第7章表面處理與涂鍍層技術(shù).ppt

海洋設(shè)備的腐蝕與防護(hù) 教學(xué)課件 石油工程學(xué)院海工教研室 第七章表面處理與涂鍍層技術(shù) 表面處理與涂鍍層技術(shù)是從金屬材料與腐蝕介質(zhì)的界面處著手 從而得到防腐蝕的目的 主要包括金屬表面處理 金屬涂鍍層和非金屬涂層 7 1金屬表面處理 主要包括鋁及鋁合金的氧化 鋼鐵的氧化和磷化以及不銹鋼的鈍化等三部分 一 鋁及鋁合金的氧化鋁及鋁合金在大氣中雖然能夠自然形成一層氧化膜 但膜薄 4 5nm 而疏松多孔 為非晶態(tài) 不均勻 不連續(xù)的膜層 不能作為可靠的防護(hù) 裝飾性薄膜 經(jīng)化學(xué)氧化處理獲得的氧化膜 厚度一般在0 3 4 m 質(zhì)地柔軟 耐磨和抗蝕性能均低于陽(yáng)極氧化膜 所以 除有特殊用途外 很少單獨(dú)使用 但因?yàn)樗嗫浊揖哂休^好的吸附能力 在其表面再涂漆 可以有效地提高鋁及鋁合金制品的耐蝕性和裝飾性 1 化學(xué)氧化處理 經(jīng)陽(yáng)極氧化處理獲得的氧化膜 厚度一般在5 20 m 硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜厚度可達(dá)60 250 m 膜層具有以下特性 1 硬度較高 純鋁氧化膜的硬度比鋁合金氧化膜的硬度高 通常它的硬度大小與鋁合金的成分 電解液組成及陽(yáng)極氧化時(shí)的工藝條件有關(guān) 陽(yáng)極氧化膜不僅硬度高 而且具有較好的耐磨性 尤其是表面層多孔的氧化膜具有吸附潤(rùn)滑劑的能力 可進(jìn)一步改善表面的潤(rùn)滑性能 2 陽(yáng)極氧化處理 表5 1幾種材料的硬度比較 2 有較高的耐蝕性 這是由于陽(yáng)極氧化膜有較高的化學(xué)穩(wěn)定性 經(jīng)測(cè)試 純鋁的陽(yáng)極氧化膜比鋁合金的陽(yáng)極氧化膜耐蝕性好 這是由于合金成分夾雜或形成金屬化合物不能被氧化或被溶解 使得氧化膜不連續(xù)或產(chǎn)生空隙 從而導(dǎo)致氧化膜耐蝕性降低 所以一般經(jīng)陽(yáng)極氧化后所得膜必須進(jìn)行封閉處理 才能提高其耐蝕性 3 有較強(qiáng)的吸附能力 鋁及鋁合金的陽(yáng)極氧化膜為多孔結(jié)構(gòu) 具有很強(qiáng)的吸附能力 所以給孔內(nèi)填充各種顏料 潤(rùn)滑劑 樹(shù)脂等進(jìn)一步提高鋁制品的防護(hù) 絕緣 耐磨和裝飾性能 4 有很好的絕緣性能 鋁及鋁合金的陽(yáng)極氧化膜 已不具備金屬的導(dǎo)電性質(zhì) 而成為良好的絕緣材料 5 絕熱抗熱性能好 這是因?yàn)殛?yáng)極氧化膜的導(dǎo)熱系數(shù)大大低于純鋁 陽(yáng)極氧化膜可耐l773K 而純鋁只能耐933K 綜上所述 鋁及鋁合金經(jīng)化學(xué)氧化處理 特別是陽(yáng)極氧化處理后 其表面形成的氧化膜具有良好的防護(hù)裝飾等特性 因此被廣泛用于航空 電器 機(jī)械制造和輕工業(yè)等方面 汽車工業(yè)也趨于采用輕質(zhì)的鋁及鋁合金 下面介紹幾種陽(yáng)極氧化的工藝特點(diǎn) a 硫酸陽(yáng)極氧化硫酸陽(yáng)極氧化工藝獲得的鋁氧化膜外觀呈無(wú)色透明狀 厚度約為5 20 m 硬度較高 孔隙較多 一般孔隙率在10 15 吸附力強(qiáng) 有利于染色 經(jīng)封閉處理后 具有較高的抗蝕能力 主要用于防護(hù)和裝飾目的 硫酸陽(yáng)極氧化工藝簡(jiǎn)單 操作方便 溶液穩(wěn)定 成本低廉 不需要高壓電源 電能消耗較少 氧化時(shí)間短 氧化效率高 適用范圍廣 除不適合松孔度大的鑄件 點(diǎn)焊件和鉚接組合件外 對(duì)其他鋁合金都適用 該工藝的缺點(diǎn) 氧化過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱 槽溫升高太快 生產(chǎn)時(shí)需要降溫裝置 b 鉻酸陽(yáng)極氧化鉻酸陽(yáng)極氧化得到的氧化膜較薄 一般1 5 m 膜層質(zhì)地較軟 彈性高 具有不透明的灰白色至深灰色外觀 氧化膜孔隙極少 染色困難 其耐磨性不如硫酸陽(yáng)極氧化膜 但在同樣厚度條件下 它的抗蝕能力比不經(jīng)封閉處理的硫酸陽(yáng)極氧化膜高 鉻酸陽(yáng)極氧化可以用來(lái)檢查鋁及鋁合金材料的晶粒度 纖維方向 表面裂紋等冶金缺陷 該膜層與有機(jī)涂料的結(jié)合力良好 是油漆等有機(jī)涂料的良好底層 由于鋁在鉻酸氧化液中不易溶解 形成氧化膜后 仍能保持原來(lái)零件的精度和表面粗糙度 因此鉻酸陽(yáng)極氧化工藝適用于容差小 表面粗糙度低的零件以及鑄件 鉚接件和點(diǎn)焊件等 不適用于含銅量大于4 和含硅量較高的鋁合金零件 c 硬質(zhì)陽(yáng)極氧化硬質(zhì)陽(yáng)極氧化是一種厚層陽(yáng)極氧化工藝 氧化膜最大厚度可達(dá)250 300 m 鍍層硬度很高 在鋁合金上纖維硬度 HV 可達(dá)2452 4903MPa 而在純鋁上可達(dá)11768 14710MPa 且其內(nèi)層硬度大于外層 因膜層有孔隙 可吸附各種潤(rùn)滑劑 增加了減磨能力 膜層導(dǎo)熱性很差 其熔點(diǎn)高達(dá)2323K 電阻系數(shù)較大 經(jīng)過(guò)封孔處理 浸絕緣油漆或石蠟 擊穿電壓高達(dá)2000V 在大氣中有較強(qiáng)的抗蝕能力 因此 在國(guó)防工業(yè)和各種機(jī)械制造工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用 其中主要用于要求耐磨 耐熱 絕緣的鋁合金零件上 如活塞 汽缸 軸承 飛機(jī)貨輪的地板 滾棒 導(dǎo)軌等 其缺點(diǎn)是當(dāng)膜厚度大時(shí) 對(duì)鋁合金的疲勞強(qiáng)度有影響 獲得硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜的溶液很多 如硫酸 草酸 丙二酸 磺基水楊酸及其他無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸等 所用電源有直流 交流 交流直流疊加以及各種脈沖電流 其中以直流 低溫硫酸硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝應(yīng)用最廣 其次是混合酸硬質(zhì)陽(yáng)極氧化 下面分別作簡(jiǎn)單介紹 1 硫酸硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝特點(diǎn)硫酸硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝具有溶液成分簡(jiǎn)單 