材料后處理工藝

1、第八章 材料后處理工藝第一節(jié) 概述一、材料后處理 后處理是指對制品的外觀質(zhì)量、結構形狀、裝配與使用規(guī)格尺寸等進行最終加工處理，也 包括進一步改善與穩(wěn)定制品的質(zhì)量、性能以及加工成符合成品的生產(chǎn)工藝。后處理主要有熱處 理、去除加工、表面處理及結合與包覆等四種工藝。二、材料后處理工藝過程1. 熱處理 對成型固化后的制品進行熱處理的目的主要是穩(wěn)定和進一步提高制品的機械性能特別是要 消除制品的內(nèi)應力，防止翹曲變形和開裂；同時還可減少制品中的水分、改善防水性能，或降 低制品的燒失量及有機組分含量，改善防火、耐蝕性能。2. 去除加工 去除加工是為了達到使用及裝配總體要求而進行的外形規(guī)格尺寸的形態(tài)加工。不同功

2、能用 途的制品對去除加工的精度要求不同。 去除加工通常采用各種機械、 化學甚至光學的加工方法。（ 1）機械加工： 機械加工包括：A. 切割加工。如鋸切、剪裁、切割、噴射剪切鈷孔等。B. 刀具加工。如切割、車削、刨削、鏜孔等。C. 磨料加工。如研磨、拋光、砂布或砂紙加工、磨剝、研磨等。除此之外，還有超聲波 加工、流體噴射加工、激光打孔工。（ 2）化學加工包括化學拋光、蝕刻、光刻以及電解拋光等。（ 3）電子學加工：包括電火花的加工、電子束加工、離子束加工等。3. 表面處理 表面處理是改善制品表面性能的重要工序，其目的以制品的功能不同而異。主要有：表面 裝飾、防水、防蝕、防粘結、貼合、絕熱、隔音、光

3、與熱反射以及減少表面裂紋、提高強度等 目的。常采用的方法有：機械或化學拋光、飾面貼面、噴涂包覆、有機薄膜涂層、石墨- 有機硅或油膏涂層、真空蒸鍍金屬薄膜、化學氣相沉積、濺射離子鍍層等等。對于要求制品工作面具 有摩阻功能的制品，則表面加工要求造成一個均勻而粗糙的工作面，以增加摩擦系數(shù)，這是表 面加工的一種特例。4. 結合與包覆 制品與其他材料或部件接合裝配的方式一般有銷接（螺釘、鉚釘）及粘結兩類。粘結時要 求使用高強度粘結劑，也有將未燒成的成型體與對偶結合后燒結的方法聯(lián)合的。用石棉橡膠板 或柔性石墨紙包覆鋼片生產(chǎn)汽缸墊片時，石棉板或紙基作為填料，要與鋼片有良好的貼合須采用包覆工藝，這時鋼片要沖制

4、成帶有大量折彎毛刺的胎體，同時涂抹樹脂等膠粘劑，在輥壓機 中與填料復合，復合的石棉（石墨） - 鋼片坯體按產(chǎn)品規(guī)格沖孔切割，再經(jīng)表面處理（涂層）干 燥等工序制得合格的氣缸墊片。5. 材料表面金屬化處理（ 1）材料表面金屬化的特點（ 2）電鍍法處理材料 化學（電化學）鍍礦物 / 金屬復合材料（ 3）刷鍍法處理6. 化學氣相沉積 （CVD） 、CVD 鍍層的應用。第二節(jié) 材料表面處理技術表面技術 （Surface Engineering） 是在不改變或基本不改變基本材料成本的條件下，賦予材料 表面特殊的成分和性能的物理或化學方法。它所涉及的內(nèi)容相當廣泛，在國民經(jīng)濟中起著重要 作用。主要用于表面防護

5、、表面強化、表面裝飾和零件的修復。此外，表面技術與材料科學關 系相當密切，通過表面技術能夠制取一些新型的材料，如用物理氣相沉積和化學氣相沉積的方 法制取微電子工業(yè)所用的高純度材料、超導材料等。表面技術的本質(zhì)是通過表面合金化和金屬表面的非金屬化，達到表面改性的目的。本章重 點講述各種表面改性的工藝原理。一、電鍍（一）、電鍍概念電鍍 （Electroplating） 時將鍍槽中的金屬制品作為陰極， 與直流電源負極連接， 陽極則與電源 的正極連接。直流電通過電解時，電解液的金屬正離子在待鍍金屬制品的陰極上還原，生成金金屬和合金鍍層除作為防護和裝飾外， 有些鍍層還有高的硬度和耐磨性以及良好的可焊性、

