鈑金常用表面處理技朮介紹

1、鈑金常用表面處理技朮介紹1. 磷酸鹽皮膜處理也稱(chēng)為磷化處理1.1 磷酸鹽皮膜機(jī)理 2H3PO4+MM(H2PO4)+H2 3M(H2PO4)24H3PO4+M3(PO4)2 M(H2PO4)2MHPO4+H3PO4生成的M3(H2PO4)2和MHPO4為磷酸鹽膜的主要成分1.2 磷酸鹽皮膜的性質(zhì)和用途(1) 耐蝕性在大氣條件下很穩(wěn)定在有機(jī)油類(lèi)苯甲苯及各種氣體燃料中有很好的耐蝕性。但磷酸鹽皮膜不耐酸堿氨海水及水蒸氣等。磷酸鹽膜經(jīng)過(guò)封閉處理后能大大提高其耐蝕性。 磷酸鹽皮膜的耐蝕性高于發(fā)藍(lán)膜。(2) 吸附性 磷酸鹽膜具有多孔構(gòu)有很好的吸附性因此常用作油漆的底層和吸附潤(rùn)滑油后作為減摩層和潤(rùn)滑層。(3

2、) 電絕緣性 磷酸鹽膜是高電阻膜層有很好的電絕緣性擊穿電壓為240250V, 涂絕緣漆后可耐10001200V,又由于磷酸鹽膜不影響透磁性因此常用作電磁裝置的硅鋼片。(4) 不粘附熔融金屬的特性 此特性用于在熱浸鋅錫鉛合金時(shí)保護(hù)不需要浸涂部分。在澆鑄減摩合金和電機(jī)鑄鋁轉(zhuǎn)子時(shí)將鋼膜作磷酸鹽處理以防粘附。1.3鄰酸鹽膜成膜機(jī)理和構(gòu)成1.4分類(lèi) 鋼鐵用化成處理劑 鋁用化成處理劑 鋅用化成處理劑 不銹鋼用化成處理劑 銅用化成處理劑 鎂用化成處理劑 其它化成處理劑 涂裝打底用的化成處理劑 塑性加工用化成處理劑 防銹用化成處理劑 耐磨用化成處理劑 絕緣用化成處理劑 塑料迭片用化成處理劑涂裝打底用皮膜特點(diǎn)致

3、密均勻薄得適當(dāng) 結(jié)晶粗大會(huì)吸入涂料而減少光澤不均勻會(huì)降低涂裝后的耐蝕性由于磷酸鹽膜很硬很脆皮膜過(guò)厚的話(huà)涂裝后遭到彎曲或沖擊等外力時(shí)即使別無(wú)缺陷也可能脫落。防銹用皮膜特點(diǎn)致密均勻厚度越厚越好孔隙率越低越好。表 1.1 美軍規(guī)格MIL-C-16173C要求的磷酸鹽皮膜的防銹性類(lèi)型等級(jí)補(bǔ)助加工鹽水噴霧試驗(yàn)磷酸鐵1施行另外規(guī)定的防銹油2施行MIL-L-3150的潤(rùn)滑油243不補(bǔ)助加工1.54A進(jìn)行無(wú)機(jī)密封不進(jìn)行補(bǔ)助加工244B進(jìn)行無(wú)機(jī)密封施行MIL-L-3150的潤(rùn)滑油72磷酸鋅1施行另外規(guī)定的防銹油2施行MIL-C-16173Grade 2的不干性防銹油483不補(bǔ)助加工24A進(jìn)行無(wú)機(jī)密封不進(jìn)行補(bǔ)助加

4、工244B進(jìn)行無(wú)機(jī)密封施行防銹油或高熔點(diǎn)蠟724C進(jìn)行無(wú)機(jī)密封且染上規(guī)定色244D進(jìn)行無(wú)機(jī)密封及染色施行防銹油或蠟724E進(jìn)行無(wú)機(jī)密封施行規(guī)定的防銹油241.5 磷酸鹽皮膜構(gòu)成皮膜化成溶液磷酸鹽膜的成分及結(jié)構(gòu)形態(tài) 鋼鐵表面鋅表面鋅系磷酸鹽皮膜劑Zn(PO4).4H2OZnFe(PO4)2.4 H2O形態(tài)呈樹(shù)枝壯晶粒垂直于金屬表面Zn3(PO4).4H2O錳系磷酸鹽皮膜劑(MnFe)5H2(PO4).4H2O形態(tài)呈圓球形晶系的層狀結(jié)構(gòu)晶粒排列平行于金屬表面Zn3(PO4).4H2OMn5H2(PO4).4H2O鐵系磷酸鹽皮膜劑Fe3(PO4)2ZnFe(PO4)2.4 H2O Fe3(PO4)2

