小，數量多，面積大，除油效率高，不腐蝕工件。但容易產生氫脆，零件表面上有黑色掛灰。陽極除油：將工件作為陽極，陰極可以使用鋼板。反映式：4OH--4eO2+H20特點：析出氣體為氧氣，氣泡大，數量少，氧氣析出使陽極附近PH值下降，減少油脂皂化反映速度，除油效率低，陽極具備溶解性，對金屬有腐蝕性。鋅、錫、銅及其合金不適當用陽極除油。陰陽極交替除油為解決陰極除油產生氫脆，陽極除油零件被溶解問題，在實際應用當中，經常采用陰、陽極交替除油辦法，即先用陰極除油，再轉為短時間陽極除油，或是先用陽極除油，再轉為陰極除油。4、燒灼除油和蒸氣熱洗第二節(jié)酸洗除銹酸洗目和作用為了除掉金屬表面腐蝕產物或氧化皮。除銹多用酸，稱之為酸洗。金屬表面氧化產物銹是指金屬在水和氧等作用下，在其表面生成固體腐蝕產物。普通咱們說鐵銹，就是指由于高溫氧化在鋼鐵表面形成氧化皮。普通金屬在使用環(huán)境下，都會受到腐蝕而生銹。例如：對碳素構造鋼，表面氧化物重要由FeO、Fe2O3、Fe3O4構成。酸洗液組分和作用1、酸洗用酸：硫酸：對金屬氧化物溶解能力較弱，熱硫酸對鋼鐵材料酸洗能力較強，但溫度過高容易導致腐蝕，并使鋼鐵基體產生氫脆。經常與其他酸配合使用。硫酸+鉻酸或重鉻酸鹽用于鋁活化劑硫酸＋硝酸用于不銹鋼和銅、銅合金酸洗硫酸＋氫氟酸用于不銹鋼酸洗鹽酸：對金屬氧化物清洗作用較好，可以對各種金屬進行清洗。硝酸：不能單獨用于酸洗，與氫氟酸配合用來除去鉛、不銹鋼、鎳基、鐵基合金上氧化物。2、酸洗緩蝕劑目：防止金屬過腐蝕和氫脆。重要有：若丁（二鄰甲基苯硫脲）、硫脲、硫脲與烏洛托品等。3、酸洗用增進劑目：加入酸液中可以加快酸洗速度。重要有無機鹽和表面活性劑。化學酸洗酸洗依照反映原理可分為化學酸洗和電化學酸洗?；瘜W酸洗是金屬表面浸入恰當濃度和一定溫度酸液中，通過化學反映而除去金屬氧化物辦法。反映原理以鋼鐵化學酸洗為例，F(xiàn)eO+2HCIFeCI2+H2OFeO3+6HCIFeCI3+H2OFe3O4+8HCI2FeCI3+FeCI2+4H2O通過這些反映，鐵氧化物溶解而進入溶液，同步夾雜在鐵氧化物孔隙中大量散碎鐵還會與鹽酸發(fā)生反映而放出氫氣Fe+2HCIFeCI2+H2產生氫氣能把疏松氧化層從鋼鐵表面剝離下來。影響因素酸洗溶液濃度和溫度影響鹽酸酸洗時,鹽酸溶液濃度和溫度直接影響著溶液活性,酸洗速度隨鹽酸濃度增長而增長,雖溫度升高而增快,如圖2—1所示。雖然提高鹽酸濃度可以增長酸洗速度，但由于鹽酸濃度超過18%時，基體溶解速度將明顯增長。因而，實際生產中普通采用10%左右鹽酸進行酸洗。升高鹽酸溶液溫度同樣可以提高鹽酸溶液活性，但因溫度高時，鹽酸揮發(fā)性大，污染環(huán)境。因此普通采用增長鹽酸濃度而但是分升高溫度辦法來提高酸洗速度，多采用在室溫下進行酸洗。硫酸酸洗時，在一定酸濃度范疇內，酸溶液活性隨濃度增長而提高。當硫酸濃度為25%—30%時，活性最大，酸洗速度最快，即酸洗時間最短。酸濃度超過30%時，酸洗速度隨濃度增長而減少，當濃度達到60%時，是鋼鐵發(fā)生鈍化現(xiàn)象，酸洗主線不能進行。因此生產中普通采用20%左右硫酸濃度進行酸洗。酸洗溶液濃度對酸洗時間影響如圖2—2所示。（114頁上）提高硫酸溶液溫度同樣可以提高硫酸溶液活性，增長酸洗速度。但溫度超過70℃時，硫酸溶液對于鋼鐵基體腐蝕速度增長不久，同步氫脆傾向增大，因此生產中硫酸酸洗時溫度采用50—60℃。此外，從表2—1列出鹽酸和硫酸溶液濃度與溫度對酸洗時間影響成果還可以看出，鐵在鹽酸溶液中其酸洗速度隨溫度升高而加快限度，比在硫酸溶液中小。在鹽酸溶液中酸洗時，酸濃度對酸洗速度有很大影響，而在硫酸中溫度對酸洗速度影響很大。表2—1鹽酸和硫酸濃度與溫度對酸洗時間影響酸洗濃度%酸洗時間（min）硫酸濃度%酸洗時間（min）18℃40℃60℃18℃40℃60℃5105518156525101351204532138酸溶液中Fe影響無論是用鹽酸酸洗還是用硫酸酸洗，總趨勢是溶液中Fe離子含量逐漸增長，并對酸洗速度有較大影響。鹽酸酸洗時，溶液中FeCl2濃度增大，并不一定減少酸洗速度，相反，由于酸洗時生成了極易溶于水FeCl2，因此在一定含鐵量范疇內，隨Fe2+離子濃度增長，酸洗速度加快，直到Fe2+離子濃度達到該溶液中飽和度為止。由此可見，酸洗速度不是簡樸依賴于Fe離子絕對含量，而更重要是決定于FeCl2再該鹽酸下飽和度。由于有時酸溶液中FeCl2含量已經很高，但若再該鹽酸濃度下，F(xiàn)eCl2并不飽和話，則溶液仍具備很強酸洗能力：相反，F(xiàn)eCl2含量并不太高，如果已經達到該濃度下飽和狀態(tài)，其酸洗能力就會明顯下降，此時雖然延長酸洗時間已無濟于事。如下表，列出了不同鹽酸濃度下FeCl2飽和度。鹽酸濃度%溶劑鹽酸含量（g）FeCl2最大溶解量（g）FeCl2飽和度（%）810141621283110010010010010010010053484340.316.77.45.553484340.316.77.45.5從表中數據可以看出，當鹽酸濃度達到10%時，F(xiàn)eCl2飽和度為48%，而鹽酸濃度為31%時其飽和度只有5.5%。因而鹽酸酸洗時采用低濃度鹽酸酸洗較為適當。實驗表白，在2%—15%鹽酸中酸洗，F(xiàn)e離子含量不大于16%時，酸洗效果最佳。在硫酸酸洗中，硫酸亞鐵含量對酸洗時間影響如圖2-—3所示。從圖中可以看到，酸洗時間隨硫酸亞鐵含量增長而延長，但硫酸濃度為20%左右時，不論硫酸亞鐵含量是多少，酸洗時間均有一種最小植。當硫酸亞鐵濃度增大到接近或達到在溶液中飽和度時，不但酸洗速度最慢，由于鐵鹽殘留在工件表面上，使表面變黑變臟：過度硫酸鹽結晶也容易引起工件表面過酸洗缺陷。