6、導電性、導磁性、因而在機械、電子、儀表、化工等工業(yè)部門獲得廣泛應用。（二）、電鍍工藝應用于生產(chǎn)的鍍層有 100 多種，其中單金屬鍍層有 30 多種，如銅、鎳、鉻、鋅、金、銀、 鎘、鈷等。由于篇幅所限，不可能對每種電鍍工藝進行討論，現(xiàn)以氰化物鍍鋅為例，分析鍍液 成分和施鍍工藝參數(shù)對鍍層質(zhì)量的影響。鍍鋅約占電鍍的 60% ，其中堿性氰化物鍍鋅的鍍液極化作用強，均鍍能力和覆蓋能力好，鍍層致密，但鍍液有劇毒。表8-1為氰化物鍍鋅工藝。1、鍍液成分對鍍層質(zhì)量的影響（1）氧化鋅氧化鋅是鍍鋅層鋅的來源，當氰化鈉量不變時，鋅離子含量增加，有利于鋅離子還原，極 化作用低，鍍層質(zhì)量下降，鍍層變得粗糙、發(fā)暗。當鋅離

7、子含量減少，雖然陰極極化作用增大, 但陰極析出氫量增加，電效率降低，沉積速度下降。表8-1氰化物鍍鋅工藝配方組成（g/L ）及工藝、高氰溶液中氰溶液低氰溶液鋅含量（ZnO）135-5618-237-15氰化鈉80-12045-5510-15氫氧化鈉60-90175-8580-120硫化鈉0.5-2溫度（C）室溫室溫室溫陰極電流密度（A/dm2）1.5-31.5-7.50.5-2（2）氰化鈉氰化鈉是鋅離子絡合劑，含量過高雖然可以增大陰極極化作用，但嚴重降低陰極電流效率，增加氫的析出量，鍍層產(chǎn)生針孔、麻點、起泡和剝皮；氰化鈉含量減少，會使鋅的絡離子變得 不穩(wěn)定，降低陰極極化，鍍層組織粗大，一般Na

8、CN/Zn=2.0-3.2。（3）氫氧化鈉也是鋅離子絡合劑，一般NaOH/Zn=2.5-3.5。（4）添加劑硫化鈉，能提高鍍液純度，如有雜質(zhì)Cu2+，則Cu2+S2-1 t CuS J2、電鍍工藝條件對鍍層質(zhì)量的影響（1）電流密度提高電流密度的主要目的是為了提高沉積速度，但電流密度有一個適宜范圍，若超過該范 圍上限，鍍件會被“燒黑”。（2）施鍍溫度提高溫度由于離子擴散加快以及電化學反應增快，均有利于陰極獲得電子的還原反應的進 行，對陰極極化不利，會使鍍層結晶變粗，但是提高施鍍溫度可以提高電流密度。室溫對氰化 物鍍鋅是一個較好的溫度范圍。3、鍍前預處理及鍍層的后處理（1）鍍前表面預處理電鍍前金屬

9、制品的表面狀態(tài)和潔凈程度是能否獲得優(yōu)良鍍層的首要環(huán)節(jié)，生產(chǎn)實踐證明， 鍍層出現(xiàn)脫殼、起泡、花斑等缺陷，往往是預處理不當造成的。表面預處理主要包括以下幾個 步驟： 用磨光、拋光、滾光等機械方法整平金屬制品表面，去除毛刺，提高表面光潔度。 除去表面油污，常用方法有：有機溶劑除油、堿性溶液化學除油（表8-2）和電解法除油（表8-3）。表8-2化學堿性除油的配方成分和工作規(guī)范基本材料成分（g/L）及鋼鐵銅和銅合金鋁和鋁和金鋅和鋅合金1231212氫氧化鈉（NaOH）30-405010-30碳酸鈉（N a2CO3）30-405040-6010-2010-20磷酸三鈉（N a3PO4）30-4040-60

10、10-204010-3010-20硅酸鈉（N a2SiO3）530-5010-2010-153-510-20表面活性劑 （如OP乳油劑）1-23-53-52-32-32-32-3溫度（C）90-10070-10070-10070-807065-8550-6050-60表8-3電化學除油溶液的成分（g/L）和工作規(guī)范7'''_基本材料 成分規(guī)范鋼鐵銅和銅合金鋅和鋅合金N aOH5010-20N a2CO33020-305-10N a3PO43010-20N a2SiO355-105-10溫度8550-8040-50電流密度（A/dm2）60-125-10時間在陰極上30s