5、1.6 磷酸鹽化成工藝過(guò)程及監(jiān)控脫脂水洗(除銹)表面調(diào)整化成水洗封閉處理或烤漆 化成工序的監(jiān)控參數(shù)游離酸度全酸度雜質(zhì)含量。脫脂工序的監(jiān)控參數(shù) 游離堿度全堿度。 表面調(diào)整由于脫脂溶液中的硅酸鹽使膜結(jié)晶粗糙膜重增加不適合涂裝同時(shí)強(qiáng)堿溶液如NaOH也使鋅鹽磷化膜粗糙變厚并且降低磷化膜的耐蝕性和柔韌性?；罨Ш擞捎谏蓺溲趸锘蜓趸锏谋∧ざ鴾p少因此用弱堿性的磷酸鈦鹽溶液或稀草酸溶液對(duì)鋼鐵表面進(jìn)行處理可使大多數(shù)的晶核重新活化和復(fù)原細(xì)化晶粒增加晶粒數(shù)。2陽(yáng)極氧化又稱(chēng)為電化學(xué)氧化陽(yáng)極化2.1 鋁及鋁合金的陽(yáng)極化2.11 氧化膜特性(1) 多孔性硫酸陽(yáng)極化膜每平方微米大約有800個(gè)孔草酸陽(yáng)極化膜每平方微米大

6、約有60個(gè)孔。由于氧化膜具有多孔狀結(jié)構(gòu)所以膜層有很好的吸附性對(duì)各種染料表現(xiàn)出很好的吸附能力故氧化膜能進(jìn)行化學(xué)著色染成不同的顏色另外也可在膜孔底部電沉積金屬進(jìn)行電化學(xué)著色使氧化膜不僅具有防護(hù)作用還有裝飾作用。(2) 良好的耐磨性由于陽(yáng)極化膜硬度高因此耐磨性好。(3) 氧化膜的電絕緣性和絕熱性良好的電絕緣性使陽(yáng)極化產(chǎn)品可作為電機(jī)和變壓器的繞線(xiàn)圈但其缺點(diǎn)是彈性小。良好的絕熱性使有氧化膜存在的情況下可防止零件在瞬間高溫的情況下熔化。2.1.2分類(lèi) 硫酸陽(yáng)極化 草酸陽(yáng)極化 鉻酸鹽陽(yáng)極化 磷酸陽(yáng)極化 硼酸陽(yáng)極化 普通陽(yáng)極化 硬質(zhì)陽(yáng)極化膜層硬度高具有很好的耐磨性和耐蝕性。硬氧化膜大多用于鋁的活塞汽缸液壓設(shè)備

7、減震器齒輪及其它鋁制零件。超硬鋁(LC4)經(jīng)硬質(zhì)陽(yáng)極化后可以代替鋼使用。同時(shí)耐熱性很好能經(jīng)受住短時(shí)間的2000C高溫。因此硬氧化膜常作為一種能滿(mǎn)足特殊要求的功能性膜層。2.1.3陽(yáng)極化的反應(yīng)過(guò)程和膜的構(gòu)成陽(yáng)極反應(yīng)Al-3eAl3+2Al3+ +3O2-Al2O3陰極反應(yīng)6OH-3H2O+3O2-2H+2eH22.1.4膜的組成 未封閉膜 Al2O3 78.9%Al2O3H2O 0.5%Al2(SO4)3 20.2%H2O 0.4% 水封閉后的膜Al2O3 61.7%Al2O3H2O 17.6%Al2(SO4)3 17.9%H2O 2.8%2.2 其它材料的陽(yáng)極氧化鈦和鈦合金的陽(yáng)極氧化3化學(xué)氧化