穩(wěn)定 操作方便 成本低 能用于多種鋁材等優(yōu)點(diǎn) 它與普通硫酸陽(yáng)極氧化基本相同 所不同的是 在氧化過(guò)程中零件和鍍液保持低溫 一般在 10 10 這樣得到的氧化膜鍍層厚 硬度高 為此需要采取人工強(qiáng)制冷卻和用壓縮空氣強(qiáng)力攪拌等辦法 2 混合酸硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝特點(diǎn)混合酸硬質(zhì)陽(yáng)極氧化是在硫酸或草酸溶液的基礎(chǔ)上 加入一定量的有機(jī)酸或少量無(wú)機(jī)鹽 如丙二酸 乳酸 蘋果酸 甘油 酒石酸 硼酸 硫酸錳等 這樣就可以在常溫獲得較厚的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜 而且氧化膜質(zhì)量有所提高 4 瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化得到的氧化膜為不透明的淺灰白色 外觀與搪瓷釉層相似 所以稱為仿釉陽(yáng)極氧化 膜層致密 具有較高的硬度 耐磨性和良好的熱電絕緣性 其抗蝕性比硫酸陽(yáng)極氧化膜高 膜具有吸附力 能染色 色澤美觀 有良好的裝飾效果 可用于各種儀表及電子儀器零件表面的防護(hù)和日用品 食品用具的表面精飾 5 草酸陽(yáng)極氧化另外草酸陽(yáng)極氧化獲得的氧化膜較厚 一般為8 20 m 最厚達(dá)60 m 彈性好 具有良好的電絕緣性 但是成本高 電力消耗大 需要冷卻裝置 因此在應(yīng)用方面受到限制 其他方法 高效陽(yáng)極氧化 寬溫度范圍陽(yáng)極氧化 光亮陽(yáng)極氧化和磷酸陽(yáng)極氧化等 6 染色或著色鋁及鋁合金經(jīng)氧化后 往往要經(jīng)過(guò)染色或著色 以得到色彩鮮艷 耐光 耐候性好的精飾表面 在輕工業(yè) 建筑業(yè)得到廣泛應(yīng)用 根據(jù)著色物質(zhì)和色素體在氧化膜中分布的不同 可以把鋁陽(yáng)極氧化膜著色方法分為三類 即吸附染色 整體發(fā)色和電解著色 7 封閉處理由于陽(yáng)極氧化膜的多孔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)吸附能力 表面易被污染 尤其處于腐蝕環(huán)境中 腐蝕介質(zhì)進(jìn)入孔內(nèi)容易引起腐蝕 因此 經(jīng)陽(yáng)極氧化后的皮膜無(wú)論著色與否 均需進(jìn)行封閉處理 以提高氧化膜的抗蝕 絕緣和耐磨性能 以減弱對(duì)雜質(zhì)或油污的吸附 氧化膜封閉的方法很多 常用方法有 熱水封閉法 蒸汽封閉法和鹽溶液封閉法 另外還有石蠟 油類和樹(shù)脂封閉法等 下面對(duì)三種主要的封閉方法分別加以介紹 1 熱水封閉熱水封閉或蒸汽封閉的原理 是氧化膜表面和孔壁的Al2O3在熱水中發(fā)生水化反應(yīng) 生成水合氧化鋁 使得原來(lái)氧化膜的體積增加33 100 氧化膜體積的膨脹使得膜孔顯著縮小 從而得到封孔的目的 反應(yīng)式為 Al2O3Al2O3 H2O H20加熱 熱水封閉宜采用蒸餾水或去離子水 而不用自來(lái)水 主要為了防止水垢吸附在氧化膜中 使皮膜透明度下降 實(shí)踐證明 采用中性蒸餾水封閉 制品易產(chǎn)生霧狀塊的外觀 影響表面光亮度 采用微酸性的蒸餾水封閉 可以得到良好的狀態(tài) 其封閉工藝參數(shù)如下 溫度95 100 pH值5 5 6時(shí)間10 30min 2 蒸汽封閉蒸汽封閉要比熱水封閉效果好 但成本較高 一般適用于封閉要求高的裝飾性零件 蒸汽封閉還可以防止某些染料在水封閉中的流色現(xiàn)象 而且利用水蒸氣壓力對(duì)氧化膜的壓縮作用 可提高膜層的致密程度 工藝條件如下 溫度100 110 壓力0 05 0 1MPa時(shí)間4 5min 3 鹽溶液封閉a 重鉻酸鹽封閉重鉻酸鹽封閉法俗稱填充法 使在重鉻酸鹽的水溶液中 氧化膜吸附重鉻酸鹽后發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 生成堿式鉻酸鋁和重鉻酸鋁 這些生成物將皮膜孔隙填滿 起到封孔的作用 經(jīng)重鉻酸鹽封閉后的制品表面為金黃色 零件在封閉前需用冷水清洗干凈 避免將硫酸帶入封閉槽 破壞膜層的色澤 另外 要防止零件與槽體接觸 破壞氧化膜 當(dāng)封閉液中硫酸根大于0 2g L 1時(shí) 封閉色澤變淡 發(fā)白 加入適量鉻酸鈣可將硫酸根除去 當(dāng)硅酸根大于0 02g L 1時(shí) 制品色澤發(fā)白 顏色發(fā)花 抗蝕能力下降 可添加硫酸鉀鋁來(lái)解決 當(dāng)氯離子大于1 5g L 1時(shí) 封閉溶液必須更換或稀釋后再用 因?yàn)樗芨g氧化膜 b 水解鹽類封閉在某些金屬鹽溶液中 利用金屬鹽被氧化膜吸附后發(fā)生水解反應(yīng) 生成的氫氧化物沉淀填充在孔隙內(nèi) 達(dá)到封孔目的 常用的有Co Ni鹽類 具體反應(yīng)式為 NiSO4 H2ONi OH 2 H2SO4由于此類氫氧化物幾乎無(wú)色透明 且能與有機(jī)染料分子形成配合物 因此水解鹽封閉法特別適用于防護(hù)裝飾性氧化物的著色處理 加熱水解 二 鋼鐵的氧化和磷化1 鋼鐵的氧化鋼鐵的氧化處理又稱發(fā)藍(lán) 其具體工藝流程如下 有機(jī)溶劑除油 化學(xué)除油 熱水洗 70 100 流動(dòng)冷水洗 工業(yè)鹽酸洗 流動(dòng)冷水洗 化學(xué)氧化 回收槽浸洗 流動(dòng)冷水洗 鈍化處理 用3 5 的肥皂液在溫度80 90 時(shí) 處理3 5min 或者用0 2 的鉻酐 0 1 磷酸在溫度80 90 時(shí) 處理0 5 1min 熱水洗 70 100 干燥 熱風(fēng)吹干或室溫干燥 檢驗(yàn) 浸油 在105 110 的機(jī)油 錠子油或變壓器油中浸泡3 5min 氧化后的零件表面生成一層厚度為0 5 1 5 m的氧化膜 氧化處理時(shí)不析氫 因此不會(huì)產(chǎn)生氫脆 對(duì)零件尺寸和精度無(wú)顯著影響 氧化膜的主要組成是Fe3O4 膜層的色澤取決與零件的表面狀態(tài)和材料的合金成分以及氧化處理的工藝操作條件 一般呈藍(lán)黑色或深黑色 含硅量較高的鋼鐵件氧化膜呈灰褐色和黑褐色 鋼鐵零件經(jīng)氧化處理雖然能夠提高耐蝕性 但其防護(hù)能力仍然較差 需用肥皂液 浸油或重鉻酸溶液處理后 才能提高氧化膜的抗蝕性和潤(rùn)滑性 鋼鐵的氧化處理廣泛應(yīng)用于機(jī)械零件 電子設(shè)備 精密光學(xué)儀器 彈簧和兵器等的防護(hù)裝飾方面 