因而，酸洗溶液中硫酸亞鐵濃度不應超過其在當時條件下飽和度。（1.15）3酸洗工藝條件a鋼鐵化學酸洗配方及操作條件見表2—2。表2—2鋼鐵化學酸洗配方及操作條件溶液成分（g\l）12345硫酸鹽酸氫氟酸硫脲烏落托品200—2502—380—1501—3150—2001—3100—1501—310010—20溫度（℃）時間（min）30—5015—2060—7010—1530—5015—2030—4020—2530—5020—25在鋼材生產中，帶鋼﹑鋼板﹑鋼絲酸洗多數是在持續(xù)密閉酸槽中進行。鹽酸濃度為5%——20%，酸洗溫度為70——85℃，溶液中氯化亞鐵含量控制在10——15%；或者是使用溫度不大于85℃15——25%硫酸溶液，其硫酸亞鐵含量應控制在200——250g\l。如果是非持續(xù)酸洗，鹽酸濃度為5%——20%，酸洗溫度為40——50℃；或者是硫酸濃度為20——25%，酸洗溫度為50——60℃?？紤]到硫酸和鹽酸對鐵氧化物作用不同，國內也有使用硫酸與鹽酸混合夜進行酸洗。混合酸洗溶液成分是：H2SO450—100g/l和HCL150—100g/l,或者是H2SO4150—200g/l﹑HCI250—400g/l﹑FeCL3·6H2O3—5g/l和若丁2—3g/l。酸洗后往往在鋼件表面殘留酸和鐵鹽，因而，對酸洗過工件還要再熱及冷流動水中進行清洗，以保證表面清潔度，用熱流動水清洗時，溫度為70—80℃，清洗時間為5—9min；用冷流動水清洗時，清洗時間也為5—9min。b銅和銅合金銅和銅合金酸洗，普通是在硫酸﹑硝酸和加有少量鹽酸混合酸夜中進行。當工件表面氧化膜很薄時，可省去預酸洗而直接進行光亮酸洗解決。銅和銅合金化學酸洗溶液配方及操作條件見表2——3表2——3銅和黃酸洗配方及操作條件溶液成分（ml/l）預酸洗光亮酸洗1212硫酸硝酸鹽酸氯化鈉，g/l水160—180210—2204（或3—6）余量500200—250微量余量500250—3003—5余量180—260340—38012余量溫度（℃）時間（min）<302—420——303—5<301—3<303—5酸洗時，銅氧化物分別與硫酸、硝酸和鹽酸發(fā)生下述反映：CuO+H2SO4→CuSO4+H2OCuO+2HNO3→Cu（NO3）2+H2OCuO+2HCL→CuCL2+H2O但是，由于銅活潑性較差，因而不能與稀硫酸和稀鹽酸反映而放出氫氣，她只能和具備氧化性酸進行反映。銅和濃硫酸進行下列反映：Cu+2H2SO4→CuSO4+SO2↑+2H2O銅和濃硝酸反映放出NO2：Cu+4HNO3→Cu(NO3)2+2NO2+2H2O銅和稀硝酸反映放出NO：3Cu+8HNO3→3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O在用硫酸﹑硝酸﹑鹽酸混合溶液酸洗時，與銅發(fā)生反映重要是硝酸，因而反映時會放出大量棕紅色刺鼻氣體即氮氧化物混合物（NOx），污染環(huán)境。對此，可以通過加入抑制劑如尿素﹑明膠﹑聚已二醇和表面活性劑等，以減少氮化物危害。用上述混合酸溶液對黃銅進行酸洗時，要特別注意防止過腐蝕現(xiàn)象。由于混合酸中當硫酸和鹽酸含量不變時，硝酸含量增長，銅溶解速度就迅速上升，而鋅溶解速度變化很小。當硫酸和硝酸含量一定期，鹽酸含量增長，則鋅溶解速度上升，而銅溶解速度稍有減少。在酸洗時，對的酸比應使銅和鋅溶解速度等于她們在黃銅中含量比。若鹽酸含量局限性，黃銅表面殘留過多鋅，則呈暗淡黃色；若鹽酸含量不多或硝酸含量局限性，則黃銅表面會浮現(xiàn)棕褐色斑點。這是由于鋅過腐蝕而銅溶解局限性所導致黃銅脫鋅。酸洗速度還取決于溫度。當酸洗溶液溫度達到50℃時，銅溶解速度起初增大，而后迅速減少，鋅溶解速度變化不大，因而酸洗效果不好。當溫度超過50℃時，混合酸開始分解。實踐表白，銅和銅合金酸洗溫度應控制在30℃如下。用氯化鈉代替鹽酸目，是既可以保持氯離子活化作用，又可以減少溶鋅時所析出氧，使腐蝕作用減緩。C鋁和鋁合金鋁是兩性金屬，她氧化物即溶于堿，也溶于酸，因此鋁和鋁合金即可以用堿洗，也可以用酸洗。例如，在含65g鉻酐﹑360g硫酸和100ml水溶液中，于60—70℃溫度下進行除銹。溶液中鉻酐也可以用硝酸代替，還可以加入適量氫氟酸。表2—4列出不同鋁合金酸洗配方及操作條件。表2—4不同鋁合金酸洗配方及操作條件。材料溶液成分溫度（℃）時間（s）純鋁，Al—MnAL—Cu(低)50%HNO3室溫5—30AL—Cu(高)AL—Cu—MgAL—SiAL—Mn—Si30—50%HNO3+3—5%HF室溫5—30AL—Mg(高)15—20%H2SO460—805—10酸洗液中，硫酸重要作用是有選取溶解上述鋁合金表面金屬鋁和氧化鋁，可以提高合金表面和酸液活性，同步提高酸液整平作用。硫酸濃度普通在8—25%較為適當。如果她濃度低于8%，其酸洗速度就慢，易使合金受到點腐蝕。如果濃度高于25%，就會減少酸洗質量，使合金表面浮現(xiàn)半透明物膜。硫酸在酸洗化學反映如下：2AL+3H2SO4=AL2(SO4)3+3H2↑AL2O3+3H2SO4=AL2(SO4)3+3H2O硝酸作用是，一方面與合金表面金屬鋁起化學反映生成氧化鋁，另一方面又及時溶解氧化鋁膜而生成硝酸鋁。這對提高酸洗表面質量起到重要作用。在酸洗液中，硝酸濃度在25—50%較為適當。硝酸在酸洗中化學反映如下：2AL+6HNO3=AL2O3+6NO2↑+3H2O4AL+4HNO3=2AL2O3+4NO↑+2H2OAL2O3+6HNO3+2AL(NO3)3+3H2O氫氟酸對除去含硅鋁合金表面暗灰色硅浮灰，以提高酸洗表面質量，起到一定作用，其化學反映如下：Si+4HF+4HNO3=SiF4↑+4NO2↑+4H2O為了獲得比較光亮鋁和鋁合金表面，則可采用含表面活性劑磷酸溶液進行酸洗。