8、化學(xué)氧化陽(yáng)極氧化工藝特點(diǎn)(1) 成本低生產(chǎn)效率高收效快可以大批量連續(xù)化生產(chǎn)(1) 成本較高。(2) 工藝穩(wěn)定操作方便設(shè)備簡(jiǎn)單溶液易維護(hù)零件大小和形狀不受限制(2) 由于需外加電源零件大小和形狀影響電力線(xiàn)和電流的分布(3) 對(duì)鋼鐵鋁銅銀鋅錫鎘以及它們的合金均可進(jìn)行化學(xué)氧化。此外化學(xué)氧化在某些功能性應(yīng)用領(lǐng)域也得到了令人滿(mǎn)意的效果。因此近年來(lái)化學(xué)氧化技朮得到了很大的發(fā)展。(3)常用的為鋁及其合金鎂及鎂合金鈦及其合金的等材料陽(yáng)極氧化。膜層特性(1)膜薄一般厚度為0.5-4微米(1) 膜厚(2)質(zhì)軟不耐磨抗蝕性和耐磨性低于陽(yáng)極氧化膜(2) 耐蝕性好硬度高用于提高(3)可得到某些陽(yáng)極化膜不能具有的功能性膜

9、層如導(dǎo)電性氧化膜層(3)可得到某些特殊功能性的膜層如在多孔膜中沉積磁性合金作存儲(chǔ)元件。太陽(yáng)能吸收板超高硬質(zhì)膜等3.1 鋁的化學(xué)氧化3.1.1分類(lèi) 純水氧化法 磷酸鹽氧化法 鉻酸鹽氧化法 磷酸鹽鉻酸鹽氧化法 堿性氧化法 酸性氧化法 可得到透明膜層。3.1.2后處理有填充處理鈍化處理噴涂處理等后處理以提高耐蝕性。3.2 鋼鐵的化學(xué)氧化因?yàn)榈玫侥佑沙尸F(xiàn)藍(lán)黑色的四氧化三鐵組成所以又叫發(fā)藍(lán)。發(fā)藍(lán)膜薄通常為0.6-1.5微米因而耐蝕性差。但是由于其有很好的吸附性經(jīng)過(guò)填充處理的發(fā)藍(lán)膜有較好的耐蝕性。如早期的槍炮管大多使用化學(xué)氧化后涂油烏黑的油亮外表。發(fā)藍(lán)膜薄不影響零件的裝配尺寸對(duì)表面光潔度高或拋光的精密件

10、發(fā)藍(lán)后表面既亮又黑具有防護(hù)和裝飾的雙重效果。因此發(fā)藍(lán)膜在精密儀器光學(xué)儀器以及機(jī)械制造上廣為應(yīng)用。4.化學(xué)鍍4.1化學(xué)鍍的特性(1) 不需要通電將鍍件直接浸入溶液即可。(2) 可在金屬半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料上直接進(jìn)行。(3) 可在零件表面獲得厚度均勻的鍍層。(4) 通過(guò)自催化特性可得到任意厚度的鍍層。(5) 膜層空隙少致密具有很好的耐蝕性很高的硬度和耐磨性。(6) 鍍液穩(wěn)定性差更新快成本比電鍍高4.2 化學(xué)鍍種類(lèi)鎳銅銀鈷金鈀鉑銠等均可經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍沉積到鍍件表面。但最常用的主要有化學(xué)鍍鎳和化學(xué)鍍銅。4.2.1 化學(xué)鍍鎳4.2.1.1 化學(xué)鍍鎳膜層特性化學(xué)鍍鎳膜層電鍍鎳層空隙少致密多孔只有達(dá)到一定厚度(2

11、5微米以上)才能做到無(wú)孔耐蝕性好12.5微米厚的耐蝕性?xún)?yōu)于25微米厚的電鍍鎳層耐蝕性不如化學(xué)鍍鎳層光亮化學(xué)鍍鎳層的亮度不如電鍍亮鎳層的亮度管理只能得到半光亮鍍層可得到全光亮的鍍層鍍層為鎳磷合金層含磷10%以上的鍍層為非晶態(tài)鍍層。鍍層為純鎳組成晶體結(jié)構(gòu)無(wú)論是半光亮還是不光亮鍍層脆性均較大光亮鍍層脆性大延性小。半光亮層有一定的韌性暗鎳有較好的韌性。成本高在得到相同鍍層的條件下大約為電鍍鎳層價(jià)格的5倍成本比化學(xué)鍍鎳低4.2.1.2 化學(xué)鍍鎳的沉積機(jī)理以次磷酸鹽鍍液為例首先是次磷酸根在固體催化表面上氧化脫氫并生成亞磷酸根反應(yīng)為H2PO2-+H2OH+HPO32-+2H吸附于催化表面上的活潑氫原子使鎳離