但使用過(guò)程中應(yīng)定期擦油 鋼鐵的氧化處理一般可用化學(xué) 電化學(xué)等方法 目前生產(chǎn)中普遍采用的是堿性化學(xué)氧化法 下面是堿性化學(xué)氧化溶液的成分和工藝條件 表5 2 表5 2堿性化學(xué)氧化溶液的成分和工藝條件 注 1號(hào)溶液含有重鉻酸鹽 氧化處理速度較快 氧化膜致密但光亮度稍差 2號(hào)溶液含有磷酸三鈉 當(dāng)溶液中鐵含量增加時(shí)可起有益作用 利于提高氧化膜性能 3號(hào)溶液為一般通用液 所得膜層美觀光亮 4號(hào)溶液為雙槽氧化法 從第一槽氧化取出后可以直接進(jìn)入第二槽氧化 不必清洗 這種方法可以獲得防護(hù)性較好的藍(lán)黑色光亮氧化膜 厚度一般為1 5 2 5 m 2 鋼鐵的磷化鋼鐵在某些酸式磷酸鹽 如鋅 錳 鐵 鈣等 為主的溶液中處理 使其表面上沉積形成一層不溶解于水的結(jié)晶型磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的過(guò)程稱為鋼鐵的磷化 1 磷化膜的組成及性質(zhì)根據(jù)不同的基本材質(zhì) 工件的表面狀態(tài) 磷化液組成及磷化處理時(shí)采用的不同工藝條件 可以得到不同種類 不同厚度 不同表面密度和不同結(jié)構(gòu) 不同顏色的磷化膜 表5 3磷化膜分類及性質(zhì) 磷化膜是由一系列大小不同的晶體組成 在晶體的連接點(diǎn)處將會(huì)形成細(xì)小裂縫的多孔結(jié)構(gòu) 這種多孔的晶體結(jié)構(gòu)能使鋼鐵工件表面的耐蝕性 吸附性及減磨性得到改善 磷化膜的厚度一般在1 50 m 實(shí)際應(yīng)用中通常采用的單位是單位面積的膜層重量 以g m 1表示 根據(jù)膜重一般分為薄膜 10g m 2 三種 磷化膜在200 300 時(shí)仍然具有一定的耐蝕性 溫度大于450 防蝕能力顯著下降 磷化膜在大氣 礦物油 動(dòng)植物油 苯 甲苯等介質(zhì)中具有很好的抗蝕能力 但在酸 堿 海水及水蒸氣中耐蝕性差 磷化處理后 其基體金屬的硬度 磁性等均保持不變 但對(duì)高強(qiáng)度鋼 強(qiáng)度大于1000N mm 2 在磷化處理后必須進(jìn)行除氫處理 溫度130 230 時(shí)間1 4h 2 鋼鐵磷化的用途 1 耐蝕防護(hù)用磷化膜a 防護(hù)用磷化膜常用于鋼鐵工件的耐蝕處理 磷化膜類型可以選用鋅系或錳系 磷化膜單位面積重量為10 40g m 2 磷化后需涂防銹油 防銹脂或防銹蠟等 經(jīng)磷化處理的膜層 在中性鹽霧實(shí)驗(yàn)中 出現(xiàn)第一銹點(diǎn)的時(shí)間為 鋼鐵工件涂防銹油15h鋼鐵工件 硫酸磷酸鋅膜 16g m 2 防銹油550h鋼鐵工件 硫酸磷酸鋅膜 40g m 2 防銹油800h b 油漆底層用磷化膜這種磷化膜用于增強(qiáng)漆膜與鋼鐵工件的附著力及防護(hù)性 提高鋼鐵工件的涂漆質(zhì)量 磷化膜可選用鋅系或鋅鈣系 磷化膜重量0 2 1 0g m 2 用作較大形變鋼鐵工件的油漆底層 磷化膜重量1 5g m 2 用作一般鋼鐵工件的油漆底層 磷化膜重量5 10g m 2 用作無(wú)形變鋼鐵工件的油漆底層 2 冷加工潤(rùn)滑用磷化膜采用鋅系磷化膜有助于冷加工成型 單位面積的膜層重量依據(jù)使用目的而定 例如 用于鋼絲 焊接鋼管的拉拔 磷化膜重量為l 10g m 2 精密鋼管拉拔 磷化膜重量為4 10g m 2 鋼鐵工件冷擠壓成型 磷化膜重量大于10g m 2 非減壁深沖成型 磷化膜重量為4 10g m 2 3 減磨用磷化膜兩個(gè)滑動(dòng)表面除使用較好的潤(rùn)滑劑 如MoS2 外 磷化膜也能起到潤(rùn)滑作用 降低摩擦系數(shù) 一般優(yōu)先選用錳系磷化膜 也可用鋅系磷化膜 對(duì)具有較小動(dòng)配合間隙工件 磷化膜重量一般為l 3g m 2 具有較大動(dòng)配合間隙工件 如減速箱齒輪 磷化膜重量一般為2 20g m 2 4 電絕緣用磷化膜電極及變壓器用的硅鋼片經(jīng)磷化處理可提高其電絕緣性能 一般選用鋅系磷化膜 一般鋼鐵工件的磷化處理流程如下 化學(xué)除油 熱水洗 冷水洗 酸洗 冷水洗 磷化處理 冷水洗 磷化后處理 冷水洗 去離子水洗 干燥 工件若經(jīng)噴砂處理 所得磷化膜質(zhì)量更佳 噴砂過(guò)的工件為防止重新銹蝕 應(yīng)在6h內(nèi)磷化處理 磷化前處理酸洗液中不宜加入若丁 烏洛托品之類的緩蝕劑 由于它們吸附于鋼鐵工件表面抑制了磷化處理反應(yīng) 使得磷化膜不均勻 為使磷化膜結(jié)晶化致密 在磷化處理前可增加表面調(diào)整工序 一般用鈦鹽溶液作為調(diào)整劑 三 不銹鋼的表面處理不銹鋼的酸洗鈍化 美國(guó)工藝 1 銹斑的松弛2 去除銹斑3 光亮化浸漬 化學(xué)拋光 4 鈍化5 表面拋光 7 2鍍層技術(shù) 一 電鍍當(dāng)具有導(dǎo)電表面的制件與電解質(zhì)溶液接觸 并作為陰極 在外電流作用下 在其表面形成與基體結(jié)合牢固的鍍覆層的過(guò)程稱為電鍍 底層可以是金屬 合金 半導(dǎo)體以及含有各種固體微粒的復(fù)合鍍層 如鍍銅 鍍Ni P合金 Ni Al2O3復(fù)合鍍層等 1 預(yù)處理電鍍前 金屬表面要經(jīng)過(guò)預(yù)處理 預(yù)處理包括研磨 拋光 機(jī)械拋光 化學(xué)拋光 電化學(xué)拋光 除油 除銹等過(guò)程 研磨和機(jī)械拋光是對(duì)金屬制品表面進(jìn)行整平處理的機(jī)械加工過(guò)程 研磨在粘有磨料的磨輪上進(jìn)行 機(jī)械拋光是在涂有拋光膏的拋光輪上進(jìn)行 化學(xué)拋光是金屬制品在特定條件下的化學(xué)浸蝕過(guò)程 由于金屬表面的微觀凸起處在特定溶液中的溶解速度比微觀凹陷處的溶解速度大的多 結(jié)果使得基體被整平而獲得平滑 光亮的表面 電化學(xué)拋光是金屬表面的陽(yáng)極電化學(xué)浸蝕過(guò)程 在特定條件下 金屬表面的微觀凸起處的陽(yáng)極溶解速度顯著地大于微觀凹陷處 使得表面顯微粗糙度逐漸減小 最后獲得鏡面般平滑 光亮的表面 除油是為了保證金屬表面精飾產(chǎn)品具有良好的質(zhì)量和為了使鍍層 涂覆層與基體的牢固結(jié)合 一般分為有機(jī)溶劑除油 化學(xué)除油和電化學(xué)除油等 在上述各方法中同時(shí)使用超聲波時(shí) 可大大提高除油速度和效果 有機(jī)溶劑對(duì)油脂有物理溶解作用 特點(diǎn)是除油速度快 一般不腐蝕金屬 但除油不徹底 需用化學(xué)法或電化學(xué)法補(bǔ)充除油 常用的有機(jī)溶劑有煤油 汽油 苯類 酮類 某些氯化烷烴或烯烴等 