第四章 鋼鐵材料表面處理

1、第四章第四章 鋼鐵材料的表面處理鋼鐵材料的表面處理材料成型基礎(chǔ)材料成型基礎(chǔ)化學(xué)鍍化學(xué)鍍l 定義：在經(jīng)定義：在經(jīng)活化處理活化處理的基體表面上，的基體表面上，鍍液中鍍液中金屬離子被催化還原形成金屬鍍層的過(guò)程。金屬離子被催化還原形成金屬鍍層的過(guò)程。l 原理：依據(jù)原理：依據(jù)氧化還原氧化還原反應(yīng)原理，利用反應(yīng)原理，利用強(qiáng)還原強(qiáng)還原劑劑在含有金屬離子的溶液中，將金屬離子在含有金屬離子的溶液中，將金屬離子還還原原成金屬而沉積在各種材料表面形成致密鍍成金屬而沉積在各種材料表面形成致密鍍層的方法。層的方法。化學(xué)鍍鎳及其原理化學(xué)鍍鎳及其原理l 定義定義：利用化學(xué)鍍的原理，在鍍件表面鍍上一層致密的金屬鎳層的方法。也

2、叫Ni-P化學(xué)鍍。l 原理原理（原子氫態(tài)理論） H2PO2-+ H2O = HPO32-+ H+ 2H （次磷酸根） （亞磷酸根） Ni2+ +2H = Ni + 2H+ H2PO2-+ H = P + H2O + OH-化學(xué)鍍鎳的裝置示意圖化學(xué)鍍鎳的裝置示意圖化學(xué)鍍鎳及其原理化學(xué)鍍鎳及其原理1水浴水浴2燒杯燒杯3試樣試樣4溫度計(jì)溫度計(jì)5化學(xué)鍍液化學(xué)鍍液6電阻加熱器電阻加熱器化學(xué)鍍鎳及其原理化學(xué)鍍鎳及其原理表一、鍍液化學(xué)鍍鎳特點(diǎn)化學(xué)鍍鎳特點(diǎn)鍍層性能（鍍層性能（Ni-PNi-P）厚度均勻、表面光滑厚度均勻、表面光滑硬度高硬度高、附著力好附著力好抗腐蝕性好抗腐蝕性好釬焊釬焊鍍鎳產(chǎn)品鍍鎳產(chǎn)品 鍍鎳產(chǎn)

3、品鍍鎳產(chǎn)品電鍍及原理電鍍及原理 在盛有電鍍液的鍍?cè)谑⒂须婂円旱腻儾壑?，?jīng)過(guò)清理和特殊預(yù)槽中，經(jīng)過(guò)清理和特殊預(yù)處理的待鍍件作為陰極，處理的待鍍件作為陰極，用鍍覆金屬制成陽(yáng)極，兩用鍍覆金屬制成陽(yáng)極，兩極分別與直流電源的負(fù)極極分別與直流電源的負(fù)極和正極聯(lián)接。電鍍液由含和正極聯(lián)接。電鍍液由含有鍍覆金屬的化合物、導(dǎo)有鍍覆金屬的化合物、導(dǎo)電的鹽類(lèi)、緩沖劑、電的鹽類(lèi)、緩沖劑、pHpH調(diào)調(diào)節(jié)劑和添加劑等水溶液組節(jié)劑和添加劑等水溶液組成。通電后，陽(yáng)極的金屬成。通電后，陽(yáng)極的金屬會(huì)氧化（失去電子），電會(huì)氧化（失去電子），電鍍液中的金屬離子，在電鍍液中的金屬離子，在電位差的作用下移動(dòng)到陰極位差的作用下移動(dòng)到陰極上形

4、成鍍層。上形成鍍層。電鍍要素電鍍要素 材料要求：材料要求：鍍層大多是單一金屬或合金，鍍層大多是單一金屬或合金，如鈦、鋅、鎘、金或黃銅、青銅等；也如鈦、鋅、鎘、金或黃銅、青銅等；也有彌散層，如鎳有彌散層，如鎳-碳化硅、鎳碳化硅、鎳-氟化石墨等；氟化石墨等；還有覆合層，如鋼上的銅還有覆合層，如鋼上的銅-鎳鎳-鉻層、鋼上鉻層、鋼上的銀的銀-銦層等。銦層等。電鍍的基體材料電鍍的基體材料除鐵基的除鐵基的鑄鐵、鋼和不銹鋼等金屬外，還有非鐵鑄鐵、鋼和不銹鋼等金屬外，還有非鐵金屬或金屬或ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料電鍍前，必須經(jīng)過(guò)特殊的活料，但塑料電鍍前，必須經(jīng)過(guò)特殊的