12、子還原成金屬鎳而本身則氧化為氫離子Ni2+2HNi+2H+同時(shí)溶液中的部分次磷酸根也被吸附在催化表面上的活潑氫原子還原成單質(zhì)磷 H3PO2-+HP+H2O+OH-因此化學(xué)鍍鎳得到的是鎳磷合金層而不是單一的鎳層。化學(xué)鍍鎳過(guò)程中會(huì)發(fā)生析氫副反應(yīng)2HH24.2.1.3 化學(xué)鍍鎳的工藝過(guò)程脫脂活化化學(xué)鍍4.2.1.4 塑料電鍍與化學(xué)鍍塑料電鍍的工藝過(guò)程脫脂粗化(微觀粗化)敏化(吸附易氧化的物質(zhì))活化(多用膠體鈀通過(guò)與敏化步驟吸附的氧化物反應(yīng)而獲得一層具有催化作用的金屬膜)還原處理(消除殘余活化物質(zhì))化學(xué)鍍鎳或鍍銅電鍍4.2.1.5 化學(xué)鍍鎳的用途石油管道計(jì)算器硬盤(pán)耐磨組件等4.2.2其它化學(xué)鍍的用途化

13、學(xué)鍍銅主要用于非金屬材料表面金屬化特別是印制電路板的孔金屬化實(shí)現(xiàn)孔兩邊導(dǎo)通?；瘜W(xué)鍍銀用于生產(chǎn)保溫瓶(銀鏡反應(yīng))裝飾物等5.防銹油脂5.1概述防銹油脂是在礦物油(或合成油)中加入油溶性緩蝕劑和其它輔助添加劑而組成的一種防銹材料。具有取材容易成本較低工藝簡(jiǎn)單適應(yīng)性廣防銹效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于機(jī)械制造過(guò)程及金屬制品的儲(chǔ)存運(yùn)輸過(guò)程中。它與氣相防銹材料可剝性塑料共稱(chēng)為暫時(shí)防銹中的三大防銹材料。5.2防銹油防銹的原理防銹油一般由油溶性緩蝕劑和溶解緩蝕劑的油類(lèi)組成。油溶性緩蝕劑在分子結(jié)構(gòu)上都同時(shí)具備極性和非極性基團(tuán)。非極性基團(tuán)使其能溶于油中極性基團(tuán)則使其能吸附在金屬表面延緩金屬腐蝕。油主要起保護(hù)緩蝕劑吸附

14、分子彌補(bǔ)吸附膜不完整之處保障油膜的厚度等作用。由緩蝕劑和油在金屬表面形成致密的吸附膜有效阻止水分子氧氣和其它腐蝕性介質(zhì)的浸入從而阻止金屬腐蝕。5.3 防銹油應(yīng)具備的性能(1) 防銹性能良好(2) 無(wú)腐蝕性與其所接觸的金屬或非金屬部件不其作用。(3) 對(duì)人體無(wú)害無(wú)特殊臭味或其它刺激性氣味(4) 具有很好的化定性在長(zhǎng)期儲(chǔ)存中不變質(zhì)不氧化效果恒定。能有效防止有害氣體和水?dāng)U散到金屬表面同時(shí)對(duì)手汗有一定的置換性(5) 涂層不因溫度變化而流失或龜裂涂層應(yīng)有一定的強(qiáng)度涂層要薄且除膜性好并能適應(yīng)多種包裝材料的包裝。5.4 防銹油種類(lèi) 工序間防銹油 防銹潤(rùn)滑兩用油 封存防銹油 液體防銹油 硬膜油 軟膜油 溶劑稀