化學(xué)除油是利用堿溶液對(duì)皂化油脂的皂化作用和表面活性物質(zhì)對(duì)非皂化油脂的乳化作用 除去工件表面上的各種油脂 電化學(xué)除油是在堿性電解液中 金屬工件在直流電的作用下 產(chǎn)生極化作用 使金屬 溶液間的表面張力降低 溶液易于潤(rùn)濕并滲入油膜下的工件表面 同時(shí)析出大量的氫或氧對(duì)油膜造成劇烈的沖擊和破碎 對(duì)溶液產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌 加強(qiáng)油膜表面溶液的更新 油膜被分散成為細(xì)小的油滴脫離工件表面 進(jìn)而在溶液中形成乳濁液 達(dá)到除油的目的 在堿性溶液中的化學(xué)除油和電化學(xué)除油過(guò)程中 引入超聲波可以強(qiáng)化除油過(guò)程 縮短除油時(shí)間 提高工藝質(zhì)量 還可以使細(xì)孔 盲孔中的油污徹底清除 從而提高除油效果 除銹方法也有機(jī)械法 化學(xué)法和電化學(xué)法三種 機(jī)械法除銹是對(duì)工件表面進(jìn)行噴砂 研磨 滾光或擦光等機(jī)械處理 在制件表面得到整平的同時(shí)除去表面的銹層 化學(xué)除銹是用酸或堿溶液對(duì)金屬制品進(jìn)行強(qiáng)浸蝕處理 使得制品的表面銹層通過(guò)化學(xué)作用和浸蝕過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣泡的機(jī)械剝離作用而被除去 電化學(xué)除銹是在酸或堿溶液中對(duì)金屬制品進(jìn)行陰極或陽(yáng)極處理而除去銹層 陽(yáng)極除銹是化學(xué)溶解 電化學(xué)溶解和電極反應(yīng)析出氧氣氣泡的機(jī)械剝離作用 陰極除銹是化學(xué)溶解和陰極電極反應(yīng)析出氫氣氣泡的機(jī)械剝離作用 對(duì)一般金屬制品多用酸浸蝕法除銹 對(duì)兩性金屬可以用堿性溶液浸蝕除銹 為了減少?gòu)?qiáng)浸蝕過(guò)程中基體金屬的溶解 確保金屬制品的幾何尺寸與形狀 并減輕滲氫 防止氫脆 可以在浸蝕液中添加緩蝕劑 緩蝕劑能選擇性地吸附在裸露的基體金屬上而不被金屬的氧化物吸附 因此 在不影響氧化物的正常溶解條件下 提高了金屬表面的析氫超電壓 從而減緩酸對(duì)金屬的腐蝕和氫脆 對(duì)于表面油污不嚴(yán)重的工件 其預(yù)處理過(guò)程的除油和除銹步驟可以合并進(jìn)行聯(lián)合處理 即將工件在含有乳化劑的浸蝕液中處理 以簡(jiǎn)化工藝 減少設(shè)備及化工原料數(shù)量 聯(lián)合處理所采用的浸蝕劑 對(duì)黑色金屬和重有色金屬常用酸液 而對(duì)輕金屬及其合金常用堿液 因乳化作用是惟一除油的途徑 故應(yīng)選用乳化能力較強(qiáng)的乳化劑 需要電鍍的金屬制品經(jīng)除油和強(qiáng)浸蝕 在進(jìn)行電鍍前還需進(jìn)行弱浸蝕或活化處理 其目的是除去金屬表面上的極薄氧化膜 使得金屬表面活化以保證鍍層與基體金屬的牢固結(jié)合 弱浸蝕可以用化學(xué)法 電化學(xué)法或陰極活化法 化學(xué)弱浸蝕是將金屬制品浸入稀酸 3 5 HCl或3 5 H2SO4 或稀NaCN溶液中0 5 1min 從而使金屬表面的極薄氧化膜溶解而除去 電化學(xué)法利用與化學(xué)浸蝕相同但濃度更低的溶液 在5 10A dm 2的電流密度下進(jìn)行陽(yáng)極處理 將氧化膜溶解除去 陰極活化是將工件在溶液中進(jìn)行陰極處理 表面的氧化膜被還原成金屬 例如 用焦磷酸鹽鍍液鍍銅及銅合金時(shí) 即可在堿性磷酸鹽鍍液中進(jìn)行陰極活化處理 鋼鐵制品電鍍硬鉻時(shí)常用陽(yáng)極活化 直接在鍍鉻槽中先使工件作短時(shí)陽(yáng)極浸蝕處理 再轉(zhuǎn)換為陰極進(jìn)行電鍍 弱浸蝕總是在工件經(jīng)過(guò)徹底除油和強(qiáng)浸蝕后才進(jìn)行 如果弱浸蝕液就是電鍍液成分之一或它被帶入不污染鍍液時(shí) 工件弱浸蝕后最好直接進(jìn)入鍍槽 以保證活化效果 綜上所述 電鍍前的一般預(yù)處理過(guò)程如下 研磨或拋光 水洗 除油 水洗 除銹 水洗 活化 水洗 電鍍 2 常用電鍍1 鍍銅由于銅鍍層的化學(xué)穩(wěn)定性較差 除特殊的外觀和熱處理要求外 一般不單獨(dú)作為防護(hù)裝飾鍍層 而常作為其他鍍層的中間鍍層或底層 以提高表面鍍層與基體金屬的結(jié)合力 銅鍍層的晶體粒度細(xì)小 現(xiàn)代工業(yè)中使用周期換向電流技術(shù)或通過(guò)添加劑 可以在廉價(jià)的鍍銅液中鍍出全光亮 整平性能好 韌性高的銅鍍層 因而銅鍍層至今仍被廣泛地應(yīng)用于防護(hù)裝飾性鍍層 并成為電鍍工業(yè)中主要的鍍種之一 可以用來(lái)獲得鍍銅層的鍍液很多 按其組成可以分為劇毒性的氰化物和非氰化物體系兩大類 后者又分為酸性鍍銅液 焦磷酸鹽鍍銅液 檸檬酸鹽鍍銅液 酒石酸鹽鍍銅液 HEDP鍍銅液 H5L羥基乙叉二膦酸 氮三乙酸鍍銅液 乙二胺鍍銅液和氟硼酸鍍銅液等等 1 酸性硫酸鹽鍍銅液酸性硫酸鹽鍍銅液基本成分比較簡(jiǎn)單 主要由硫酸銅和硫酸組成 硫酸銅是供給銅離子的主鹽 在鍍銅液中電離產(chǎn)生二價(jià)銅離子和硫酸根 在外電流的作用下 銅離子在陰極放電還原為銅鍍層 銅陽(yáng)極溶解釋放出離子補(bǔ)充體系銅離子的損耗 鍍液中一定要含有游離硫酸 以改善鍍液的電導(dǎo)和陰極極化 從而改善體系的均鍍能力 提高電流效率 酸性硫酸鹽鍍液中獲得銅鍍層質(zhì)量的優(yōu)劣與鍍液中銅鹽濃度 游離硫酸根含量 溫度 陰陽(yáng)極的電流密度以及攪拌方式和攪拌程度密切相關(guān) 在酸性硫酸鹽鍍液光亮鍍銅工藝中 陽(yáng)極采用含磷0 04 0 3 的銅板 這種陽(yáng)極銅板溶解時(shí) 能夠形成一層有韌性的棕黑色膜 對(duì)導(dǎo)電性能影響很小 不會(huì)影響銅的正常溶解 同時(shí)還可以避免一價(jià)銅離子的生成 為了防止銅陽(yáng)極在通電溶解過(guò)程中不溶物進(jìn)入鍍液 可用滌綸布袋或陽(yáng)極框包圍 以減少鍍層粗糙和毛刺的產(chǎn)生 陰陽(yáng)極面積比為l l時(shí) 不會(huì)發(fā)生陽(yáng)極鈍化現(xiàn)象 同時(shí)鍍液中的銅含量也能夠保持穩(wěn)定 鍍液的配制如下 首先將計(jì)算量的硫酸銅用熱蒸餾水或去離子水溶解 加入少量硫酸 化學(xué)純或電池級(jí) 數(shù)量約為需求量的1 10 以防止硫酸銅水解 加入lml L 1的30 的雙氧水 攪拌30min 然后加入l 2g L 1的活性炭 攪拌30min 靜置數(shù)小時(shí) 