金屬材料表面改性處理

關(guān)于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27頁，星期六，2024年，5月鋼鐵工件發(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27頁，星期六，2024年，5月鋼鐵工件發(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27頁，星期六，2024年，5月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27頁，星期六，2024年，5月磷化工藝分類

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27頁，星期六，2024年，5月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27頁，星期六，2024年，5月普通鍍鉻工藝

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27頁，星期六，2024年，5月刷鍍示意圖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27頁，星期六，2024年，5月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27頁，星期六，2024年，5月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27頁，星期六，2024年，5月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使離子加速并沉積于金屬表面形成覆層的方法,簡稱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27頁，星期六，2024年，5月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—測溫?zé)犭娕嫉?3頁,共27頁，星期六，2024年，5月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27頁，星期六，2024年，5月電弧熱噴涂原理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27頁，星期六，2024年，5月火焰噴涂原理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27頁，星期六，2024年，5月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27頁，星期六，2024年，5月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27頁，星期六，2024年，5月浸涂法

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27頁，星期六，2024年，5月空氣噴涂法

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27頁，星期六，2024年，5月靜電噴涂

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，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27頁，星期六，2024年，5月電泳涂裝

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27頁，星期六，2024年，5月粉末涂裝

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。被噴涂的工件在固化爐中將粉層熔融、流平和固化，形成均勻的膜層。2）硫化床法是在容器內(nèi)裝一孔徑為0.4~0.8μm的多孔板，在板上的粉末由于板下的壓縮空氣通入而產(chǎn)生沸騰狀，加熱后的工件浸入沸騰的粉層而粘上粉末層，其厚度可根據(jù)工件浸入時(shí)間和工件預(yù)熱溫度來調(diào)整，然后再經(jīng)過烘烤進(jìn)行固化，形成平滑的膜層。第23頁,共27頁，星期六，2024年，5月5.6表面著色和染色

●金屬的著色是通過化學(xué)或電化學(xué)等處理方法,使金屬自身表面產(chǎn)生色調(diào)的變化并保持金屬光澤的工藝.

著色方法：①化學(xué)法：是利用溶液與金屬表面產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)生成氧化物、硫化物等有色化合物。②置換法：是溶液中金屬離子進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)并沉積在工件表面，形成有色薄膜。③熱處理法：是將工件置于一定環(huán)境氛圍中熱處理，使其表面形成具有適當(dāng)結(jié)構(gòu)和色彩的氧化膜。④電解法：是將工件置于一定的電解液中進(jìn)行電解處理，使工件表面形成多孔、無色的氧化膜，然后再進(jìn)行著色或染色處理，形成各種色彩的膜層。著色前處理：電鍍（鋼鐵）著色后處理：涂覆一層透明的保護(hù)膜

●金屬的染色是通過金屬表面的微孔或吸附作用和化學(xué)反應(yīng)將染料均勻涂覆在金屬表面，也可利用電解法使金屬離子與染料共同沉積在金屬表面形成色彩。第24頁,共27頁，星期六，2024年，5月銅的著色處理金屬顏色溶液備注銅黑色NaOH50g/L、K2SO510g/L古青銅色K2S10~50g/L仿金色Na2S2O3120g