酸洗溶液成分如下：磷酸（85%）100ml/l丁醇400ml/l異丙醇300ml/l水200ml/l鋁和鋁合金通過酸洗后，必要及時用流動溫水和冷水清洗，以徹底除去表面殘留酸液，從而防止鋁和鋁合金表面受到腐蝕。D其她有色金屬除常用銅和銅合金及鋁和鋁合金外，有色金屬中鋅﹑鎂﹑錫和鉛等酸洗用配方及操作條件見表2—5表2—5有色金屬酸洗配方及操作條件溶液成分（g/l）鋅和鋅合金鎂和鎂合金錫鉛硫酸鹽酸硝酸鉻酐氫氟酸50—10010—20150—25080—120100—30050—100溫度（℃）時間（min）室溫<1室溫<1室溫8—12室溫<1室溫1—3室溫<14酸洗除油一步法及除油﹑除銹﹑磷化﹑鈍化“四合一法”把酸洗和除油兩道工序和為一步稱為酸洗除油一步法。她是在酸﹑乳化劑和少量緩蝕劑配成水溶液中進行。這種工藝只合用于鋼鐵材料及其制品表面銹蝕和油污不太嚴重狀況，見表2—6列出鋼鐵材料酸洗除油一步法用配方及操作條件。由于一步法溶液酸性強，又要加熱，因而規(guī)定容器和加熱器能耐酸﹑耐熱，同步必要設立良好塑料或玻璃鋼抽風機，以保證操作安全和人身健康。表2—6鋼鐵材料酸洗除油一步法用配方及操作條件溶液成分（g/l）12硫酸硫脲op乳化劑若丁氯化鈉200—2503—56—8320—3505—103—515—20溫度（℃）時間（min）60—6540—9050—5510—50“二合一法”配方成分1（%）2（g/l）作用工業(yè)硫酸（相對酸度1.84）工業(yè)鹽酸（含量30%）十二烷基磺酸鈉若丁六次甲基四胺三乙醇胺氯化鈉（工業(yè)鹽）平評加水15——25——60.06——0.1——————6余量150——200200——30010——32200——300——余量酸洗除銹除銹潤濕，分散，除油緩蝕緩蝕緩蝕，分散增進劑潤濕，分散，除油“四合一法”配方磷酸二氫錳700g磷化劑硝酸鋅200g磷化劑氟化鈉200g磷化劑氧化鋅70g磷化劑磷酸200ml磷化劑除銹酒石酸50g除銹硝酸鈉50g鈍化劑亞硝酸鈉20g鈍化劑OP——1040ml除油絡合劑（檸檬酸鈉）20g除油或銹水10L第三節(jié)涂層與鋼材表面粘附理論1物理作用a范德華力：色散力，誘導力，取向力范德華力：金屬對表面涂層有一種物理吸附作用，稱為范德華力。色散力非極性分子互相接近時，由于電子高速轉動和原子核不斷震動，正負電荷中心不也許每一時刻都重疊，必然產生瞬間偶極，而瞬間偶極總是處在異極相鄰狀態(tài)。這種非極性分子瞬間偶極之間所產生分子力稱為色散力誘導力當極性分子與非極性分子接近時，非極性分子受極性分子影響，產生誘導偶極，由此而形成吸引力稱為誘導力。取向力極性分子之間，由于固有偶極之間取向所引起分子間力，稱為取向力，她使極性分子更加接近。B表面張力金屬表面分子與內某些子所處狀態(tài)是不同。內某些子所受分子間作用力合力為零，而表面分子所受合力不為零，有一種向內拉力，使進入該力勢內涂料分子被吸附。C機械作用金屬表面粗糙度給涂料分子與金屬表面分子吸附作用提供了更多附著點，從而增大了她們之間摩擦力，稱為機械作用。因而為了提高涂料與金屬之間吸附作用，金屬表面應當有一定粗糙度。當工件噴丸后，在工件表面形成齒形錨紋，她可使金屬表面積增大20倍，錨太淺或太深都不適當，適中錨紋才有助于涂料與金屬之間吸附。第四節(jié)金屬表面機械解決一刷光﹑磨光與拋光1刷光刷光是使用金屬絲﹑動物毛﹑天然或人造纖維制成刷光輪對工件表面進行加工辦法。她重要用于除去工件表面氧化皮﹑銹蝕﹑焊渣﹑舊油漆及其她污物；也用于除去零件機加工后留在表面棱邊毛刺。慣用刷光輪普通由鋼絲和黃銅絲等材料制成。零件材質較硬者，應采用鋼性大鋼絲刷輪，同步采用較大轉速；反之，采用黃銅絲刷輪。刷光可分為機械刷光和手工刷光。兩者多采用濕法，即用水或溶液保證刷光進行，普通都采用水做刷光液，對鋼鐵材料刷光也有采用3—5%磷酸鈉溶液。2磨光和拋光A磨光磨光是用磨光輪對零件表面進行加工辦法。她可以去掉零件表面銹蝕﹑砂眼﹑焊渣﹑劃傷等缺陷﹑提高零件平整度。磨光普通都是在裝有旋轉磨輪或圓盤機床上進行，當前用帶式磨光機日益增多，也可以在某些專用旋轉滾筒﹑震動磨光機等設備中進行，后者慣用于批量生產。B拋光拋光是用拋光輪對零件表面進行加工辦法。拋光可進一步減少零件表面粗糙度，獲得光亮外觀。拋光時，一方面把拋光輪圓周線速度調節(jié)到20—35m/s（零件形狀簡樸﹑表面較硬，轉速可大些，反之，則小些），然后依照零件選用拋光劑。慣用拋光輪有三種，即非縫合式﹑縫合式和風冷布輪。拋光劑有拋光膏和拋光液兩種。二噴砂和噴丸1噴砂和噴丸目：a除銹及污物b在金屬表面形成錨紋，增長與錨紋之間吸附力c表面強化，硬度提高，疲勞強度提高d形成殘于壓應力，減小scc敏感性2噴沙種類干噴沙干噴砂磨料可以是鋼砂、氧化鋁、石英砂、碳化硅等。當前應用最多是石英砂。管道噴砂所用砂粒尺寸普通選用2.5～3.5mm石英砂。干噴砂設備有吸入式、壓力式、自流式、離心式等空氣壓力噴砂機，生產上慣用是吸入式和壓力式兩種。吸入式噴砂機構造簡樸，但生產效率低，合用于小工件。壓力式噴砂機重要由貯砂箱、噴砂室及工作臺等構成。壓縮空氣通過混合室與砂料混合，然后一起沿軟管輸送到噴槍，從噴嘴高速射出撞擊工件表面，從而達到加工目。這種噴砂機合用于大、中型工件，生產效率高，多用于大批量生產。當前國內管道除銹大多數采用這種方式（見圖2－11）。