最好隔夜 過(guò)濾后在濾液中加入余量的硫酸 將添加劑分別配制成溶液 加入已配制好的鍍液中 再用蒸餾水稀釋至指定體積 充分?jǐn)嚢杓纯?2 焦磷酸鹽鍍銅液焦磷酸鹽鍍銅是國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的工藝之一 它的主要特點(diǎn)是鍍液比較穩(wěn)定 容易控制 電流效率較高 均鍍能力和深鍍能力強(qiáng) 鍍層結(jié)晶細(xì)密 并能夠獲得較厚的鍍層 只是鍍液的成本偏高 表5 4焦磷酸鹽鍍銅溶液的組成和工藝條件舉例 注 l 3號(hào)配方適用于一般鍍銅 2號(hào)配方適用于光亮鍍銅 4號(hào)配方適用于滾鍍 鍍液成分的作用 焦磷酸銅是鍍液的主鹽 提供銅離子 焦磷酸鉀是配合劑 鍍液中必須要有一定量的焦磷酸根存在 以穩(wěn)定焦磷酸銅配合物 防止沉淀產(chǎn)生 改善鍍層質(zhì)量 提高鍍液分散能力和改善陽(yáng)極溶解狀況 硝酸鹽可以提高電流密度的上限 減少針孔 降低鍍液的操作溫度 提高分散能力等 但都明顯降低電流效率 檸檬酸鹽 酒石酸鹽 氮三乙酸和氨水與銅形成配合物 是輔助配體 它們可以改善鍍液分散能力 加強(qiáng)鍍液的緩沖作用 促進(jìn)陽(yáng)極溶解 增大容許電流密度和提高鍍層的光亮度 巰基化合物是光亮添加劑 二氧化硒是輔助光亮劑 能夠提高鍍層光亮度 同時(shí)降低鍍層內(nèi)應(yīng)力 在電鍍時(shí) 陰陽(yáng)極面積之比一般為1 2 2 鍍鎳及鎳合金 1 鍍鎳鍍鎳的應(yīng)用面很廣 大體可分為防護(hù)裝飾性和功能性兩方面 在防護(hù)裝飾性鍍層 鎳可以鍍覆在低碳鋼 鋅鑄件 某些鋁合金及銅合金的表面 保護(hù)基體材料不受腐蝕 并通過(guò)拋光暗鎳鍍層或直接鍍光亮鎳的方法獲得光亮的鎳鍍層 達(dá)到裝飾的目的 另外 也有在光亮鎳鍍層上鍍金或仿金鍍層 并覆蓋透明的有機(jī)膜層 從而獲得金色裝飾層 塑料經(jīng)過(guò)處理后也能鍍鎳 使其金屬化 既輕巧又美觀 在鎳鍍層的功能性應(yīng)用方面 最令人注目的是修復(fù)電鍍 在被磨損 腐蝕或加工過(guò)度的零件上 鍍上比實(shí)際需要更厚一點(diǎn)的鎳鍍層 然后經(jīng)過(guò)機(jī)械加工 使其達(dá)到規(guī)定的尺寸 尤其是近年來(lái)發(fā)展了刷鍍技術(shù) 可以在需要修復(fù)的部位進(jìn)行局部電鍍 進(jìn)一步降低了修復(fù)的成本 易磨損的軸類或軸承零件的修復(fù)常常采用這種方法 厚的鎳鍍層具有很好的耐磨性 可以作為耐磨鍍層 尤其是近年發(fā)展了復(fù)合電鍍 以鎳為主體金屬 以金剛石 碳化硅 三氧化二鋁等粒子作為分散顆粒 可以沉積出夾帶耐磨微粒的復(fù)合鍍層 硬度比通常鎳鍍層高 耐磨性更好 如果以石墨或氟化石墨進(jìn)行復(fù)合鍍 鍍層具有優(yōu)良的自潤(rùn)滑性能 可作為潤(rùn)滑鍍層 鍍鎳溶液的種類很多 大致可分為電鍍暗鎳 半光亮鎳與光亮鎳 以及特殊要求的鍍鎳三大類 電鍍暗鎳多用于要求厚鍍層的功能性鍍鎳 也常用作裝飾性鍍鎳 半光亮鍍鎳與光亮鍍鎳主要用作防護(hù)裝飾性鍍鎳 而且常組成雙鎳層或三鎳層 以得到較高的抗蝕性 其鍍液基本組成與瓦特浴鍍鎳成分相同 僅添加了不同的光亮劑 瓦特浴鍍鎳液基本組成如下 硫酸鎳 NiSO4 7H2O 240g L 1氯化鎳 NiCl2 6H2O 20g L l硼酸20g L 1 現(xiàn)在使用的瓦特浴鍍鎳液組成多數(shù)是在此基礎(chǔ)上做了微小變動(dòng) 硫酸鎳是鍍鎳溶液的鎳離子主要來(lái)源 氯化鎳的作用有兩個(gè) 一是幫助陽(yáng)極溶解 二是提高溶液的電導(dǎo)率 以降低達(dá)到額定電流密度時(shí)的槽電壓 硼酸起緩沖作用 用來(lái)穩(wěn)定鍍液pH值 采用瓦特浴鍍液時(shí) 鍍液濃度 電流密度 溫度 攪拌和pH值等條件是相互影響的 鍍鎳光亮劑分為兩類 第一類光亮劑又稱為初級(jí)光亮劑 包括芳香族磺酸 芳香族磺酰胺 芳香族磺酰亞胺 芳香族亞磺酸以及雜環(huán)磺酸等五類化合物 第二類光亮劑又稱次級(jí)光亮劑 包括醛類 酮類 炔類 氰類和雜環(huán)類等五種類型的化合物 特殊要求的鍍鎳有緞狀鎳 黑鎳 滾鍍鎳等 針對(duì)不同要求而擇定 2 鍍鎳磷合金鎳磷合金是一種單相均一的非晶態(tài)合金 它不存在晶界 位錯(cuò)等基體缺陷 因此不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象 耐點(diǎn)蝕性能也好于晶態(tài)合金 此外 它對(duì)能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的滑移平面的選擇性腐蝕也不敏感 不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 鎳磷合金除具有優(yōu)良的耐蝕性外 還具有硬度高 熱處理前600HV 400 處理1 h 硬度為1000HV 鍍層致密 耐藥性和耐磨性好 能屏蔽電磁波等特性 鎳磷合金受熱會(huì)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變 由均一單相的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)變?yōu)殒嚲w與Ni3P兩相組織 結(jié)果使耐蝕性下降 當(dāng)鍍層含磷量大于8 時(shí) 鍍層變?yōu)榉谴判?鎳磷合金可以通過(guò)電鍍和化學(xué)鍍的方法獲得 化學(xué)鍍時(shí)是用次亞磷酸鈉作還原劑 電鍍鎳磷合金是在鍍鎳溶液中加入亞磷酸或次亞磷酸鈉而得到 用亞磷酸時(shí) 鍍液的穩(wěn)定性高 成本低 鍍層中含磷量容易控制 由于亞磷酸鎳的溶解度低 電鍍必須在較低pH值下進(jìn)行 因而電流效率較低 用次亞磷酸鈉時(shí) 由于它本身是強(qiáng)還原劑 成本高 也給操作帶來(lái)麻煩 因此實(shí)際應(yīng)用得很少 鍍液組成及工藝條件見(jiàn)表5 5 表5 5鎳磷合金鍍液的組成和工藝條件 絡(luò)合劑和穩(wěn)定劑由武漢大學(xué)電化學(xué)教研室研制 鎳磷合金鍍液的具體配制步驟如下 稱取計(jì)量的鎳鹽 絡(luò)合劑 穩(wěn)定劑于鍍槽中 加入熱水 在攪拌下使其溶解 稱取計(jì)量的硼酸 用熱水在另一容器中溶解后用濾布濾入鍍槽 在鍍槽中加入計(jì)量的亞磷酸與磷酸 攪拌均勻 將濕潤(rùn)劑或糖精分別用熱水溶解后 在攪拌條件下慢慢倒入鍍槽 調(diào)整溶液pH值 加水至規(guī)定體積后進(jìn)行試鍍 3 電鍍其他鎳基合金電鍍其他鎳基合金主要有NiZn NiAl Ni Mo Ni W Ni Mo Fe Ni S Ni