5、活化和敏化處理?；兔艋幚?。 電鍍要素：電鍍要素：電鍍的要素：電鍍的要素： 1.陰極：被鍍物，指各種接插件端子陰極：被鍍物，指各種接插件端子 2.陽(yáng)極：若是可溶性陽(yáng)極，則為欲鍍金屬。陽(yáng)極：若是可溶性陽(yáng)極，則為欲鍍金屬。若是不可溶性陽(yáng)極，大部分為貴金屬（白若是不可溶性陽(yáng)極，大部分為貴金屬（白金，氧化銥）金，氧化銥） 3.電鍍液：含有欲鍍金屬離子的電鍍液電鍍液：含有欲鍍金屬離子的電鍍液 4.電鍍槽：可承受，儲(chǔ)存電鍍藥水的槽體，電鍍槽：可承受，儲(chǔ)存電鍍藥水的槽體，一般考慮強(qiáng)度，耐蝕，耐溫等因素一般考慮強(qiáng)度，耐蝕，耐溫等因素 5.整流器：提供直流電源的設(shè)備整流器：提供直流電源的設(shè)備 電鍍工藝一般包括

6、電鍍前預(yù)處理，電電鍍工藝一般包括電鍍前預(yù)處理，電鍍及鍍后處理三個(gè)階段。基本工藝流程圖如下鍍及鍍后處理三個(gè)階段?；竟に嚵鞒虉D如下所示：所示：產(chǎn)品產(chǎn)品 工件工件除油除油 酸浸酸浸 清洗清洗 清洗清洗 電解除油電解除油清洗清洗 電鍍電鍍 清洗清洗處理處理/ /烘干烘干電鍍種類(lèi)電鍍種類(lèi) 鍍鎳鍍鎳鍍鋅鍍鋅鍍錫鍍錫鍍金鍍金鍍銅鍍銅鍍銀鍍銀鍍鉻鍍鉻合金電鍍合金電鍍復(fù)合電鍍復(fù)合電鍍種類(lèi)種類(lèi) 電鍍的優(yōu)缺點(diǎn)電鍍的優(yōu)缺點(diǎn)電鍍的優(yōu)點(diǎn)電鍍的優(yōu)點(diǎn) 電鍍最大的優(yōu)點(diǎn)是成本較低電鍍最大的優(yōu)點(diǎn)是成本較低、使用的靶材、使用的靶材少。利用電解作用在機(jī)械制品上沉積出附著良少。利用電解作用在機(jī)械制品上沉積出附著良好的、但性能和基體材料

7、不同的金屬覆層的技好的、但性能和基體材料不同的金屬覆層的技術(shù)，電鍍層比熱浸層均勻，術(shù)，電鍍層比熱浸層均勻，一般都較薄，一般都較薄，從幾從幾個(gè)微米到幾十微米不等。通過(guò)電鍍，可以在機(jī)個(gè)微米到幾十微米不等。通過(guò)電鍍，可以在機(jī)械制品上獲得裝飾保護(hù)性和各種功能性的表面械制品上獲得裝飾保護(hù)性和各種功能性的表面層，還可以層，還可以修復(fù)磨損和加工失誤的修復(fù)磨損和加工失誤的工件。工件。電鍍的缺點(diǎn) 電鍍的缺點(diǎn)首先是是電鍍的缺點(diǎn)首先是是污染污染問(wèn)題問(wèn)題：當(dāng)鍍液加溫較高時(shí)，當(dāng)鍍液加溫較高時(shí)，鍍液會(huì)加速蒸發(fā)和分解，氣鍍液會(huì)加速蒸發(fā)和分解，氣 霧中有高濃度的溶質(zhì)成霧中有高濃度的溶質(zhì)成分。這時(shí)會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，尤其是酸、堿氣