濕噴砂濕噴砂是將水與磨料混合成砂漿（磨料體積普通占20％～30％），并不斷攪拌以防沉淀，用壓縮空氣壓力噴槍，噴向工件；也可將砂和水分別置于罐中，在流入噴槍前混合，然后噴向工件。為防止鋼鐵件銹蝕，水中可加入亞硝酸鈉、碳酸鈉、重鉻酸鈉等作緩蝕劑。濕噴砂所用磨料與干噴砂相似，與干噴砂相比，濕噴砂長處是可以避免產生大量粉塵，對操作人員健康危害不大，不污染環(huán)境。濕噴砂普通有霧化噴砂、水－氣噴砂和水噴砂3種，噴砂方式和噴砂機構造各不相似，其工作原理和特點見表2－7。表2－7各種濕噴砂工作原理和特點辦法工作原理特點水－氣噴砂由泥沙泵以高壓將水－砂料經軟管輸送到噴槍，并在噴槍通人壓縮空氣，以噴出高速水－砂流沖擊工件表面變化壓縮空氣壓力，就能變化噴砂表面粗糙度水噴砂不使用壓縮空氣水－砂流噴砂只能通過變化水壓、才干變化噴砂表面粗糙度霧化噴砂即低壓噴砂。磨料從裝有文氏管壓縮空氣系統(tǒng)送至噴槍，以霧化水－砂流沖擊工件表面只有通過變化磨料粒度才干變化被噴砂工件表面粗糙度3噴丸噴丸與噴沙相似，只是用鋼鐵丸或玻璃丸代替噴沙用磨料。常用噴丸重要有如下幾種：鑄鋼丸硬度普通為HRC40—50，韌性較好，使用廣泛，其使用壽命是鑄鐵丸幾倍。鑄鐵丸硬度為HRC58—65，質脆而易于破碎，壽命短，使用不廣。重要用于噴丸強度高場合。玻璃丸硬度較前兩者低，重要用于不銹鋼﹑鈦﹑鋁﹑鎂及其她不容許鐵質污染材料。也可在鋼鐵丸噴丸之后作第二次加工之用，以除去鐵質污染和減少零件表面粗糙度。噴丸粒度普通選在6—50目之間。噴丸加工設備與噴沙設備基本相似，只是需要某些輔助裝置來更嚴格控制噴丸加工過程。噴丸與噴沙相比有許多長處，設備生產率高，解決表面質量好，磨料損失少。電鍍電鍍：在具有欲鍍金屬離子溶液中，以被鍍材料或制品為陰極，通過電解作用，在基體表面上獲得鍍層辦法。電鍍技術應用已有很長歷史，最初開發(fā)是為滿足人們防腐和裝飾需要，隨著科學技術不斷進步，電鍍技術還可以用來制取特定成分和功能金屬覆蓋層，提供電、磁、光、熱等方面特性。依照鍍層功能可分為防護性鍍層、裝飾性鍍層、功能性鍍層。被鍍材料可以是金屬也可以是非金屬，電鍍是以電化學過程為根據，因此電鍍要有三個必要條件：電源、鍍槽（鍍液）、電極。第一節(jié)電鍍基本原理電化學反映陰極：Mn++neM陽極：M-neMn+法拉第電解定律1、法拉第第一定律電流通過鍍液時，電解質溶液發(fā)生電解反映，陽極發(fā)生氧化反映，陽極金屬不斷溶解，陰極發(fā)生還原反映，不斷有金屬析出，金屬溶解或析出量與通過電荷量關于。內容：電解時，電極上析出或溶解物質量與通過電量成正比。M=kQ式中M－電極上析出或溶解物質量k－比例常數Q－通過電量Q=ItM=KIt只要懂得K，就可以依照測得電流強度I和時間t，計算電極上析出或溶解物質量。2、法拉第第二定律內容：在不同電解液中，通過相似電荷量時，在電極上析出或溶解物物質量相等，并且析出或溶解1mol任何物質所需電荷量都是9.65×104C。把這一常數稱為法拉第常數。即F＝9.65×104C＝26.8A.h(1C=1A.s)電化當量：電極上通過單位電量所形成產物重量，稱為電化當量。電極上通過1F電流量，經反映形成各種物質量都是1mol，但重量是不同。依照M=kQ當Q＝1F時，K＝M/F，K稱為電化當量，單位是mg/C，如果取1F＝26.8A.h,K單位是g/A.h。慣用元素電化當量數值可以在關于手冊中查到。例如：Au+電化當量2.04mg/C，Zn2+電化當量0.339，Cr3+電化當量0.18mg/C，Cr6+電化當量0.0898mg/C，Cu+電化當量0.658mg/C，Cu2+電化當量0.329mg/C。二元合金電化當量，應依照各成分在合金中所占比例計算K合金＝1/（x%/kx+y%/ky）K合金為合金電化學當量，x%﹑y%為x﹑y在合金中所占質量比例，kx﹑ky為x﹑y物質電化當量電量效率按照法拉第電流定律電鍍時，每通過1F電量，在陰極上應當得到1mol金屬鍍層，但在事實上卻不到1mol物質，這是由于在電極上處了主反映，還存在副反映緣故。主反映：Mn++neM副反映：2H++2eH2副反映消耗了某些電量，使電量效率減少。電量效率就是實際析出物質質量與理論計算析出物質質量之比。η＝（M1/M）×100％＝M1/KIt×100%η為電流效率，M1為陰極實際析出物質質量，M為理論上應析出物質質量。陰極電流效率總是不大于100％。關于電鍍計算1、鍍層厚度和電鍍時間計算由η＝＝M1/KIt，知M1＝ηKItM1＝V×γ＝S×δ×γV－金屬體積（cm3）γ－金屬密度(g/cm3)S－金屬鍍層面積(cm2)δ－金屬鍍層厚度(cm)由以上兩式可得，ηKIt＝S×δ×γ，在電鍍生產中，δ習慣上用μm(10-6)作單位，面積用dm2作單位ηKIt＝S×δ×γ/100，δ=KItη×100/(Sγ)t單位是小時設D為單位面積流過電流，D＝I/S，陰極電流密度用DK表達，電流效率用ηK表達，陽極電流密度用DA表達，電流效率用ηA表達，t單位在電鍍生產中慣用min表達δ＝kDKtηK×100/60γ電鍍一定厚度鍍層所需時間t=60γδ/kDKηK×1002、沉積速度計算沉積速度就是單位時間內所鍍鍍層厚度，用U來表達U＝δ/t＝KItηK×100/(Sγ)/t＝KDKηK×100/γ,單位是μm/h。電鍍液主鹽主鹽就是鍍液中能在陰極上沉積處所規(guī)定鍍層金屬鹽，是用來提供金屬離子。對于擬定鍍液，主鹽濃度要有一種適當范疇，或者與鍍液中其他成分維持恰當濃度比值。主鹽濃度升高，沉積速度加快。但是主鹽濃度升高，金屬容易在陰極析出，極化下降，得到鍍層結晶較粗，咱們但愿得到是細小結晶，因而主鹽濃度要維持一種恰當范疇。二、絡合劑絡合劑就是能絡合主鹽中金屬離子物質。