15、釋型防銹油 不干性防銹油 半干性防銹油 干性防銹油6 真空鍍膜6.1 分類(lèi) 真空蒸鍍 真空濺射鍍 離子鍍共同特點(diǎn)在真空室內(nèi)(有時(shí)充有負(fù)壓的惰性氣體)實(shí)行氣相鍍覆的一類(lèi)技朮。6.2真空蒸鍍將零件與涂層材料同時(shí)放在鐘罩形的真空室內(nèi)涂層材料受熱蒸發(fā)蒸發(fā)出的分子(或原子)在自由行程內(nèi)與受鍍零件表面相遇并不斷凝結(jié)成膜。鍍件可以是金屬也可以是非金屬。涂覆材料只能選擇熔點(diǎn)低蒸氣壓較高的材料如鋅鎘銅銀金鎳和鉻等。對(duì)低熔點(diǎn)金屬的鍍覆效果好只能用于鍍薄膜。真空蒸鍍目前主要用于制作各種薄膜電子組件沉積各種光學(xué)薄膜以及在用陶瓷金屬塑料人造寶石和紙質(zhì)制成的工藝美朮品上沉積裝飾膜。6.3 陰極濺射鍍 在真空度不太高的環(huán)境

16、中在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下利用氣體放電時(shí)產(chǎn)生的高速正離子轟擊陰極靶材料(鍍覆材料)從靶表面濺射出原子或分子并沉積到基體(被鍍零件)表面上形成薄膜的技朮或者說(shuō)是利用濺射現(xiàn)象的成膜技朮。 鍍件可以是組成強(qiáng)電場(chǎng)的陽(yáng)極也可以是放在灰光放電區(qū)域內(nèi)其它位置的零件。零件充作陽(yáng)極的方法是直流雙極濺射法是一種簡(jiǎn)單而標(biāo)準(zhǔn)的濺射法。 濺射鍍膜層的附著力比蒸鍍強(qiáng)鍍覆材料不受熔點(diǎn)和蒸氣壓的限制但濺射鍍的速度不如蒸鍍快。濺射鍍已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在表面強(qiáng)化和穩(wěn)定化方面濺射鍍用于鍍覆耐磨損層超硬合金層耐蝕層和抗高溫腐蝕合金層等。用濺射鍍來(lái)裝飾塑料制品外觀美麗附著力好。在電子和光學(xué)方面濺射鍍用于制造大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路高能紅外

17、激光中的紅外反射膜。在磁性記錄方面濺射鍍用于高密度和超高密度記錄的磁盤(pán)磁帶和磁頭的磁性層。在能源方面可用于濺鍍高效太陽(yáng)能結(jié)晶電池的硅膜固體電介質(zhì)燃料電池中的氧化鉻薄膜在太陽(yáng)能熱發(fā)電吸附板上濺鍍黑鉻等6.3離子鍍 離子鍍是在真空蒸鍍和濺射鍍的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新技朮。在真空室內(nèi)鍍覆材料作為蒸發(fā)源并作為陽(yáng)極被鍍基體作為陰極。在合適的氣壓和電壓下基體和蒸發(fā)源之間會(huì)產(chǎn)生灰光放電一部分氬氣產(chǎn)生電離由電離生成的氬離子受負(fù)高壓基體的吸附轟擊基體使基體受到離子的刻蝕清晰而除去上面吸附的污染層。當(dāng)清洗完畢后再使蒸發(fā)源中的涂覆材料蒸發(fā)蒸發(fā)出的粒子進(jìn)入灰光放電區(qū)其中一部分電離為正離子受負(fù)高壓電場(chǎng)作用沉積在基體上。在發(fā)生沉積時(shí)基體繼續(xù)受氬離子和蒸發(fā)料離子的刻蝕清洗所以只有沉積速度大于刻蝕速度的情況下沉積層才能加厚獲得所需的膜層。膜層有較高的附著力繞鍍能力強(qiáng)基體各部分都能鍍上均勻的鍍層離子鍍膜層有較高的質(zhì)量鍍前處理簡(jiǎn)單可采用的基體材料和鍍覆材料簡(jiǎn)單沉積速度與真空蒸鍍一樣高可以用于制備厚膜。由于離子鍍技朮可以鍍覆用其它方法難以鍍覆的膜層且有優(yōu)異的性能因而應(yīng)用十分廣泛。離子鍍膜可作為耐蝕耐熱裝飾和耐磨等各種用途的膜層在電子原子能航空航天及一般工業(yè)中都受到普遍的重視。如鍍鋁水溶液電鍍鋁由于實(shí)施困難因而干鍍就顯