8、霧，氰化分。這時(shí)會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，尤其是酸、堿氣霧，氰化物和鉻霧對(duì)環(huán)境的影響和人體危害會(huì)更大；鍍液處理物和鉻霧對(duì)環(huán)境的影響和人體危害會(huì)更大；鍍液處理過(guò)程中若不加以注意，則鍍液的損耗量是相當(dāng)大的；過(guò)程中若不加以注意，則鍍液的損耗量是相當(dāng)大的；電鍍槽或加溫電鍍槽或加溫( (冷卻冷卻) )管滲漏往往也會(huì)造成嚴(yán)重污染。管滲漏往往也會(huì)造成嚴(yán)重污染。 另外，電鍍過(guò)程中常常會(huì)造成另外，電鍍過(guò)程中常常會(huì)造成不連續(xù)水膜不連續(xù)水膜（表面（表面被污染所引起的不均勻潤(rùn)濕性，使表面上的水膜變的被污染所引起的不均勻潤(rùn)濕性，使表面上的水膜變的不連續(xù)）、不連續(xù)）、孔隙、針孔、起皮、剝離、海綿狀鍍層、孔隙、針孔、起皮、剝離、海綿

9、狀鍍層、燒焦鍍層、麻點(diǎn)燒焦鍍層、麻點(diǎn)（在電鍍或腐蝕中，與金屬表面上形（在電鍍或腐蝕中，與金屬表面上形成的小坑或小孔）等。成的小坑或小孔）等。 熱浸鍍簡(jiǎn)稱(chēng)熱鍍，是把被鍍金屬件浸入到熔熱浸鍍簡(jiǎn)稱(chēng)熱鍍，是把被鍍金屬件浸入到熔融的金屬或合金液體中使其表面形成金屬鍍層的一融的金屬或合金液體中使其表面形成金屬鍍層的一種工藝方法。種工藝方法。 鍍層材料鍍層材料的金屬或合金的的金屬或合金的熔點(diǎn)熔點(diǎn)要比基體金屬要比基體金屬低低得多，故熱鍍層金屬都采用低熔點(diǎn)的金屬及其合金，得多，故熱鍍層金屬都采用低熔點(diǎn)的金屬及其合金，如錫（如錫（231.9231.9）、鉛（）、鉛（327.4327.4）、鋅）、鋅（419.541

10、9.5）、鋁（）、鋁（658.7658.7）及它們的合金，）及它們的合金，被鍍被鍍金屬金屬材料一般為鋼、鑄鐵及不銹鋼等。材料一般為鋼、鑄鐵及不銹鋼等。1.1 熱浸鍍定義熱浸鍍定義基本工藝流程前處理熱浸鍍后處理清洗除油酸洗除銹水洗熔劑處理熱浸鍍基本工藝流程熱浸鍍基本工藝流程（1）按鍍層類(lèi)別分類(lèi)：）按鍍層類(lèi)別分類(lèi)： 熱浸鍍鋅熱浸鍍鋅 熱浸鍍鋁熱浸鍍鋁 熱浸鍍錫熱浸鍍錫 熱浸鍍鉛熱浸鍍鉛1.熱浸鍍分類(lèi)熱浸鍍分類(lèi)按前處理方法不同溶劑法保護(hù)氣體還原法干式濕式1.2.熱浸鍍分類(lèi)（2）按前處理方法分類(lèi)）按前處理方法分類(lèi)： （1）溶劑法溶劑法熱浸鍍的工藝流程為：熱浸鍍的工藝流程為： 鍍前檢查一堿液除油一水清洗

11、一酸洗一水清洗一鍍前檢查一堿液除油一水清洗一酸洗一水清洗一溶劑處理溶劑處理烘干烘干預(yù)熱（濕式法無(wú)此程序）預(yù)熱（濕式法無(wú)此程序）一熱浸鍍鋅一冷卻一干燥一檢驗(yàn)一成品一熱浸鍍鋅一冷卻一干燥一檢驗(yàn)一成品1.2.熱浸鍍分類(lèi)設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低生產(chǎn)靈活生產(chǎn)靈活操作簡(jiǎn)便、易學(xué)操作簡(jiǎn)便、易學(xué)浸鍍產(chǎn)品范圍廣浸鍍產(chǎn)品范圍廣溶劑法熱浸鍍特點(diǎn)溶劑法熱浸鍍特點(diǎn)：溶劑法熱浸鍍特點(diǎn)溶劑法熱浸鍍特點(diǎn)：（1）溶劑法熱浸鍍特點(diǎn)）溶劑法熱浸鍍特點(diǎn)： （2 2）保護(hù)氣體還原法（氫還原法）熱浸鍍：）保護(hù)氣體還原法（氫還原法）熱浸鍍： 該法主要該法主要采用保護(hù)氣體還原法采用保護(hù)氣體還原法為前處理方式。鋼為前處理方式。鋼材的表