11、30s在陽極上7.5min 去除表面氧化物，常采用“強腐蝕”，即“酸洗”，去除表面氧化皮。表8-4為黑色金屬酸洗溶液的成分和規(guī)范。 電鍍前的活化處理一弱腐蝕?；罨请婂兦白詈笠坏李A處理工序，其作用是使金屬表面受到輕微的刻蝕，呈現(xiàn)出金屬的結晶 組織，從而保證鍍層與基體之間的良好結合，其方法是在弱酸溶液中短時間腐蝕（表8-5 ）。表8-4黑色金屬腐蝕溶液的成分和規(guī)范0；亠金屬制品材料分規(guī)（g/L）有黑皮的一般鋼鍛件或沖壓件一般具有氧化物的鋼鐵件鑄件合金鋼第一次（預蝕）第二次（浸蝕）12硫酸（比重1.84）200-25080-150230鹽酸（比重1.19）150-200250100270450硝酸

12、（比重1.41）3050氫氟酸10-20硫脲2-32-3磺化煤焦油10mL/L10mL/L六次甲基四胺1-3溫度（C）40-6030-4040-6030-4050-6030-50時間（min）直到氧化皮除掉同左1.5直到氧 化物除 掉同左603-5表8-5各種金屬的化學弱腐蝕與電化學弱腐蝕的溶液成分和規(guī)范材料名稱量'（g/L）鋼鐵制品銅及銅合金鋅鋁123121212硫酸（比重耳84）103-57-83-5鹽酸（比重1.19）3-553-5氫氧化鈉3-55-10氰化鉀3-4碳酸鉀2-3電流密度（A/dm2）7-103-5溫度C）室溫室溫室溫室溫室溫60室溫室溫室溫時間（min）0.5-1

13、0.5-10.5-10.5-10.5-10.5-10.5-10.5-10.5-1（2）鍍層后處理將鍍鋅后的工件在一定溶液中（以鉻酸為主的三酸：鉻酸、硫酸、硝酸）和適當條件下進行化學處理，使鍍鋅層表面形成一層致密的化學穩(wěn)定性較高的薄膜，這種工藝稱為鈍化工藝， 其膜叫鈍化膜。（三）、合金電鍍與復合電鍍1、合金電鍍在同一個鍍槽中， 同時電鍍出兩種或兩種以上金屬成分的鍍層稱為合金電鍍。如鋅 -錫，鉛-錫，鎳 -鈷，錫-鎳，銅 -錫-鋅合金（仿金）等，若某一合金成分低于1%，一般不把它作為合金鍍層成分。合金鍍層的結構，有的是機械混合物，有的是固溶體，有的是金屬化合物，有的還 可能以非晶態(tài)形式存在。要使兩

14、種或兩種以上的金屬同時在陰極上沉積，必須具備兩個條件： 兩種金屬中至少有一種金屬能單獨地從其鹽的溶液中沉積出來。 要使兩種金屬共同沉積，它們的析出電位必須接近。為達到這一目的，可采用調(diào)整兩 種屬離子濃度，加入適當絡合劑或添加劑以及先選用適當電流密度。2、復合電鍍 所謂復合電鍍就是在電鍍液中加入不溶性的固體微粒，用適當?shù)臄嚢璺绞剑刮⒘＞鶆虻?混懸在溶液中，用一般電鍍方法，使金屬和微粒共同沉積在陰極上，形成復合鍍層。為了使固體微粒（直徑為幾到幾十微米）均勻地移向陰極，應盡力攪拌溶液。由于懸浮在 鍍液中的固體微粒吸附了金屬離子，使微粒表面帶正電荷，在電流作用下與金屬一起沉積在陰 極表面。例如：用氧

15、化物、碳化物、硼化物、氮化物等硬質(zhì)微粒與銅、鎳、鈷等金屬形成耐磨性 復合鍍層。用石墨、云母、二硫化鉬、聚四氟乙烯等潤滑微粒與銅、鎳制成潤滑復合鍍層。二、化學鍍（一）、化學鍍概念化學鍍（Electroless Plating ）是利用化學反應在具有催化的制件表面上沉積一層金屬或合金。 與電鍍不同，金屬離子獲得電子不是由外加電源提供的，而是由還原劑供給的。由于不存在電 流在鍍件上的分配問題， 其均鍍能力好。 非金屬材料只要表面有適當?shù)拇呋ひ部蛇M行化學鍍。 使用不同主鹽和還原劑的溶液可使鎳、銅、鈷、金、銀等金屬及合金都能用化學鍍的方法沉積 出來。（二）、非金屬材料化學鍍非金屬材料通過化學沉積方法也