絡合反映是金屬離子和中性分子或陰離子洛合，形成絡合物反映。有些狀況下，若鍍夜中主鹽金屬離子為簡樸離子時，則鍍層晶粒粗大，因而，要采用絡合離子鍍液。獲得絡合離子辦法是加入絡合劑，即能絡合主鹽中金屬離子形成絡合物物質。絡合物是一種由簡樸化合物互相作用而形成分子化合物。絡合物在溶液中可分離為簡樸離子和復雜絡合離子。絡合離子中，中心離子占據中心位置，配位體配位于中心離子周邊。由于配位體與中心離子結合牢固，絡合離子在溶液中溶解限度不大，僅某些溶解，它比簡樸鹽離子穩(wěn)定，在電解液中有較大陰極極化作用。在含洛合劑鍍液中，影響電鍍效果重要是主鹽和絡合劑相對含量，即絡合劑游離量，而不是絡合劑絕對含量。絡合劑游離量升高，陰極極化作用升高，有助于鍍層結晶細化﹑鍍層分散能力和覆蓋能力改進。不力是減少陰極電流效率，從而減少沉積速度。與對陰極過程影響相反，絡合劑游離量升高，使陽極極化減少，從而提高陽極開始鈍化電流密度，有助于陽極正常溶解。此外，絡合劑游離量還會影響鍍層沉積速度。三、附加鹽（導電鹽）是指能提高溶液導電率，對主鹽金屬離子不起絡合伙用堿金屬和堿土金屬鹽類，或者是其他導電性物質。堿金屬：IA族元素，鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁。堿土金屬：IIA族元素，鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳。慣用導電鹽有硫酸Na2SO4、MgSO4、銨鹽、導電鹽能改進鍍液深鍍能力，分散能力、得到細致鍍層。但導電鹽含量過高，會減少其他鹽類溶解度。因而，導電鹽含量也要恰當。四、緩沖劑緩沖劑是用來穩(wěn)定溶液PH值(酸堿度)物質。普通由弱酸和弱酸鹽或弱堿和弱堿鹽構成。能使溶液在遇到酸或堿時，溶液PH值變化幅度縮小。普通用量為每升幾十克。電鍍時，陰極表面除了有金屬析出，還會有析氫反映，導致局部ＰH值下降，緩沖劑能起到較好緩沖作用。陽極活化劑陽極活化劑是指鍍液中能處進陽極活化物質，也叫陽極去極化劑。能使陽極電位變負。陽極活化劑作用是提高陽極開始鈍化電流密度保證陽極處在活化狀態(tài)而能正常溶解，慣用陽極活化劑有鹵素離子、銨鹽和某些有機絡合劑，如酒石酸鹽、硫氰酸鹽、檸檬酸鹽。添加劑添加劑指不會明顯變化電性，而能明顯變化鍍層性能物質。依照在鍍液中所起作用可分為：防針孔劑、抑霧劑、光亮劑、整平劑。第三節(jié)電極反映機理電極電位當把一種金屬電極浸入具有該金屬離子溶液中時，存在如下平衡Mn++neM金屬失去電子溶解于溶液反映和金屬離子得到電子而析出金屬反映同步存在，當沒有外電壓時，這個可逆反映不久達到動態(tài)平衡。由于在反映平衡建立此前，以失去電子氧化反映為主，電極上就有多余電子存在，這樣溶液中電極附近正離子就會被吸引集中到金屬表面附近，同步，由于熱運動，這種集中了離子又會向遠方擴散。當靜電引力與熱運動平衡時，在電極與溶液界面就形成了一種雙電層。溶液層中與金屬靠得緊密一層稱為緊密層，別的擴散到溶液中稱為擴散層。由于形成了雙電層，就產生了電位差，咱們就把由金屬與該金屬鹽溶液界面之間產生電位差叫做該金屬電極電位。如果規(guī)定溶液本體電位為零，電極相電位為ε，那么電極和溶液界面電位差就是ε。規(guī)定溶液溫度為25℃、金屬離子濃度為1mol/L時，測得電位叫原則電極電位。原則電極電位高低反映了金屬氧化還原能力，原則電極電位負值較大金屬容易失去電子被氧化，原則電極電位正值較大金屬容易得到電子被還原。也就是電極電位越低，越容易氧化，電極電位越高，越容易被還原。二、極化極化就是當有電流通過電極時，電極電位偏離平衡電極電位（沒有電流通過時電位）現(xiàn)象。陽極極化，陽極電位向正方向移動，不斷變正，陰極極化，陰極電位向負方向移動，不斷變負。過電位：把某一電流密度下，電極電位與平衡電位差值，稱為過電位。產生極化作用重要是由電化學極化和濃差極化引起。1、電化學極化:是由于電極上電化學反映速度不大于電子運動速度導致。陰極上還原反映速度不大于外電源供應電子速度，從而使電極電位向負方向移動而引起極化作用，稱為電化學極化。陽極極化：金屬離子進入溶液速度不大于電子由陽極進入外導線速度，陽極上由過多正電荷積累，因而引起電極雙電層上負電荷減少，于是陽極電位就向正方向移動，產生陽極極化。2、濃差極化：由于溶液中離子擴散速度不大于電子運動速度導致。電解過程當中，濃差極化是由于電極附近溶液濃度與本體溶液（離電極較遠，濃度均勻溶液）濃度發(fā)生差別產生。例如，在陰極附近金屬離子沉積到電極上去，使該處金屬離子濃度不斷減少，而溶液本體中金屬離子擴散到該處進行補充速度趕不上沉積速度從而使電極附近金屬離子濃度比本體溶液中金屬離子濃度要低，這樣就形成了濃度梯度，由此引起電位移動。電流增大，引起濃差極化越大。濃差極化也是使陰極電極電位變得更負，陽極電位變得更負。三、金屬電沉積過程電鍍過程是電解液中金屬離子在外電場作用下，在陰極上放電沉積過程。完畢沉積過程分三個環(huán)節(jié)液相傳質：液相中水化金屬離子或絡合金屬離子從溶液內部向陰極界面遷移，到達陰極雙電層溶液一側。電化學反映：水化金屬離子或絡合金屬離子通過雙電層，并去掉水化分子或配位體層，從陰極上得到電子而變成金屬原子。電結晶：金屬原子延金屬表面擴散到達結晶生長點，以金屬原子態(tài)排列在晶格，形成鍍層。電鍍時，這三個環(huán)節(jié)是同步進行，但是進行速度不同，速度進行最慢一種被稱為整個沉積過程控制性環(huán)節(jié)。哪一種環(huán)節(jié)作為控制性環(huán)節(jié)，最后電沉積成果是不同樣。