12、面預(yù)處理按照順序在氧化爐和還原爐中完成。材的表面預(yù)處理按照順序在氧化爐和還原爐中完成。 1.2.熱浸鍍分類(lèi) （2）保護(hù)氣體還原法特點(diǎn)保護(hù)氣體還原法特點(diǎn)： 優(yōu)優(yōu)：生產(chǎn)速度快生產(chǎn)速度快效率高、鍍層結(jié)效率高、鍍層結(jié)合力好、無(wú)污染。合力好、無(wú)污染。另外，還原型生另外，還原型生產(chǎn)線(xiàn)高溫輻射加產(chǎn)線(xiàn)高溫輻射加熱溫度高，退火熱溫度高，退火時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品性時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品性能好。能好。缺缺：設(shè)備比較復(fù)雜，設(shè)備比較復(fù)雜，投資大，技術(shù)投資大，技術(shù)難度大，適難度大，適合單一產(chǎn)品合單一產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。的批量生產(chǎn)?，F(xiàn)代帶鋼連續(xù)熱浸鍍采用的現(xiàn)代帶鋼連續(xù)熱浸鍍采用的最普遍和最廣泛的一種工藝最普遍和最廣泛的一種工藝。1.2.熱浸鍍分

13、類(lèi) 熱浸鍍的金屬層一般較熱浸鍍的金屬層一般較厚厚，因此能在某些，因此能在某些腐蝕環(huán)境中長(zhǎng)期使用?；蜃鳛榭固胤N介質(zhì)腐腐蝕環(huán)境中長(zhǎng)期使用?；蜃鳛榭固胤N介質(zhì)腐蝕的防蝕鍍層。蝕的防蝕鍍層。（1）抗大氣腐蝕環(huán)境條件下應(yīng)用）抗大氣腐蝕環(huán)境條件下應(yīng)用（2）抗高溫、抗氧化和耐蝕條件下應(yīng)用）抗高溫、抗氧化和耐蝕條件下應(yīng)用1.3.熱浸鍍的性能與應(yīng)用熱浸鍍的性能與應(yīng)用離子鍍離子鍍 離子鍍膜技術(shù)離子鍍膜技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)離子鍍簡(jiǎn)稱(chēng)離子鍍)，是在，是在真空蒸發(fā)真空蒸發(fā)和真空濺射和真空濺射技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的鍍技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的鍍膜技術(shù)。在真空條件下，應(yīng)用氣體放電實(shí)現(xiàn)鍍膜技術(shù)。在真空條件下，應(yīng)用氣體放電實(shí)現(xiàn)鍍膜

14、，即在真空室中使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)電離，膜，即在真空室中使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)電離，在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子的轟擊下，將蒸在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子的轟擊下，將蒸發(fā)物或其反應(yīng)產(chǎn)物蒸鍍?cè)诨?。發(fā)物或其反應(yīng)產(chǎn)物蒸鍍?cè)诨?。離子鍍?cè)黼x子鍍?cè)黼x子鍍的特點(diǎn)離子鍍的特點(diǎn)離子鍍特點(diǎn)如下：離子鍍特點(diǎn)如下：一、優(yōu)點(diǎn)一、優(yōu)點(diǎn)(1)膜層附著力強(qiáng)。膜層附著力強(qiáng)。(2)膜層組織致密，耐蝕性好。膜層組織致密，耐蝕性好。(3)具有繞鍍性能，能夠在形狀復(fù)雜的零件表面具有繞鍍性能，能夠在形狀復(fù)雜的零件表面鍍膜。鍍膜。離子鍍的特點(diǎn)離子鍍的特點(diǎn)(4)可用來(lái)制備各種材料的薄膜，特別是可采用反可用來(lái)制備各種材料的薄膜，特別是可采用