16、可以鍍鎳、銅、金、銀等，而且非金屬材料電鍍之前的表 面金屬化主要靠化學鍍。本節(jié)前面介紹的各種化學鍍配方和工藝，也都適用于非金屬材料。但 是非金屬材料在化學鍍之前的預處理卻比較復雜，除了去油工序處，還有封閉處理、粗化、敏 化、活化等工序。1、封閉處理 對于多孔的非金屬材料如木材、石膏等，首先要封閉表面的孔隙，其方法是把制件浸在105C的溶熔融石蠟中，然后取出滴干和冷卻，去除多余的石蠟，使表面平整。2、去應力塑料化學鍍前，進行去應力， 去應力方法是把塑料制品放在溫度為（65± 5）C的烘箱內(nèi)恒溫 2h。3、除油去除油污，增加鍍層與非金屬基體的結合強度，可采用有機溶劑除油和堿液除油法。4、

17、粗化粗化是非金屬材料化學鍍前預處理的重要工序之一，對鍍層的結合力和整平性影響很大。 其作用是在非金屬材料表面呈現(xiàn)微觀粗糙，從而增大鍍層與基體的接觸面積，使鍍層與基體結 合得更加牢固。常用的方法有機械粗化和化學粗化。（1）機械粗化一般采用砂紙打磨、滾磨、噴砂等方法。（2）化學粗化在制件表面通過氧化、蝕刻作用，形成無數(shù)凹槽、微孔和微觀粗糙度，以便形成化學鍍所需要的“鉚合”點。化學粗化液配方和工藝條件見表8-6?；瘜W粗化形成的凹槽是瓶頸形的,機械粗化形成的凹槽為敞口形，后者不能形成機械鎖扣，所能達到的最高結合力只有化學粗化 的10%左右。表8-6化學粗化溶液組成及工藝規(guī)范組成（g/L及工藝f1234

18、5鉻酐306硫酸400180-200108024620磷酸3501000180780154溫度（C）50-6060-7060-7060-7060-70時間（min）25-4060-12060-1201-50.3-4.55、敏化敏化就是在經(jīng)過粗化的非金屬表面上，吸附一層易被氧化的物質(zhì)，以便在下一道工序活化 處理時，在制件表面形成一層具有催化作用的金屬薄膜。氯化亞錫是普遍采用的一種敏化液Sn CI2+H 20=S n（OH）CI+HCI同時SnCl2+2H2O=Sn（OH） 2CI+2HCI生成的Sn （OH ） CI和Sn（0H）2聚合，形成微溶于水的凝膠狀物質(zhì)Sn2（OH）3CI6、活化活化處

19、理的目的是在非金屬表面上形成具有催化作用的金屬膜，其方法是把經(jīng)過敏化處理的非金屬制品放在含有銀、鈀、鉑的化合物溶液中， 這些貴金屬離子被二價錫還原成金屬微粒，使之緊密地附著非金屬制品表面上，其反應機理是：2Ag +Sn 宀 Sn +2Ag JPcT+Sn2+ t Sn4+Pd J反應所生成的具有催化作用的微粒便是化學鍍的結晶核心。非金屬材料化學鍍和電鍍的工藝流程如下（以塑料為例）：制作零件一一修整外觀一一消應力處理一一機械拋光磨光一一化學除油一一機械粗化或 化學粗化一一中和一一浸鹽酸處理一一水洗一一敏化一一蒸餾水洗2-3次一一活化一一化學鍍銅或鍍鎳一一轉(zhuǎn)電鍍工序三、 化學轉(zhuǎn)化膜化學轉(zhuǎn)化膜（ C

20、hemical and Electrochemical Surface Conversion Coating ）是金屬表面防護層 的一種重要類型，認識和掌握在金屬上形成各種轉(zhuǎn)化膜的基本原理，熟悉各種轉(zhuǎn)化膜的成分、 結構以及影響膜層性能的因素，對正確選用各種工藝方法都是有益的。金屬可以通過陽極氧化、化學氧化，以及在鉻酸鹽、磷酸鹽、草酸鹽等介質(zhì)中形成不同類型的化學轉(zhuǎn)化膜，其中鋁及其合金的陽極氧化、鋼鐵零件的化學氧化及磷酸鹽處理是重點。（一）、化學轉(zhuǎn)化膜的定義化學轉(zhuǎn)化膜指金屬表面原子與某些介質(zhì)中的負離子反應形成的膜。這種表層金屬的自身轉(zhuǎn) 化所形成的膜與基體結合良好，不溶于水和某些介質(zhì)，通常是一種穩(wěn)定