1、液相傳質環(huán)節(jié)三種方式：電遷移、對流和擴散。電遷移液相中帶電粒子在電場作用下向電極遷移一種傳質過程。帶電粒子也許是進行電極反映離子，也也許是不參加電極反映離子。例如導電鹽、或是過剩絡合劑，它們解離出大量帶電粒子參加電遷移過程，而參加電極反映帶電粒子僅占其溶劑一小某些，因而，電遷移作用可以忽視不計。對流物質粒子隨著液體流動而傳送，就是對流傳質。鍍液在不攪拌狀況下，鍍液流速很小，近似出于靜止狀態(tài)，這時對流影響也可以忽視。擴散溶液中某一組分存在濃度差，該組分物質就會從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)遷移，這個過程叫擴散傳質。電鍍時，陰極表面附近參加電極反映金屬離子，不斷得電子而析出，使參加電極反映金屬離子不斷被消耗，這樣陰極表面附近這種金屬離子濃度就會下降，在陰極表面附近就浮現(xiàn)了參加電極反映金屬離子濃度高低逐漸變化溶液層，稱為擴撒層，擴散兩端這種金屬離子濃度差推動金屬離子不斷通過擴散層擴散到陰極表面。溶液不需要流動就可以發(fā)生傳質過程，擴散總是存在，它是液相傳質重要控制環(huán)節(jié)。如果傳質作為電沉積控制環(huán)節(jié)，則電極以濃差極化為主。由于在發(fā)生濃差極化時，陰極電流密度要較大，并且達到極限電流密度時，陰極電位才急劇向負偏移，這是很容易產生鍍層缺陷。因而，電鍍生產不但愿傳質環(huán)節(jié)作為電沉積過程控制環(huán)節(jié)。2、電化學反映水化金屬離子或絡離子通過雙電層到達陰極界面后，不能直接放電生成金屬原子，而必要通過在電機表面轉化過程。水化限度較大簡樸金屬離子轉化為水化限度較小簡樸離子，配位數較高絡合離子轉化為配位數較低絡合金屬離子，然后，才干進行得電子電化學反映。例如，在堿性氰化物鍍鋅時，Zn(OH)42-=Zn(OH)2+2OH-（配位數減少）Zn(OH)2+2e=Zn+2OH-(脫去配位體)金屬離子在電極上通過與電子電化學反映生成吸附原子。如果電化學反映速度無窮大，那么電極表面上剩余電荷沒有任何增減，金屬與溶液界面間電位差無任何變化，電極反映在平衡電位下進行。事實上，電化學反映速度不也許無窮大，金屬離子來不及把外電源輸送過來電子及時完全消耗掉。于是，電極表面上積累了更多電子，相應變化了雙電層構造，電極電位向負方向移動，偏離了平衡電位，引起電化學反映。如果電化學環(huán)節(jié)作為電沉積過程控制環(huán)節(jié)，則電極以電化學極化為主。電化學極化對獲得良好結晶鍍層非常有利，它是人們謀求最佳工藝參數理論根據。3電結晶環(huán)節(jié)它是吸附原子在陰極表面按一定規(guī)律列成新晶體過程。金屬離子放電后形成吸附原子在金屬表面移動，尋找一種能量較低位置，在脫去水化膜同步，進入晶格。如圖3—1所示中a﹑b﹑c三個位置，晶粒自由表面不同，金屬原子在自由表面多位置上受到晶格中其她原子所吸引較小，其能量較高。因此，a﹑b﹑c三個位置能量一次下降。顯然，金屬原子一方面進入能量低位置，因而，晶面生長只能在c或b﹑c這樣“生長點”或“生長線”上。外電流密度大小決定了電結晶按不同生長方式進行。（2.65）在外電流密度較小，過電位較低狀況下，金屬離子在陰極上還原數量不多，吸附原子能量較小，且晶體表面上“生長點”和“生長線”也不多。吸附原子在電極表面上擴散相稱困難，表面擴散控制著整個電結晶速度。電結晶過程重要是在基體原有晶體上繼續(xù)生長，很少形成新晶核。在這種省長方式下，晶粒長得比較粗大。如果晶面生長完全按照圖所示方式進行，則當每一層面長滿后來，“生長點”和“生長線”就消失了，晶體繼續(xù)增長就要形成新晶核。事實上，絕大多數實際晶體生長都不是如此。在實際晶體中，由于包括螺旋位錯以及其她缺陷，晶面環(huán)繞著螺旋位錯線生長，“生長線”就永遠不會消失。隨著外電流密度增長，過電位增大，吸附原子濃度逐漸增大，晶體表面上“生長點”和“生長線”也大大增長。由于吸附原子擴散距離縮短，表面擴散變得容易，因此來不及規(guī)格排列在晶格上。吸附原子在晶體表面上隨便“堆砌”，使得局部地區(qū)不也許長得過快，所獲得晶粒自然細小。這時放電環(huán)節(jié)控制了電結晶過程。在外電流密度相稱大，過電位絕對值很大狀況下，電極表面上形成大量吸附原子，她們有也許匯集在一起，形成新電荷。極化越大，精粒越容易形成，所得精粒越細小。為了獲得細致光滑鍍層，電鍍時總是設法使得陰極極化大某些。但是單靠提高電流密度增大電鍍過程陰極極化也是不行。由于電流密度增大時，電化學極化增大不多，而濃差極化到增長得很厲害，成果反而得不到良好鍍層。第四節(jié)影響電鍍質量因素影響電鍍質量因素諸多，涉及鍍液各種成分以及各種電鍍工藝參數。下面就某些重要因素進行討論。1PH值得影響鍍液中PH值可以影響氫放電電位，堿性夾雜物沉淀，還可以影響絡合物或水化物構成及添加劑吸附限度。但是對各種因素影響限度普通是不可預見。最佳PH值往往是通過實驗擬定。在具有絡合劑粒子鍍液中，PH值也許影響存在各種絡合物平衡，因而必要依照濃度來考慮。電鍍過程中，若PH值增大，則陰極效率比陽極高，PH值減小則反之。通過加入適量緩沖劑可以將PH值穩(wěn)定在一定范疇。2添加劑影響鍍液中光亮劑﹑整平劑﹑潤滑劑等添加劑能明顯改進鍍層組織。這些添加劑有無機和有機之分。無機添加劑起作用因素是由于她們在電解液中形成高分散度氫氧化物或硫化物膠體，吸附在陰極表面阻礙金屬析出，提高陰極極化作用。有機添加劑起作用因素是此類添加劑多為表面活性物質，她們會吸附在陰極表面形成一層吸附膜，阻礙金屬析出，因而提高陰極保護作用。