金屬材料表面改性處理

金屬材料表面改性處理5.1轉(zhuǎn)化膜處理

轉(zhuǎn)化膜處理是將工件浸入某些溶液中,在一定條件下使其表面形成一層致密的保護(hù)膜,提高工件防腐蝕的能力,增加裝飾作用。常用的轉(zhuǎn)化膜處理有氧化處理和磷化處理.5.1.1氧化處理

1.鋼的氧化處理(發(fā)藍(lán)處理)

定義:

工藝過程:

應(yīng)用:2.鋁的氧化過程5.1.2磷化處理定義:

工藝過程:★

應(yīng)用:第2頁,共24頁，2024年2月25日，星期天鋼鐵工件發(fā)藍(lán)處理工藝過程化學(xué)除油水洗酸洗水洗氧化水洗補(bǔ)充處理水洗吹干檢驗(yàn)★影響因素:堿濃度、溫度、工件含碳量第3頁,共24頁，2024年2月25日，星期天鋼鐵工件發(fā)藍(lán)處理工藝過程溶液組成及質(zhì)量濃度溫度/℃時(shí)間/min1化學(xué)除油并水洗苛性鈉30~50、碳酸鈉30~50、磷酸三鈉30~40、水玻璃5~10＞6010~152酸洗后水洗硫酸150~200、緩蝕劑0.5~150~605~103氧化并水洗苛性鈉550~650、硝酸鈉130~180135~14515~204補(bǔ)充處理重鉻酸鉀或肥皂30~5085~9010~155水洗6吹干7檢驗(yàn)第4頁,共24頁，2024年2月25日，星期天鋁的氧化處理鋁的氧化目的：化學(xué)氧化工藝：堿性溶液化學(xué)氧化酸性溶液化學(xué)氧化鉻酸鹽化學(xué)氧化磷酸鹽—鉻酸鹽化學(xué)氧化電化學(xué)氧化工藝（陽極氧化）：常用電解液有：硫酸（WH2SO4為15%~20%）、鉻酸（WCrO3）為3%~10%）、

草酸（WH2CO4為2%~10%）為了防止陽極氧化生成的多孔結(jié)構(gòu)被腐蝕和污染，必須進(jìn)行封閉處理。常用蒸汽封閉法、鹽溶液封閉法、石蠟或油類或樹脂類封閉法。第5頁,共24頁，2024年2月25日，星期天磷化工藝分類

溶液成分的質(zhì)量濃度

/g。L-1溶液溫度/oC處理時(shí)間/min低溫磷化磷酸錳鐵鹽30~40硝酸鹽140~160氟化鈉2~5

室溫

30~45中溫磷化磷酸二氫鋅25~40硝酸鋅80~10050~7015~20高溫磷化磷酸錳鐵鹽30~35硝酸鋅55~6590~9810~15第6頁,共24頁，2024年2月25日，星期天5.2電鍍

定義:在電解液中-零件表面鍍上金屬薄層,-保護(hù)和裝飾作用,

也可用于部分修復(fù).

對(duì)非金屬材料電鍍,應(yīng)先進(jìn)行金屬化處理,如化學(xué)鍍.電鍍工藝過程:

工件預(yù)處理(除銹、除油、清洗）工件作陰極被鍍金屬作陽極在電解液中電鍍普通鍍鉻工藝:應(yīng)用:①修復(fù)磨損、增大尺寸;②提高耐腐蝕性;③提高耐磨性;④提高表面美觀裝飾性;⑤特殊用途,如:防局部滲碳的鍍銅、防局部滲氮的鍍錫、提高導(dǎo)電性的鍍銀等.

刷鍍第7頁,共24頁，2024年2月25日，星期天普通鍍鉻工藝

預(yù)處理和鍍前處理電鍍標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻溶液鉻酐250g/L、硫酸2.5g/L

電鍍溫度42~50oC、陽極鉛（常加6%銻或錫）、電壓6~12V，電流密度16~40A/dm2，補(bǔ)充鉻酐使溶液成分保持穩(wěn)定.