15、反應(yīng)離子鍍制備各種化合物薄膜。應(yīng)離子鍍制備各種化合物薄膜。(5) 成膜速率高，可與蒸發(fā)鍍膜的速率相當(dāng)；且可成膜速率高，可與蒸發(fā)鍍膜的速率相當(dāng)；且可鍍厚膜（達(dá)鍍厚膜（達(dá)30 m）。）。金屬熱噴涂金屬熱噴涂 將金屬粉末加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，用高壓氣流使其霧將金屬粉末加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，用高壓氣流使其霧化并噴射于工件表面形成涂層的工藝稱(chēng)為化并噴射于工件表面形成涂層的工藝稱(chēng)為熱噴涂熱噴涂。l利用熱噴涂技術(shù)可改善材料利用熱噴涂技術(shù)可改善材料的耐磨性、耐蝕性、耐熱性的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及絕緣性等。及絕緣性等。l廣泛用于包括航空航天、原廣泛用于包括航空航天、原子能、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)子能、電子等尖

16、端技術(shù)在內(nèi)的幾乎所有領(lǐng)域。的幾乎所有領(lǐng)域。等離子熱噴涂等離子熱噴涂 熱噴涂是將金屬或非金屬材熱噴涂是將金屬或非金屬材料加熱熔化，靠壓縮氣體連續(xù)吹料加熱熔化，靠壓縮氣體連續(xù)吹噴到制件表面上，形成與基體牢噴到制件表面上，形成與基體牢固結(jié)合的涂層，從制件表層獲得固結(jié)合的涂層，從制件表層獲得所需要的物理化學(xué)性能。所需要的物理化學(xué)性能。1熱噴涂原理熱噴涂原理說(shuō)明：說(shuō)明： 噴涂的涂層厚度為幾十微米至數(shù)毫米。噴涂的涂層厚度為幾十微米至數(shù)毫米。 噴涂熱源可用燃?xì)饣鹧?、電弧、等離子弧或激光噴涂熱源可用燃?xì)饣鹧?、電弧、等離子弧或激光束等。束等。 噴涂材料可為金屬、合金、金屬氧化物和碳化物、噴涂材料可為金屬、合金、

17、金屬氧化物和碳化物、陶陶 瓷和塑料等，材料形態(tài)可為線(xiàn)材、棒料或粉末。瓷和塑料等，材料形態(tài)可為線(xiàn)材、棒料或粉末。 噴涂的基體可為金屬、陶瓷、玻璃、塑料、石膏、噴涂的基體可為金屬、陶瓷、玻璃、塑料、石膏、木木 材、布、紙等固體材料。材、布、紙等固體材料。2熱噴涂的特點(diǎn)熱噴涂的特點(diǎn) 生產(chǎn)效率高。每小時(shí)噴涂材料重量從幾千克到幾十千克，沉生產(chǎn)效率高。每小時(shí)噴涂材料重量從幾千克到幾十千克，沉 積效率很高。積效率很高。 工藝靈活，適用范圍廣。熱噴涂施工對(duì)象可大可小，小的可工藝靈活，適用范圍廣。熱噴涂施工對(duì)象可大可小，小的可 到到 10mm內(nèi)孔內(nèi)孔(線(xiàn)爆噴涂線(xiàn)爆噴涂)，大的可到橋梁、鐵塔，大的可到橋梁、鐵塔(

18、火焰線(xiàn)材噴火焰線(xiàn)材噴 涂或電孤噴涂涂或電孤噴涂)，可在室內(nèi)噴涂，也可在野外現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)；可，可在室內(nèi)噴涂，也可在野外現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)；可 整體噴涂，也可以局部噴涂。整體噴涂，也可以局部噴涂。 基體及噴涂材料廣泛。可通過(guò)噴涂不同材料，使工件表面獲基體及噴涂材料廣泛?？赏ㄟ^(guò)噴涂不同材料，使工件表面獲 得所需的各種物理化學(xué)性能。得所需的各種物理化學(xué)性能。 工件應(yīng)力變形小?；w可保持較低的溫度，工件產(chǎn)生的應(yīng)力工件應(yīng)力變形小?；w可保持較低的溫度，工件產(chǎn)生的應(yīng)力 變形很小。變形很小。3熱噴涂的應(yīng)用熱噴涂的應(yīng)用 特殊功能層特殊功能層:通過(guò)噴涂獲得表層某些特殊性能，如耐通過(guò)噴涂獲得表層某些特殊性能，如耐高溫、隔熱、導(dǎo)電、絕緣、防幅射等，在航空航天和原高溫、隔熱、導(dǎo)電、絕緣、防幅射等，在航空航天和原子能等部門(mén)子能等部門(mén)應(yīng)用較多。應(yīng)用較多。 防腐蝕防腐蝕:主要用于大型水閘鋼閘門(mén)、造紙機(jī)烘缸、大型鋼主要用