此外，某些有劑添加劑在電解液中形成膠體，會與金屬離子絡合成膠體——金屬離子型絡合物,阻礙金屬離子放電而提高陰極極化作用.3電流密度影響任何電鍍液都必要有一種能產生正常鍍層電流密度范疇。當電流密度過低時，陰極極化作用減小，鍍層結晶粗大，甚至沒有鍍層。隨著電流密度增長，陰極極化作用隨著增長，鍍層晶粒越來越細。當電流密度過高，超過極限電流密度時，鍍層質量開始惡化，甚至浮現(xiàn)海綿體﹑枝晶狀﹑“燒焦”及發(fā)黑等。電流密度上限和下限是由電鍍液本性﹑濃度﹑溫度和攪拌等因素決定。普通狀況下，主鹽濃度增大，鍍液溫度升高，以及有攪拌條件下，可以容許采用較大電流密度。4電流波形影響電流波形影響是通過陰極電位和電流密度變化來影響陰極沉積過程，她進而影響鍍層組織構造，甚至成分，是鍍層性能和外觀發(fā)生變化。實踐證明，三相全波整流和穩(wěn)壓直流相稱，對鍍層組織幾乎沒什么影響，而其她波形則影響較大。例如，單相半波會使鍍鉻層產生無光澤黑灰色；單相全波會使焦磷酸鹽鍍銅及銅錫合金鍍層光亮。5溫度影響鍍液溫度升高能使擴散加快，減少濃差極化；此外，升溫還能使粒子脫水過程加快。離子和陰極表面活性增強，也減少了電化學極化，導致結晶變粗。另一方面，溫度升高能增長鹽類溶解度，從而增長導電和分散能力；還可以提高電流密度上限，從而提高生產效率。6攪拌影響攪拌可減少陰極極化，是晶粒變粗，但可提高電流密度，從而提高生產率。此外，攪拌還可增強整平劑效果。電鍍工藝一、鍍前解決鍍前解決：使鍍件表面有良好光潔度，去除表面粗糙不平、腐蝕產物和污垢。磨光：運用磨料顆粒尖角磨除工件表面劃痕、車削刀紋、砂眼、毛刺、腐蝕產物。磨光要在磨光機上進行。拋光：消除磨光留下磨痕，使工件表面具備鏡面般光澤，拋光辦法有化學、電化學、機械拋光。噴砂解決：以壓縮空氣為動力，帶動干燥石英砂、鋼砂或河砂，形成砂流，噴射到工件表面，來清除工件表面毛刺、氧化皮、焊瘤等。除油：工件表面油污，導致工件與鍍液隔離，影響鍍層沉積。溶劑除油、化學除油、電化學除油。浸蝕：在酸、酸性鹽或堿溶液中解決工件，除去金屬表面氧化物。二、鍍鋅1、鍍鋅目鋅是較活潑金屬，鋅原則電極電位是-0.76V，它電位比鐵負，對鐵來說是陽極，用來防止鋼鐵腐蝕。鍍鋅有熱浸鍍和電鍍兩種辦法，熱浸鍍鋅容易獲得50g/m2以上厚度鍍層，而電鍍鋅可以經濟地獲得50g/m2如下鍍層厚度。2、電鍍鋅工藝電鍍鋅工藝可采用酸性電鍍液鍍鋅、堿性電鍍液鍍鋅兩種，使用純鋅作為陽極。酸性電鍍液鍍鋅工藝硫酸鋅(g/L)氯化銨(g/L)硫酸鋁(g/L)24015－5030PH值電流密度溫度3.5-4.51-320-30堿性電鍍液鍍鋅工藝氰化鋅(g/L)氰化鈉(g/L)氫氧化鋅(g/L)602353PH值電流密度溫度131-240－50酸性電鍍液價廉并且電流效率大，電鍍速度快，容易管理，缺陷是均鍍能力差。堿性電鍍液鍍鋅價格較高，均鍍能力好，如果添加硫脲還可以獲得光亮鍍層，但氰化物有劇毒。鍍鋅層后解決：去氫：鋼鐵制件經除油、浸蝕、電鍍過程，有析氫吸附，會形成內應力，引起氫脆，鍍鋅后要進行加熱解決，普通在200℃加熱2小時，來消除氫脆和內應力。鈍化：為提高鋅鍍層抗蝕能力，將剛鍍過工件放入鉻酸及其鹽類溶液中，使表面生成穩(wěn)定性較高鉻酸鹽薄膜。三、鍍銅銅電位比鐵正，鋼鐵件上鍍銅層呈陰極性，當鍍層有孔隙時，鐵會呈陽極加速腐蝕，因此鍍銅不單獨用作防護和裝飾，鍍銅重要用于多層電鍍，用作防護裝飾性鍍層體系底層或中間層，來提高基體金屬同表面鍍層結合力，還可以用于鋼鐵件防滲碳、印刷線路板、塑料電鍍和電鑄模等方面。普通硫酸鹽鍍銅工藝硫酸銅(g/L)硫酸(g/L)150－25045－110電流密度A/dm2溫度℃1－320－50硫酸鹽鍍銅鍍液成分簡樸，電流效率高，溶液穩(wěn)定，不產生有害氣體，如果加進光亮劑，還可以得到非常光亮鍍層，缺陷是均鍍能力較差。采用氰化物鍍銅液，能得到均勻、附著性好鍍層。四、鍍鎳鎳是白色金屬，硬度高，具備磁性，易拋光而光澤性好，可以作為表面鍍層，也可作為多層電鍍底層或中間層，鎳在空氣中能生成一層鈍化膜，耐蝕性較好。應用最廣“瓦特”型鍍液工藝硫酸鎳(g/L)氯化鎳(g/L)硼酸(g/L)2404530電流密度A/dm2溫度℃PH值2－740－604.5-5.5硼酸調節(jié)PH值五、鍍鉻鉻是略帶藍色銀白金屬，鍍鉻具備美麗光澤，耐腐蝕，硬度高，摩擦系數小，放光能力強，有較好耐熱性。重要有裝飾－防護性鍍鉻、鍍硬鉻（耐磨鉻）、乳白鍍鉻（用于汽車、飛機、船舶上零件）、槽孔鍍鉻（鍍鉻后，進行陽極槽孔解決，使鍍層網狀裂紋擴大和加深，以達到能儲存潤滑油，減少零件摩擦系數，延長使用壽命目，用于內燃機、壓縮機活塞環(huán)）。配方及工藝條件鉻酸酐(g/L)硫酸(g/L)硅氟酸(g/L)2501.258-10電流密度A/dm2溫度℃30-6055-60硅氟酸對鉻鍍層有活化作用，提高電流效率。六、合金鍍電鍍合金：在陰極上同步沉積出兩種或兩種以上金屬，形成構造和性能符合規(guī)定鍍層工藝過程，稱為電鍍合金。與單金屬鍍層相比，合金鍍層可以進一步改進金屬鍍層性能，還可以獲得單金屬鍍層無法達到特殊功能，例如：外觀、顏色、硬度、磁性、半導體性、耐蝕、裝飾等方面性能。電鍍合金范疇很大，當前可以電鍍合金大概有二百各種。電鍍合金原理1、金屬共沉積條件電鍍合金除了具備單金屬電鍍基本條件，還應當具備兩個基本條件：構成合金鍍層金屬中，至少有一種金屬能單獨從其鹽水溶液中沉積出來。有些金屬原則電極電位很負金屬，如金屬鎢不容易被還原，很難從其鹽水溶液中以純金屬形式沉積出來，但溶液中有鎳離子或鈷離子存在，由于形成了合金，使電位較負鎢得以還原電極電位向正方向移動，與鎳或鈷離子共同沉積出來。