電鍍后處理漂洗烘烤除氫175~180℃第8頁,共24頁，2024年2月25日，星期天刷鍍示意圖1—工件2—鍍液3—供液瓶4—棉花包套5—陽極6—鍍筆7—直流電源8—接液盤第9頁,共24頁，2024年2月25日，星期天鍍鉻的刷鍍液的組成和工藝條件組成和工藝條件質(zhì)量濃度/g.L-1硝酸鉻Cr(NO3)氨水NH4OH水合肼草酸丁二酸F-53PH值陽極380~42011030~40180~220160~1800.056.8~7.5石墨第10頁,共24頁，2024年2月25日，星期天5.3.1化學(xué)氣相沉積法

定義:化學(xué)氣相沉積是在高溫下將爐內(nèi)抽成真空或通入氫氣,然后通入反應(yīng)氣體并在爐內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),使工件表面形成覆層的方法,簡(jiǎn)稱CVD法.

應(yīng)用:刀具、模具、工具、零件等,目的是提高其耐磨性.TiCl4+CH4+H2TiC+4HCl+H2

特點(diǎn):反應(yīng)溫度高,需通入大量氫氣,工件易產(chǎn)生氫脆,且不安全,廢氣HCl有毒.第11頁,共24頁，2024年2月25日，星期天5.3.2物理氣相沉積法定義:物理氣相沉積法是把金屬蒸氣離子化后在高壓靜電場(chǎng)使離子加速并沉積于金屬表面形成覆層的方法,簡(jiǎn)稱PVD法.特點(diǎn):沉積溫度低,速度快,滲層成分和結(jié)構(gòu)可控制,無公害.1.真空濺射:(以沉積TiC為例）工藝方法：在真空鐘罩內(nèi)通入氬氣，在真空度為1。33×10-1Pa的氬氣中，作為陰極的碳化鈦帶有負(fù)1~4kV的高壓。在陰極靶與工作臺(tái)之間的兩側(cè)有兩根鎢絲作為燈絲，燈絲被加熱到白熱狀態(tài)并使其帶有0~100kV負(fù)偏壓時(shí)發(fā)射電子，使鐘罩內(nèi)氬氣電離氬離子（Ar+）以極快速度轟擊碳化鈦靶，使碳化鈦以分子狀態(tài)濺射并沉積于安裝在工作臺(tái)上作為陽極的工作表面，在工件表面涂覆一層高硬度碳化鈦。速度:1.1~1.5μm/h、刀具碳化鈦的厚度達(dá)4~6μm、模具的厚度達(dá)6~8μm，其硬度達(dá)2500-4000HV。第12頁,共24頁，2024年2月25日，星期天高頻離子鍍裝置示意圖1—工件2--高頻激勵(lì)線圈3—鈦4—?dú)怏w入口5—針閥6—測(cè)溫?zé)犭娕嫉?3頁,共24頁，2024年2月25日，星期天5.4熱噴涂定義:在高溫?zé)嵩醋饔孟?將金屬、合金、金屬陶瓷、陶瓷等材料熔化或部分熔化,并通過高速氣流使其成為霧化微粒,噴向工件表面后構(gòu)成噴涂層的方法稱為熱噴涂.熱噴涂工藝過程：表面制備、預(yù)熱、預(yù)噴粉、噴熔、冷卻、噴層后期加工熱噴涂方法：電弧噴涂、火焰噴涂、等離子弧粉末噴涂應(yīng)用：用于鋼材抗大氣腐蝕時(shí)，噴鋁層0.1mm，噴鋅層0.15mm，在靜止?fàn)顟B(tài)下可保護(hù)基體達(dá)10年之久。用于耐熱構(gòu)件上，如工作溫度≤500℃，則噴鋁0.175mm后不需其他處理；工作溫度≤900℃，噴鋁合金后，在800~900℃加熱擴(kuò)散；工作溫度≤1000℃，則噴鎳鉻合金0.375mm后再噴0.10的鋁層，并涂煤膏瀝青溶液，干后再進(jìn)行加熱擴(kuò)散。用于修理磨損曲軸和機(jī)床傳動(dòng)軸時(shí)，先用鎳?yán)笤儆秒娀釃娡糠▏婁摚?5鋼、彈簧剛），修復(fù)磨損表面。第14頁,共24頁，2024年2月25日，星期天電弧熱噴涂原理1—送絲槍2--噴頭3—防光罩4—空氣帽5—工件6—空氣噴嘴7—前導(dǎo)管8—金屬絲第15頁,共24頁，2024年2月25日，星期天火焰噴涂原理1—工件2—金屬絲噴孔3—氧-乙炔噴孔4—空氣帽5—混合室6—送絲滾輪7—金屬絲第16頁,共24頁，2024年2月25日，星期天等離子弧粉末噴涂示意圖1—涂層2—電源3—鎢極4---噴嘴5—冷卻水6—等離子焰7—飛行中的粉末粒子8—工件第17頁,共24頁，2024年2月25日，星期天5.5涂裝