P S等 其中 Ni Mo Ni Mo Fe Ni S可以作為析氫反應(yīng)的電催化活性陰極材料 具有較好的開(kāi)發(fā)前景 它既可以降低電解槽電壓 又可以減少環(huán)境污染 推動(dòng)清潔的二次能源 氫能的實(shí)現(xiàn) 也可以用在電解海水制氯防污系統(tǒng) 代替目前使用的Ni或Ti網(wǎng) 3 鍍鉻鍍鉻按其用途主要分為防護(hù)裝飾性鍍鉻和耐磨性鍍鉻兩類 前者是防止基體金屬銹蝕和美化產(chǎn)品外觀 后者是提高機(jī)械零件的硬度 耐磨 耐蝕和耐溫性能 防護(hù)裝飾性鍍鉻大量應(yīng)用于汽車 摩托車 自行車 縫紉機(jī) 鐘表 家用電器 醫(yī)療器械 儀器儀表 家具 辦公用品以及日用五金等產(chǎn)品 其特點(diǎn)是 鍍層薄 只有0 25 0 3 m 鍍鉻層對(duì)鋼鐵基體是陰極性鍍層 因此必須采用中間鍍層才能得到足夠的防蝕效果 鍍鉻層平滑 光亮 美觀 鋼鐵零件一般防護(hù)性鍍鉻的主要工藝流程有兩種 1 Cu Ni Cr化學(xué)除油 水洗 陽(yáng)極電解除油 水洗 閃鍍氰化銅 水洗 光亮鍍銅 水洗 光亮鍍鎳 水洗 鍍鉻 水洗 干燥水洗 周期換向氰化鍍銅 水洗 光亮鍍鎳 水洗 鍍鉻 水洗 干燥 2 多層Ni Cr化學(xué)除油 水洗 陽(yáng)極電解 除油水洗 陰極電解除油 水洗 半光亮鍍鎳 回收槽中清洗 光亮鍍鎳 水洗 鍍鉻 水洗 干燥回收槽中清洗 亮硫鎳 光亮鍍鎳 水洗 鍍鉻 水洗 干燥 4 鍍鋅及鋅合金 1 鍍鋅鍍鋅層大多鍍覆于鋼鐵制品的表面 經(jīng)鈍化后 在空氣中幾乎不發(fā)生變化 在汽油和含CO2的潮濕水汽中也有很好的防銹性能 這是因?yàn)殁g化膜致密和鋅鍍層表面生成的堿式碳酸鋅薄膜保護(hù)了下面金屬不再遭受腐蝕的緣故 另外鋅有較鐵 0 44V 負(fù)的電位 0 76V 因此形成Fe Zn原電池時(shí) 鋅為陽(yáng)極 它本身會(huì)溶解而使鋼鐵基體得到保護(hù) 即使表面鋅鍍層不完整也能起到保護(hù)作用 所以鋅鍍層被稱為 陽(yáng)極性鍍層 鋅鍍層對(duì)鋼鐵基體既有機(jī)械保護(hù)作用又有電化學(xué)保護(hù)作用 因此抗蝕性特別優(yōu)良 鋅鍍層鈍化后 通常視所用鈍化液不同而得到不同色彩的鈍化膜或白色鈍化膜 彩虹色鈍化膜的抗蝕性比無(wú)色鈍化膜高五倍以上 一方面是因?yàn)椴屎缟g化膜比較厚 另一方面彩虹色鈍化膜表面被劃傷后 在潮濕空氣中 劃傷部位附近的鈍化膜中的六價(jià)鉻可以對(duì)劃傷部位進(jìn)行 再鈍化 修復(fù)損傷后使得鈍化膜保持完整 因此 鍍鋅膜一般采用彩虹色鈍化膜 無(wú)色鈍化膜外觀潔白 多用于日用五金 建筑五金等要求有白色均勻表面的制品 此外還有黑色鈍化 軍綠色鈍化等 在工業(yè)上也有應(yīng)用 2 鍍鋅合金鋅基合金具有優(yōu)良的耐蝕性能 通過(guò)電鍍的方法可以得到鋅和其他很多金屬的二元合金或三元合金 例如Zn Fe Zn Co Zn Ni Zn Cr Zn Ti Zn Mn Zn Al Zn Sn Zn Mo Zn Ni V Zn Ni Cd Zn Ni Co Zn Ni Ti Zn Co Mo Zn Co Cr和Zn Ti Fe等 多數(shù)鋅合金的防腐蝕性能比鋅好 能夠有效降低鍍層的使用厚度 目前常用的鋅合金有Zn Fe Zn Co Zn Ni Zn Ti Zn Mn Zn Al Zn Co Cr等 它們以優(yōu)良的耐蝕性和低氫脆性而有可能取代鋅和鎘鍍層 日本一公司開(kāi)發(fā)的光亮Zn Ni合金電鍍工藝 據(jù)稱2 3 m的鍍層可以耐鹽霧200h Zn Co合金外觀酷似鉻 可作裝飾性鍍層 Zn Fe合金可進(jìn)行磷化處理而用于鋼板和零件的電鍍 鋅鎳合金以含鎳8 15 最佳 大于15 時(shí)鍍層難于鈍化 鋅鎳合金的耐蝕性和耐磨性約為純鋅的3 5倍 耐熱達(dá)200 250 焊接性及延展性與純鋅相當(dāng) 在碳素鋼上的顯微硬度為550HV 對(duì)油漆的結(jié)合力良好 氫脆性接近于零 鍍層毒性小 但潤(rùn)滑性能稍低于純鋅 表5 6鋅鎳合金鍍液的組成和工藝條件 其中應(yīng)用最廣的是氯化物型 其次是硫酸鹽型 兩類鍍液成分及工藝條件見(jiàn)表5 6 光亮劑721 2由哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制 SSA 85由武漢材料保護(hù)研究所研制 鋅鎳合金的鈍化工藝參數(shù)見(jiàn)表5 7 表5 7鋅鎳合金的鈍化工藝參數(shù) 5 鍍鎘鎘在陰極上的沉積過(guò)程與鋅類似 鎘的標(biāo)準(zhǔn)電極電位 0 4V 比鐵 0 44V 稍高 在通常條件下 鎘鍍層對(duì)鋼鐵基體是陰極性鍍層 但在25 人造海水中 鎘的電位是 0 77V 比鐵 0 42V 低 因此鎘和鐵的電位隨條件的改變而改變 如在一般情況下 鎘屬于陰極型鍍層 其防護(hù)性能不如鋅好 但在海洋性氣候 海水或高溫環(huán)境中 鎘對(duì)鐵是陽(yáng)極性鍍層 其防護(hù)性能比鋅好得多 由于鎘鹽的毒性很大 價(jià)格較高 一般只有特殊要求的技術(shù)鍍層才進(jìn)行鍍鎘 鎘鈦鍍層可以防止高強(qiáng)度零件電鍍后造成的氫脆斷裂 同時(shí)又具有較好的耐蝕性 常用在宇航 國(guó)防工業(yè)的重要結(jié)構(gòu)件上 二 熱浸鍍和熱噴涂1 熱浸鍍熱浸鍍是將金屬制件浸入熔融金屬中 使其表面形成與基體牢固結(jié)合的金屬鍍覆層的過(guò)程 要求鍍層金屬熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于基體材料 故常限于采用低熔點(diǎn)金屬及其合金 一般采用錫 鉛 鋅 鋁及其合金 鋼是最廣泛的基體材料 有時(shí)也用鑄鐵或銅作為基體 目前常用的熱浸鍍層有熱浸鍍鋅 鋁 Galvalume鋅鋁合金 55 Al 43 5 Zn 1 5 Si 及Galfan鋅鋁合金 5 Al 0 05 稀土 余量Zn 鍍層 1993年全世界熱浸鍍Galvalume鋅鋁合金鍍層的鋼材產(chǎn)量達(dá)280萬(wàn)t 1997年Galfan鍍層鋼板也達(dá)200萬(wàn)噸 以熱浸鍍鋅為例介紹熱浸鍍的生產(chǎn)工藝及其防蝕機(jī)理如下 鋅和鐵界面經(jīng)擴(kuò)散和反應(yīng)形成合金層 這些合金由幾種金屬間化合物組成 它們是Fe5Zn21 FeZn7 FeZn13 等 越靠近鋼鐵基體 含鐵量越多 熱浸鍍鋅時(shí) 一般認(rèn)為過(guò)程是按以下步驟進(jìn)行 1 鋼鐵基體進(jìn)入鋅液 由于其表面溫度較低 在表面凝結(jié)一層鋅殼 2 鋼鐵基體溫度上升到鋅的熔點(diǎn) 鋼鐵表面的鋅殼完全熔化 鋅液在鋼鐵表面浸潤(rùn) 