兩種金屬析出電位要十分接近，如果它們析出電位相差太大，電位較正金屬將優(yōu)先沉積，甚至完全排斥電位較負金屬沉積。要想使活潑金屬同步析出，就必要滿足在不態(tài)高電流密度下，達到它們析出電位。那么，是不是兩種金屬電極電位相差太大，它們就不能在陰極上共同沉積了呢，固然不是，只要采用適當辦法來使它們析出電位接近，它們就可以在陰極共同沉積形成合金鍍層。重要辦法有：變化鍍液中金屬離子濃度，增大電位較負金屬離子濃度使它電位正移，將低電位較正金屬離子濃度使它電位負移。從而使它們電位接近。采用絡合劑，能使金屬電極電位變負，所選絡合劑一定要使電位較正金屬析出電位變負幅度不不大于電位較負金屬析出電位變負幅度。采用恰當添加劑，有些添加劑，雖然加量很少，卻能明顯增大或減少陰極極化，而變化金屬析出電位。2、合金共沉積類型（1）正則共沉積（2）非正則共沉積（3）平衡共沉積（4）異常共沉積（5）誘導共沉積工藝參數對電鍍合金影響（1）鍍液組分影響鍍液中金屬濃度比影響：是影響合金組構成最重要因素，對于正則共沉積，提高鍍液中不活潑金屬濃度，鍍層中不活潑金屬含量也按比例增長，對于非正則共沉積，提高鍍液中不活潑金屬濃度，鍍層中不活潑金屬含量也隨之提高增長，但卻不成比例。鍍液中金屬總濃度影響：在金屬濃度比不變狀況下，變化鍍液中金屬總濃度，在正則共沉積時將提高不活潑金屬含量。對非正則共沉積，增大總濃度，不活潑金屬在合金中含量要看金屬在鍍液中濃度比而定，也許增長也也許減少。絡合劑濃度影響：在單一絡合劑同步絡合兩種離子鍍液中，絡合物含量增長，如果其中某一金屬沉積電位比另一金屬沉積電位變負得多，那么該金屬在合金鍍層中含量就下降。PH值影響：在簡樸離子鍍液中，PH值對鍍層組分影響不大，在含絡離子鍍液中，PH值變化往往影響絡離子構成與穩(wěn)定性。對鍍層構成影響也較大。（2）工藝參數影響電流密度影響：電流密度增長，陰極化限度加大，有助于電位較負金屬析出，鍍層中較負金屬含量升高。溫度影響：溫度升高會提高陰極電流效率，電流效率提高較多金屬，會提高它在沉積合金中含量。溫度升高，由于擴散和對流速度加快，鍍層中電位較正金屬含量增長。攪拌影響：提高電位較正金屬在合金中含量?；瘜W鍍基本原理什么是化學鍍在沒有外電流通過狀況下，運用化學辦法使溶液中金屬離子還原并沉積基體表面，形成鍍層過程。與電鍍區(qū)別？與電鍍相比，它不需要外電源，操作簡樸，不但能在金屬上奪獲得鍍層，還能在非金屬（塑料、陶瓷），半導體材料上獲得鍍層，不論零件形狀限制，都能獲得均勻鍍層。缺陷是溶液穩(wěn)定性差，使用溫度高，壽命短。二、反映原理1、水溶液中金屬沉積反映方程式Mn++ne→M溶液中金屬離子，接受電子轉變?yōu)榻饘僭樱⒃谇‘敆l件下在工件表面形成鍍層。發(fā)生是還原反映?；瘜W鍍所需電子是通過化學反映直接在溶液中產生，而電鍍所需電子是通過外加電源獲得?；瘜W鍍可分為置換鍍和化學還原鍍。2、置換鍍以電位較負金屬工件浸在電位較正金屬鹽溶液中，使電位較正金屬被還原而沉積在工件表面。例如金屬鋅上化學鍍銅Zn2+/Zn原則電極電位-0.763,Cu2＋/Cu原則電極電位0.337,Zn+Cu2+Zn2++Cu銅將會在鋅表面形成鍍層。當鋅表面完全被銅層覆蓋，就再無電子產生，銅沉積也就停止。因此，置換鍍只能獲得較薄鍍層。3、化學還原鍍還原鍍是再金屬催化作用下，通過可控制氧化還原反映而產生金屬沉積過程。這種辦法不是通過金屬溶解，而是依托還原劑化學反映Rn++MZ+R(n+z)＋+M再這里還原劑Rn+被氧化成R(n+z)＋，而自由電子使MZ+還原，還原劑電位應當明顯低于沉積金屬電位。4、鍍液重要構成（1）濃度較低金屬鹽。（2）還原劑，提供電子。酸性溶液使用次磷酸鹽、亞磷酸鹽、亞硫酸氫鹽、亞硫酸鹽作還原劑，堿性溶液使用甲醛、甲酸鹽、酒石酸鈉等作還原劑。（3）絡合劑，控制沉積速度、抑制沉淀。乙二酸、檸檬酸、酒石酸、氯化銨。（4）緩沖劑，使鍍液PH值保持不便。醋酸鈉、檸檬酸鈉、酒石酸鈉、（5）穩(wěn)定劑，提高溶液穩(wěn)定性，并抑制自發(fā)分解反映。含硫化合物?；瘜W鍍鎳-磷化學鍍鎳－磷：把用還原劑將水溶液中鎳離子還原位金屬鎳，并沉積到金屬表面上去同步金屬層中具有一定磷。使用還原劑有，次磷酸鈉、硼氫化物、胺基硼烷等。用最多是次磷酸鹽。化學鍍鎳機理關于化學鍍鎳機理，有兩種說法（1）原子氫態(tài)理論鍍液加熱，次亞磷酸鹽根再水中脫氫，形成亞磷酸根，同步放出初生態(tài)原子氫H2PO2-+H2OHPO3-+2H+H+初生態(tài)原子氫，吸附催化金屬表面二使之活化，使鍍液中鎳離子還原，再金屬表面沉積金屬鎳Ni2++2HNi+2H+隨著次亞磷酸根分解，還原成磷，鎳原子和磷原子共同沉積而形成鎳－磷合金H2PO2-+HH2O+OH-+P3P＋NiNiP32HH2（2）電化學理論陽極反映：H2PO2-+H2OHPO3-+2H+＋2e陰極反映：Ni2++2eNiH2PO2-+e2OH-+P2HH2金屬化反映：3P＋NiNiP3二、鍍鎳工藝鍍液有兩種類型，酸性鍍液和堿性鍍液次磷酸鈉化學鍍鎳工藝規(guī)范鍍液構成質量濃度g???L-1酸性鍍液堿性鍍液配方1配方2配方3配方4配方5氯化鎳硫酸鎳次磷酸鈉蘋果酸檸檬酸鈉琥珀酸氟化鈉乳酸丙酸氯化銨焦磷酸鈉鉛粒子中和用堿工藝規(guī)范PH值溫度/℃沉積速度/μm?h-1212475NaOH690—1001530263018NaOH4—585—95152824272.50.001NaOH4—590—10020202010L35NH4OH9—108517252550NH4OH10—17015三、影響鍍層質量因素（1）