21、的化合物。用下式來嚴 格定義和表達化學轉(zhuǎn)化膜的生成：mM+nA z-MmAn+nze式中M為表層的金屬原子，Az-為介質(zhì)中價態(tài)為z的負離子。（二）、鋁及其合金的陽極氧化1、成膜反應 以鋁及其合金作為電解池的陽極，常用的電解液為酸性，進行陽極氧化時，生成氧化物的 反應可表示為：+H 2O-2e t 0+2H2AI+3O tAI2O3+I669J同時，酸對金屬鋁和氧化物有溶解作用：+3+2AI+6H t 2AI +3H2 f+3+AI2O3+6H+t2AI3+3H2O膜層的生成速度只有大于溶解速度，才能不斷長大。2、膜的組織和性能（ 1 ）膜的組織結構鋁及其合金的陽極氧化膜由密膜和孔膜雙層結構組成

22、，密膜又稱阻擋層，致密無孔，厚度約為0.01-0.1卩m, 般認為密膜是非晶態(tài)的Al 203?？啄ぞ哂蟹涓C狀結構，較厚，疏松多孔，電阻低。主要由A1O（OH和r-AI 2O3混合組成的晶體結構。它是由于電解液對孔底每個膜胞的溶 解作用形成的。（2）膜的性能 密度和厚度 陽極氧化膜的密度是 3.1g/cm 3,膜的厚度視制取條件而異,如表 8-7 所示。 色澤 陽極氧化膜固有的顏色取決于電解液和基體金屬成分。不同電解液中獲得 膜的色澤大致如下：電解液類型膜的色澤硫酸無色透明草酸黃色到棕色鉻酸灰色或灰綠磷酸無色透明表8-7不同制取條件鋁及其合金陽極氧化膜厚度電解液電壓'電度密膜厚底總厚度(

23、g/L)VCm1 m200H2SO410-1218-200.0010-0.0155.0-35.0150H2SO410-1210-150.0010-0.0135.0-35.010H2SO450-60+1 -10.015-0.320100-25030Cr2O340420.010-0.0123.0-25.0400H3P0420250.010-0.0122.5-224OH3PO4120200.010-0.0112.0-15.0鋁合金中的合金元素對膜的色彩有很大影響，純鋁和含量不超過5%的鎂、鋅合金鋁都能形成無色和近于透明的膜，工業(yè)純鋁中存在的鐵使膜變?yōu)榧t色，鋁合金中的鉻可使膜變?yōu)榻瘘S 色。 膜的力學性

24、能氧化鋁本身的硬度很高（2000HV ），但多孔的氧化膜硬度低得很多（100-300HV ）。氧化膜是脆性的，具有低的拉伸強度和延伸率。但與基體的結合強度卻比金屬鍍層高得多，如彎曲至膜與基體一起破裂，氧化膜也不會從基體上剝落下來。 膜的抗蝕性堿能強烈腐蝕鋁及其合金的氧化膜，但在大氣及海洋性氣候條件下具有良好的抗蝕性。膜層厚度不均，孔穴、裂紋等缺陷都會降低氧化膜的防護能力。經(jīng)封閉處理可 使膜孔閉合，提高膜的抗蝕性。四、熱噴涂（一）、熱噴涂概念熱噴涂（Thermal Spray ）是把絲（棒）狀或粉末材料加熱到熔化或軟化狀態(tài)，通過高速氣 流使其霧化加速，噴射到工件表面上形成熱噴涂層的工藝方法。熱噴

25、涂應用十分廣泛，可使零 件表面獲得耐磨、耐熱、耐蝕、抗氧化、防輻射等各種特性。（二）熱噴涂工藝分類及其特征1、熱噴涂工藝分類根據(jù)熱噴涂使用的熱源及噴涂材料的種類和形式，常用熱噴涂技術有以下幾種：（1 ）氣體燃燒為熱源 燃燒火焰噴涂 火焰爆炸噴涂（2）電弧為熱源 電弧噴涂。 等離子噴涂。 等離子噴焊。2、熱噴涂的特點（1）噴涂材料廣泛 用作涂層的材料有金屬及合金、塑料、陶瓷（包括金屬陶瓷）以及復合材料等。（2）適用于各種材料制成的工件 進行熱噴涂的基體材料可以是金屬及合金，也可以是非金屬材料。（3）被噴涂工件尺寸范圍寬 噴涂表面可以小到 10mm 的內(nèi)孔，也可以大到像鐵塔、橋梁的大型構件。（ 4