定義:利用噴射、涂飾等方法，將有機(jī)涂料涂覆于工件表面并形成與基體牢固結(jié)合的涂覆層過程稱為涂裝。目的：提高耐磨性、美化工件表面（掩飾表面缺陷、豐富色彩）、保護(hù)表面免受外界（空氣、水分、陽光及其他腐蝕介質(zhì)）侵蝕。還可色彩偽裝、防紅外偽裝、電氣絕緣等。涂料一般由成膜材料、顏料、溶劑、助劑四部分組成。方法：浸涂法、空氣噴涂法、靜電噴涂法、電泳涂裝法、粉末涂裝法第18頁,共24頁，2024年2月25日，星期天浸涂法

浸涂法是將工件浸入漆槽中進(jìn)行涂裝的方法，自動(dòng)浸涂是將工件置放在懸鏈上，借懸鏈沿軌道的運(yùn)動(dòng)自動(dòng)浸入漆槽中涂漆。特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、省工省料、，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，常用于大批量生產(chǎn)的流水線上。第19頁,共24頁，2024年2月25日，星期天空氣噴涂法

噴涂法是利用壓縮空氣，用噴槍將油漆霧化并噴射到工件上的方法。特點(diǎn)：漆膜均勻、平滑、噴射靈活。適合各種大小的工件。但漆的利用率低。第20頁,共24頁，2024年2月25日，星期天靜電噴涂

靜電噴涂是用靜電噴槍使油漆霧化并帶有負(fù)電荷，與接地的工件間形成高壓靜電場(chǎng)，靜電引力使漆霧均勻沉積在工件表面，形成均勻的漆膜。特點(diǎn)：漆膜均勻、生產(chǎn)率高（比空氣噴涂高1~3倍）、油漆利用率高（可達(dá)80%~90%）、污染少、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。第21頁,共24頁，2024年2月25日，星期天電泳涂裝

電泳涂裝是將電泳漆用水稀釋到固體成分為10%~15%工件作為直流電正極浸入電泳槽內(nèi)，電泳漆中的樹脂和顏料在電場(chǎng)作用下移向陽極并沉積于工件表面，形成不溶于水的漆層，然后用水沖去附于工件表面的殘液，烘干后形成均勻的漆層。特點(diǎn)：漆膜厚度均勻、質(zhì)量好、邊緣覆蓋好，涂料利用率高（可達(dá)95%以上），生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，污染小。第22頁,共24頁，2024年2月25日，星期天粉末涂裝

粉末涂裝的基本方法有靜電噴涂法和硫化床法兩種。1）粉末靜電噴涂的電源由高壓靜電發(fā)生器供給，其產(chǎn)生的高電壓接到噴槍的內(nèi)部或前端。粉末在供粉器中與空氣流混合，進(jìn)入噴槍，在噴槍內(nèi)部和出口處帶上電荷。在靜電場(chǎng)的作用下，粉末粒子飛向接地的工件上，當(dāng)粉末涂覆一定厚度時(shí)，后來的粉末由于同性相斥而不能被吸附，使膜厚均勻地覆蓋工件。