并于基體表層進(jìn)行擴(kuò)散和界面反應(yīng) 形成鋅鐵合金 3 在鋅鐵合金層表面形成純鋅層 最后經(jīng)冷卻 形成結(jié)晶純鋅層 熱浸鍍層對(duì)鋼鐵制件的防腐蝕作用分為兩種情況 在鍍層沒(méi)有破壞的情況下 它和其他隔離性防護(hù)層一樣 可以起到隔離作用 當(dāng)鍍層發(fā)生損壞并露出鐵基體時(shí) 鍍層與鐵形成原電池 鋅作為陽(yáng)極被溶解 使鋼鐵基體受到保護(hù) 在熱浸鍍層中 直接與基體接觸的鍍層部分不是純鋅 純鋁或鋅鋁合金 而是它們與鐵形成的含鐵合金 電位比純鐵低 仍然可以起到犧牲陽(yáng)極的保護(hù)作用 2 熱噴涂將熔融狀態(tài)的金屬霧化 并連續(xù)噴射在制件表面上 形成與基體牢固結(jié)合的金屬覆蓋層的過(guò)程 稱為熱噴涂 根據(jù)熱源的不同 可以將熱噴涂分為以氧 乙炔焰加熱的火焰熱噴涂 以等離子焰流加熱的等離子熱噴涂 以電弧加熱的電弧熱噴涂和以爆炸波為熱源的爆炸熱噴涂四種 根據(jù)所噴涂材料的不同 可以分為線材熱噴涂 粉末熱噴涂?jī)煞N 目前應(yīng)用于海洋環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕的熱噴涂技術(shù)主要是線材火焰熱噴涂鋁和電弧火焰熱噴涂鋁以及線材火焰熱噴涂鋅和電弧火焰熱噴涂鋅 熱噴涂鋅的工藝流程為 工件 表面預(yù)處理 熱噴涂 封閉處理 成品 一般采用噴砂工藝進(jìn)行表面預(yù)處理 所用砂石應(yīng)為干燥 無(wú)泥土的石英砂或銅礦砂 粒度一般為6 12目 這樣的砂具有堅(jiān)硬而有棱角的特點(diǎn) 噴砂時(shí)空氣壓力為0 5 0 6MPa 噴嘴到工件表面的距離為15 20cm 噴射角度一般為70 左右 經(jīng)噴砂處理的工件 要求達(dá)到均勻粗糙 呈金屬光澤 無(wú)銹跡 污跡和水分 經(jīng)噴砂后的工件要盡快進(jìn)行熱噴涂 一般不超過(guò)2h 火焰熱噴涂時(shí)利用氧 乙炔高溫?zé)嵩?將金屬絲加熱到熔化狀態(tài) 利用壓縮空氣將熔化的金屬滴霧化成細(xì)小的顆粒沉積在鋼鐵基體表面 形成噴涂層 電弧熱噴涂是利用電弧熱能 有效溫度可達(dá)5000 以上 利用壓縮空氣 將熔化的金屬滴霧化成細(xì)小的熔珠 以一定速度噴射到工件表面形成噴涂層 要求噴槍移動(dòng)均勻 一次噴涂的涂層不能太厚 由于噴涂層有一定孔隙 為提高防腐蝕效果 需進(jìn)行封閉處理 第一層封閉涂料的粘度應(yīng)稍低 盡可能滲透到噴涂層的孔隙中 與噴涂層牢固結(jié)合且不發(fā)生任何反應(yīng) 金屬噴涂層對(duì)鋼樁提供機(jī)械隔離保護(hù)和電化學(xué)保護(hù) 在海洋環(huán)境中具有優(yōu)異的耐蝕性 蘇聯(lián)科學(xué)家于1989年公布的研究結(jié)果表明 120 m厚的熱噴涂鋁層在鹽水中防腐蝕壽命達(dá)20 25a 150 m厚的熱噴涂鋅鋁涂層 5 m厚的鋅和145 m厚的鋁 在潮濕大氣中防腐壽命在40a以上 7 3防腐涂料 所謂涂料 是指以流動(dòng)狀態(tài)在物體表面形成薄層 待干燥固化后附著于固體表面 形成連續(xù)覆蓋的膜層物質(zhì) 一 涂料的構(gòu)成及保護(hù)性原理1 涂料的構(gòu)成涂料的主要成分是粘接劑 顏料和填料 副成分為溶劑 稀釋劑和添加助劑 粘接劑即成膜物質(zhì) 是涂料粘結(jié)在物體表面而成為膜層的基本材料 主要有油料和樹(shù)脂兩大類 樹(shù)脂又分為天然樹(shù)脂與合成樹(shù)脂兩種 涂料的主要性質(zhì)由它決定 目前使用的涂料以合成樹(shù)脂涂料為主 樹(shù)脂種類主要有 油脂 天然樹(shù)脂 酚醛樹(shù)脂 環(huán)氧樹(shù)脂 瀝青 醇酸樹(shù)脂 氨基樹(shù)脂 硝基纖維 纖維脂及醚類 過(guò)氯乙烯樹(shù)脂 乙烯樹(shù)脂 丙烯樹(shù)脂 丙烯酸樹(shù)脂 聚酯樹(shù)脂 聚氨基甲酸酯 元素有機(jī)聚合物 橡膠和輔助材料等 顏料和填料是指在漆料中分散或懸浮的固體物質(zhì) 以改善漆膜的機(jī)械強(qiáng)度 耐蝕性 耐磨性 耐熱性 降低膨脹系數(shù) 收縮率以及使漆膜具有遮蓋力和顏色 阻止紫外線 延緩老化 增加強(qiáng)度和降低成本等等 有些顏料還具有防蝕 防銹功能 稱防銹顏料 常用于防銹涂料 物體表面涂層具有保護(hù)作用 裝飾作用和功能性作用 海洋環(huán)境中主要應(yīng)用它的保護(hù)作用 通常防腐蝕涂料由底漆和面漆組成 保護(hù)作用主要依靠底漆也稱防銹底漆 而面漆的作用以功能性 防污 抗老化 防霉 和裝飾性 美觀 光潔 為主 有時(shí)還用中間漆 以補(bǔ)充底漆的防銹作用 并對(duì)底漆和面漆起 過(guò)渡連接 作用 2 涂料保護(hù)作用原理1 物理屏蔽作用物理屏蔽作用是使環(huán)境中的水分 氧氣 氯離子 二氧化硫等各種腐蝕劑與金屬表面隔離 從而達(dá)到防腐蝕的目的 涂料的抗?jié)B透性越好 腐蝕性也越好 涂層越厚 涂布道數(shù)越多 屏蔽作用越好 此外涂料的附著能力強(qiáng) 會(huì)使金屬表面微電池的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)的電阻增加而提高耐蝕性 如環(huán)氧涂料等 2 陰極保護(hù)作用陰極保護(hù)作用亦即犧牲陽(yáng)極作用 典型的例子是富鋅涂料中加入大量鋅粉 富鋁涂料中加入大量鋁粉 一旦有腐蝕介質(zhì)侵入 鋅粉或鋁粉便成為犧牲陽(yáng)極 用鋅或鋁的電化學(xué)作用保護(hù)了基體金屬 這類涂料在海洋環(huán)境中已經(jīng)廣泛應(yīng)用 且被認(rèn)為是最佳的防銹底漆 3 鈍化 緩蝕作用某些顏料如鉻酸鹽 磷酸鹽 鉬酸鹽和紅丹等 本身對(duì)金屬有鈍化 化學(xué)轉(zhuǎn)化和緩蝕作用 4 抗老化作用在涂料中加入防老劑 可以防止紫外線對(duì)涂料的破壞作用 改善其抗老化性或耐蝕性 3 涂料的分類涂料按照所起的作用可以分為底漆和面漆 按照使用目的可分為防銹漆 防污漆 絕緣漆 防火漆 磷化與化學(xué)轉(zhuǎn)化漆 耐酸堿漆等 按照適用物體又可分為木器漆 鍋爐漆 煙囪漆 地板漆 船舶漆等等 其中船舶漆又可進(jìn)一步分為船艙漆 船底漆 水線漆 船體漆 甲板漆等 從表觀外形又可以分為罩光漆 錘紋漆 皺紋漆 裂紋漆 透明漆 磁漆等 除一般涂料外 現(xiàn)代防蝕工藝還可將塑料 聚乙烯 聚氯乙烯 氯化聚醚 聚苯硫醚和氟塑料等 橡膠 搪瓷和金屬等進(jìn)行涂覆 涂料是防蝕工作中應(yīng)用最多 最好 最普遍的化工產(chǎn)品 防蝕與裝飾已融為一體 二 涂料的使用方法 涂裝工藝在實(shí)際應(yīng)用中 