26、）生產(chǎn)效率高（5）基體材料變形小 熱噴涂時基體材料受熱程度低，可以減少因熱應力引起的變形。（三）、熱噴涂工藝 熱噴涂工藝一般由幾個工序組成：材料表面預處理，熱噴涂，涂層的封閉處理，以及涂 層表面的精加工等。1、 材料表面預處理 熱噴涂前的表面預處理是提高涂層與基體結合強度的重要因素。 實踐證明， 熱噴涂的失敗， 多數(shù)是表面預處理不當造成的。（ 1）清理表面去油、除銹（ 2）表面粗化 表面粗化主要是為了增加涂層與基體的接觸面積，提高結合強度和改善殘余應力分布。粗 化的方法有噴砂， 通過機加工在零件表面開槽或車螺紋。 也可通過電弧法在表面產(chǎn)生金屬濺射， 獲得粗糙表面。2、 噴涂技術（ 以等離子噴涂

27、為例） 等離子噴涂時影響噴涂質(zhì)量的工藝參數(shù)為：（1）等離子噴涂熱源的工作氣體流量和電弧功率 兩者都是影響噴涂質(zhì)量的重要因素。如常用工作氣體流量為 30-50L/min ，工作氣體流量過 大，會使粉末熔化不均，涂層疏松，氣孔率增加，但工作氣體流量過小，容易燒壞噴嘴和陰極。（2）噴涂距離 噴涂距離對涂層質(zhì)量和噴涂效率有很大影響，等離子噴涂距離為 50-100mm 。如果距離太 大，粒子流速和溫度都會降低，導致粒子與基體撞擊時變形差，涂層疏松，噴涂效率降低。若 噴涂距離太小，使基體溫度升高，基體和涂層會被氧化，降低結合強度。（3）噴涂角度 噴涂角度指噴涂射流與基體平面的交角，一般不小于45°

28、;，否則由于“遮蔽效應”當?shù)谝粚臃勰┱秤诠ぜ?，將阻礙后續(xù)粉末噴上去，致使涂層形成不規(guī)則孔穴，惡化涂層質(zhì)量。（4）噴槍移動速度 噴槍的移動速度實際上是控制每次噴涂層的厚度，一般為 30-100m/min 。3、噴涂層的封孔處理 熱噴涂層中的孔穴會降低抗蝕性能，因此熱噴涂后需進行封孔處理，常采用的密封材料有 石蠟、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、水玻璃和水解硅酸乙脂等。4、精加工 熱噴涂結束后，涂層表面粗糙且尺寸不準確，需進行精加工。對于陶瓷涂層和自熔性合金 涂層都用磨削，而碳鋼和不銹鋼等硬度較低的涂層可用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具切削。五、涂裝技術（一）、涂裝技術概念涂裝（Painting ）是對各種金屬（或非

29、金屬）材料進行裝飾和防護的一種普遍而有效的方法。 所謂涂裝就是將某種流動性的物質(zhì)（涂料）在固體表面展成連續(xù)的薄膜，經(jīng)過一定時間，由于 涂膜自行的物理化學變化，牢固地附著在固體表面上，形成一層堅實的薄膜。涂裝的作用主要用于裝飾（涂膜光亮美觀、色彩鮮艷）和防護，有的還兼有特殊用途，如 軍事裝備用以偽裝。（二）、涂料的組成涂料由下列物質(zhì)組成：1、 主要成膜物質(zhì)（ 1）油脂 桐油、亞麻仁油。（ 2）樹脂 酚醛樹脂、聚氨樹脂、環(huán)氧樹脂等。2、 次要成膜物質(zhì) 顏料，是生成涂膜的骨骼，主要有：（ 1）著色顏料 具有美麗的色彩，良好的著色力和遮蓋力，如鈦白、鋅白、鎘紅、碳黑、金粉等。（ 2）體質(zhì)顏料 主要作用

30、是增加涂膜厚度，使涂膜經(jīng)久耐用、耐磨等，如硫酸鋇、滑石粉。（ 3）防銹顏料主要作用是防止金屬腐蝕，常用的防蝕顏料有紅丹（Pb3O4）、鉻酸鋅以及鋅粉、鋁粉等。3、輔助成膜物質(zhì)（ 1）溶劑和稀釋劑 溶劑是一些揮發(fā)性的液體，在涂層中起溶解油脂、樹脂的作用。在固體成膜后，溶劑全部 揮發(fā)。稀釋劑能稀釋涂料，使其達到使用時應有的粘度，且揮發(fā)速度應比溶劑快。常用的松節(jié) 油、甲苯、二甲苯等。（ 2）催干劑 能促進涂膜干燥，通常是鈷、錳、鉛等金屬化合物，鹽類，以及它們的各種有機皂類（ 3）固化劑 以環(huán)氧樹脂等制成的涂料，常需要利用胺等物質(zhì)與之發(fā)生反應，使涂膜干結，這些物質(zhì)稱固化劑。（4）增韌劑 用于增加涂膜的

31、彈性、韌性和提高涂膜的附著力。（三）、涂裝工藝涂裝工藝主要指使涂料形成涂膜的過程。 主要包括： 修整底材 、涂裝、 成膜、 干燥和固化。 1、 修整底材除去被涂裝物體表面的油、水分、塵埃等污垢以及除掉表面的氧化皮、紅銹等。2、 涂底漆 底漆是直接涂在被涂裝表面的第一層涂膜，主要功能是提高與金屬表面和上層涂膜的附著 力，并具有良好的防蝕性能，如磷化涂料、無機富鋅涂料等。3、填刮膩子 填刮膩子可以消除金屬構件表面的凹陷、氣孔、擦傷、劃痕或其他缺陷，以獲得均勻平整 的表面。4、涂裝 常用的涂裝方法有刷涂、浸涂、壓縮空氣噴涂、電泳涂覆以及粉末涂料的靜電噴涂等。（1）刷涂 設備簡單，涂覆方便，靈活性強。

32、但勞動強度大、生產(chǎn)效率低、而且不易采用快干性涂料。 此外，涂膜均勻性差，易出現(xiàn)刷痕等缺陷。（2）浸涂 被涂物件浸在涂料槽中，然后取出，讓表面多余涂料自然滴落，經(jīng)烘干即可形成涂層。用 浸涂法得到的涂膜，雖然不夠平整均勻，但操作方便，便于實現(xiàn)機械化和自動化，生產(chǎn)率高。（3）壓縮空氣噴涂 利用壓縮空氣噴出的氣流，使貯涂料罐內(nèi)外形成壓力差，把涂料從罐內(nèi)壓出來，被噴槍噴 出的氣流霧化，均勻地噴涂在物件表面上。此方法形成的涂膜光滑平整，且操作方便、生產(chǎn)效 率高，特別適用于快干性涂料。但是噴涂時，涂料彌漫，污染環(huán)境，涂料利用率低。（4）電泳涂覆 帶電的樹脂粒子在直流電場作用下沉積在被涂物件表面上。如果樹脂在

33、電泳液中是帶負電 的（被涂物件接陽極） ，則稱陽極電泳涂覆。若樹脂粒子帶正電，稱陰極電泳涂覆。其中陰極電 泳涂覆在國外已廣泛應用于汽車制造業(yè)， 這是因為在陰極上不會發(fā)生金屬的溶解， 涂膜質(zhì)量高， 色彩均勻，抗蝕性好。（ 5）粉末涂料靜電噴涂 粉末涂料含有著色劑、填充劑和硬化劑等高分子樹脂，涂料不含溶劑。在直流高壓形成的 靜電場中，被涂物件周圍的電極接高壓直流負極，物件接正極。當噴槍噴出的涂料粉末進入靜 電場后，霧狀微粒被感應而帶負電，它們被均勻地吸附在帶正電的物件表面上。噴涂后的涂膜通過以下幾種形式干燥固化：溶劑揮發(fā)，氧化-聚合，烘烤，固化劑固化，最終形成固態(tài)涂膜。六、其它特種表面技術1、真空

34、蒸鍍真空蒸鍍 （Vacuum Deposition ），是將欲鍍的工件和鍍膜材料同時放在真空室內(nèi)，將真空抽到133.322 X 10-4 133.322 X 10-5Pa,然后加熱蒸發(fā)物質(zhì)（鍍層材料），使其蒸發(fā)并沉積在工件表 面上。由于在高真空度下進行蒸鍍，材料蒸發(fā)所需要的蒸汽壓低，可以在更低溫度下蒸發(fā)。也可 避免蒸發(fā)材料氧化，阻止蒸發(fā)材料與空氣分子碰撞，有利于提高鍍層的覆蓋能力和與基體的結 合強度。真空蒸鍍的沉積速率較快，如沉積鋅和鎘， 10min 便能獲得 0.01mm 的鍍層。但是與電鍍 相比， 鍍層的覆蓋能力以及與基體的結合強度較低。 通常只用于鍍薄膜， 如各種薄膜電子元件， 各種光學

35、膜和作為工藝品的裝飾膜。2、陰極濺射將真空室的真空度抽至 133.22 X0-4133.322 X 10-5Pa,然后通入一定量惰性氣體， 如氬氣， 使真空度降至133.22 X0-2 133.322X 10-3pa。在陰極和陽極之間施加 3-4KV的電壓，惰性氣體 產(chǎn)生輝光放電，被電離。在陰極負高壓作用下，Ar+被加速，并以極高速度轟擊陰極靶，從靶材（鍍層材料）表面濺射出的原子或分子飛向周圍工件形成鍍膜。工件可以放在輝光放電區(qū)的任 何位置上，也可以作陽極。通常把工件作陽極的方法稱為直流雙極濺射法。與真空蒸鍍相比，陰極濺射離子能量高，因而鍍膜與基體結合強度高。鍍膜材料不受熔點 限制，對高熔點金