除要求涂料自身的優(yōu)質(zhì)外 還要正確使用涂料 涂料的選擇 配套 表面預(yù)處理 涂覆施工以及后處理過(guò)程稱為涂裝工藝 1 涂料的選擇和配套涂料的選擇和配套應(yīng)根據(jù)以下幾個(gè)方面進(jìn)行 1 被涂物料的材質(zhì) 比如木材制品應(yīng)當(dāng)用自干型涂料 鋁 鎂等輕金屬不能使用鐵紅或紅丹防銹底漆 否則將發(fā)生電化學(xué)腐蝕 2 被涂物體所處的外界環(huán)境 主要考慮介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì) 物體表面性質(zhì)和狀態(tài) 化學(xué)適應(yīng)性 附著能力與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等因素 例如 室內(nèi)用品可以選用酚醛樹(shù)脂或醇酸樹(shù)脂涂料 室外物品則需選用耐候性好的涂料 地下或水下用品一般選擇瀝青涂料 3 施工條件 主要考慮涂漆施工的設(shè)備條件以及后處理的設(shè)備要求 例如沒(méi)有噴涂設(shè)備 就不宜采用類似過(guò)氯乙烯漆這樣的揮發(fā)性快干涂料 沒(méi)有電泳設(shè)備 就不能采用水性電泳漆等 4 配套性 主要考慮涂料與基體材料的配套性以及涂層之間即底漆 面漆與中間漆涂料之間的配套 要求相互之間有良好的附著能力 涂層之間不存在化學(xué)不適應(yīng)性 即無(wú)任何化學(xué)副反應(yīng)發(fā)生等 5 經(jīng)濟(jì)效果 根據(jù)物體特點(diǎn) 使用壽命 表面預(yù)處理要求和涂料的供應(yīng) 價(jià)格 質(zhì)量等因素綜合考慮 2 表面預(yù)處理被涂飾物體的表面預(yù)處理對(duì)涂層質(zhì)量及其保護(hù)性影響很大 必須加以重視 例如對(duì)于相同涂飾后經(jīng)過(guò)二年暴曬的試驗(yàn)結(jié)果表明 不經(jīng)除銹就涂漆的涂飾表面有60 發(fā)生腐蝕 預(yù)先手工除銹時(shí) 只有20 發(fā)生腐蝕 預(yù)先酸洗除銹時(shí)降為15 預(yù)先噴砂 并經(jīng)過(guò)磷化處理時(shí)則只有個(gè)別銹斑 基本不腐蝕 表面預(yù)處理主要包括除銹 脫漆 除油 磷化和氧化處理等 1 除銹 除去金屬表面的銹層 有手工除銹 機(jī)械除銹 噴砂除銹 高壓水除銹 熱除銹 電火花除銹 化學(xué)除銹和電解除銹等方法 2 脫漆 脫除原來(lái)的舊漆層 常與除銹同時(shí)進(jìn)行 化學(xué)脫漆法一般采用溶劑和脫漆劑 也可用堿液脫漆 3 除油 清除金屬表面的油污 常采用堿液浸洗法 乳化劑浸洗法 有機(jī)溶劑浸洗法 氣相除油法和電解除油法 4 磷化處理 針對(duì)鋼鐵等黑色金屬 為提高其表面的耐蝕性 和漆膜的附著性 用含有磷酸鹽的溶液進(jìn)行處理 使表面形成磷化膜的處理方法 有冷化學(xué)磷化 電化學(xué)磷化 噴射快速磷化和涂覆磷化底漆等方法 5 氧化 鈍化 處理 對(duì)于不適用磷化處理的有色金屬 如鎂 鋁 鋅 錫等 常采用化學(xué)氧化或電化學(xué)氧化等方法 使金屬表面形成鈍化膜或保護(hù)性氧化層 3 涂覆施工根據(jù)涂料和被涂飾物件的性質(zhì)和要求 一般采用以下涂覆施工方法 1 涂刷法 常用油刷進(jìn)行手工涂飾 一般需要涂刷幾遍以滿足厚度和均勻性的要求 該法靈活方便 適于民用和一般性要求 2 噴涂法 用壓縮空氣將揮發(fā)快的硝基漆噴涂在物件表面上形成漆膜的噴漆 也可將漆料加壓噴涂 稱為無(wú)空氣噴漆 利用高壓靜電場(chǎng)使漆霧帶電后涂布在金屬表面的方法稱為靜電噴涂 噴涂法的效率高 質(zhì)量好 節(jié)省漆料 適于大規(guī)模生產(chǎn)和構(gòu)型復(fù)雜的物件 并且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化施工 3 浸涂法 將被涂飾物件浸在漆料中 取出后放在網(wǎng)狀隔板上 將過(guò)多的涂料滴除 并使物件上的漆膜干硬 本法適用于小型 形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件 特點(diǎn)是效率較高 但均勻性差 4 電泳法 在電場(chǎng)作用下將電泳漆料迅速電沉積在作為陽(yáng)極的金屬表面上 電泳漆是一種親水性涂料 有水溶性和乳膠性兩種 具有涂膜均勻 節(jié)省漆料 操作安全 避免污染和適于自動(dòng)化施工等優(yōu)點(diǎn) 但是只適于一次性薄膜涂飾 其耐蝕和耐磨性較差 三 海洋環(huán)境中常用涂料及其發(fā)展在海洋大氣環(huán)境中的防腐涂料有氯化橡膠涂料 乙烯型涂料 聚氨酯涂料和氯磺化聚乙烯涂料等 常規(guī)套裝船舶涂料都已成型和廣泛使用 例如船底漆的配套以及水線漆 船艙漆 甲板漆等 在此不再介紹 海洋涂料中的防污損涂料將在第八章講述 以下主要介紹海洋工程中的重防腐蝕涂料 重防腐蝕涂料以厚膜 長(zhǎng)效和適用于嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境為特征 通常此類涂料中固體成分含量較高 一次成膜厚度可達(dá)60 m以上 最厚可以達(dá)到500 m 近年來(lái)應(yīng)用較多的重防腐蝕涂料品種有 富鋅涂料 環(huán)氧瀝青涂料 玻璃鱗片涂料以及聚氨酯厚漿涂料和環(huán)氧砂漿等 富鋅涂料中常用的有富鋅底漆 是在涂料中含有80 以上的鋅粉 對(duì)鋼鐵有電化學(xué)保護(hù)作用 其效果類似于熱浸鍍鋅和熱噴涂鋅 此外 經(jīng)使用后 鋅的堿性腐蝕產(chǎn)物能夠封閉漆膜的毛細(xì)孔 起到抑制腐蝕的作用 按照粘接劑類型可以將富鋅底漆分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩類 無(wú)機(jī)富鋅底漆中包括硅酸鹽型和硅酸脂型兩種 有機(jī)富鋅底漆粘接劑既有環(huán)氧樹(shù)脂 氯化橡膠以及丁苯橡膠等耐堿性樹(shù)脂 又有非常適用于海洋環(huán)境的聚氨酯 氯化橡膠涂料是現(xiàn)代重防腐蝕涂料中相當(dāng)重要的一種 既可配制成一般涂料 又可配制成厚膜涂料 除了耐海水腐蝕外 還具有優(yōu)異的耐候性 對(duì)基體的表面處理要求較低 環(huán)氧煤焦瀝青漆系由環(huán)氧樹(shù)脂和煤焦瀝青兩部分配合而成的雙組份涂料 這類涂料可以制成厚漿涂料 無(wú)論是刷涂還是無(wú)氣噴涂 一次成膜厚度可以達(dá)到1 25 m以上 具有良好的耐水性 其耐油性 耐熱性和耐候性比瀝青涂料大大提高 該涂料不但可以用于船舶底部 壓載水艙等部位 而且