36、屬鉑和銠也容易進行濺射，而這些材料要進行蒸鍍則是困難的。陰極濺射鍍膜可用于表面強化，如在刀具上沉積 TiN， TiC 和 WC 等超硬鍍膜。在電子和 光學方面，陰極濺射用來制造大規(guī)模集成電路、高能紅外激光器中的紅外反射鍍層。在磁性記 錄方面，用來制造高密度和超高密度的記錄磁盤、磁帶和磁頭的磁性層。3 、離子鍍 在高真空度的密封容器中，通過蒸發(fā)源使鍍料（金屬）氣化，金屬蒸氣在高壓直流作用下 被電離成正離子，經(jīng)加速猛烈轟擊工件（陰極）從而形成鍍膜。通常離子鍍開始時，首先要用 氬離子轟擊工件，進行清洗表面和加熱升溫，然后再進行離子鍍。與真空蒸鍍和陰極濺射相比，離子鍍的分散能力和繞鍍能力好，這是因為參

37、與成膜的離子 沿電場電力線方向運動，故凡有電力線的地方都能鍍上。由于在強電場作用下離子轟擊工件， 鍍膜與基體結合強度高。離子鍍用于在工模具上沉積超硬膜，使用壽命可提高很多。也可以制備固體潤滑膜以及在 高溫工作的抗高溫氧化、耐腐蝕的鍍膜。此外，在陶瓷、塑料表面也可以進行離子鍍，使非金 屬表面金屬化。離子鍍也用于獲得仿金仿銀的裝飾性鍍層。離子鍍在光學、聲學等領域中也具 有廣泛的使用價值。真空蒸鍍、陰極濺射、離子鍍都屬于物理氣相沉積（ physical Vapor Deposition, 簡稱 pVD）。 .4、 化學氣相沉積化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition,簡稱CV

38、D）是利用揮發(fā)性金屬鹵化物和金屬的有 機化合物在高溫下的氣相化學反應在工件表面形成氮化物、 氧化物、 碳化物、硅化物、 硼化物、 高熔點金屬、半導體等鍍膜的方法?；瘜W氣相沉積的主要反應；（1）熱分解反應在真空或惰性氣氛中加熱工件至所需的溫度后，導入反應氣體，使之發(fā)生熱分解，在工件 表面沉積出固體材料鍍膜。如：800-1000 CSiH4（氣） Si（固）+2出140-240 CNi（CO） 4（氣）Ni（固）+4COCH3SiCl3（氣）>SiC（固）+3HCl（氣）（2 ）還原反應 在還原反應中，還原劑一般為氫2WF3 （氣）+3H2 t2W（固）+6FHSiCl 4（氣 ）+2H L

39、 Si（固）+4HCl（3）置換反應SiCl 4（氣）+CH 4 SiC（固）+4HCl（4）綜合反應TiCl4+C+2H2 tTiC+4HCl2TiCl 4+N2+4H2 t2TiN+8HCl3SiH4+2N2H4T Si3N4+10H2化學氣相沉積過程；以鋼件進行化學氣相沉積TiC為例。把鋼件放入用電阻絲或高頻感應加熱的管式爐中加熱，采用氫氣保護，加熱至900-1200 C將四氯化鈦和甲苯通入爐內(nèi)，使四氯化鈦中的鈦和碳氫化合物中的碳（以及鋼中的碳）在高溫 下進行化學反應，生成 TiC沉積在工件表面?；瘜W氣相沉積的主要用途； 制備以TiC , TiN為代表的超高硬度膜，用于提高耐磨性。 在微電子工業(yè)中制造電阻、電容等元件氧化薄膜。 制作新型超導材料如NbsGe等。此外，化學氣相沉積技術在宇航、原子能工業(yè)等領域也有廣闊的使用前景。但是，化學氣相沉積溫度較高（通常在850-1100 C）超過了許多工模具的熱處理溫度范圍，工件易變形，因而在鋼件表面強化方面的應用受到一定限制。5、等離子增強化學氣相沉積等離子體化學氣相沉積( Plasma Chemical Vapor Deposition ，簡稱 PCVD )是輝光放電的物 理氣相沉積和化學氣相沉積相結合的工藝過程。通常利用直流或射頻放電，使等離子體內(nèi)的高 能電子激活反應氣體，在