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电 镀 与 喷 涂 基 础（讲义）金 陵 科 技 学 院 谌 康 焘概述：谈到电镀与喷涂，人们一定会对其中被加工的对象金属,表示很大的兴趣：什么是金属？金属有哪些特性？如何能起到保护和装饰产品表面的功效？怎样才能有效地利用金属达到这个目的呢？等等。其实，在我们的周围到处都有金属。我们的生活、工作、学习、娱乐等等，一刻也离不开它。然而，要说清楚金属的特性，以及在生产中如何利用它、发挥其最大的效益，就不一定那么容易了。尤其是对金属材料表面处理的机理及其工艺过程就更陌生了。为此，我们就针对这几个问题，结合具体工厂产品的情况作如下的简介：表面处理的分类与用途金属的特性及其电极电位金属的腐蚀与防护电化学腐蚀机理造型材料的表面处理和加饰： 金属的电镀与镀覆 塑料制品的表面被覆处理 铝及其合金的阳极氧化工艺与染色（氧化膜的封闭处理）不过，时代在前进，新材料、新技术、新工艺、新设备等，正在不断地出现。囿于眼下的条件所限，这里介绍的内容一定有许多不足的，敬请多多指教。1 表面处理的分类与用途 材料的表面处理是有目的地改变金属表面所具有的色彩、肌理、硬度及抗腐蚀能力等性质。实际上是通过对金属表面的化学的或电化学的反应转变成金属的氧化物或无机盐覆盖膜的过程。有的也就是在金属的外表面涂覆上一层被覆层或油漆，使制件表面得以与空气等介质隔离开来。材料的表面处理技术种类繁多，根据使用的方法不同大致上可分为五大类16种工艺：1 1电化学方法 此种方法的特点是利用电极反应，在制件表面上形成镀层。其中应用最广的工艺有：111电镀 当具有导电表面的制件与电解质溶液接触，并作为阴极，在外电流作用下，在其表面上形成与基体牢固结合的镀覆层的过程称为电镀。镀覆层可以是金属、合金、半导体以及含有各类固体微粒的镀层。如镀铜、镀铬、镀镍磷合金等。112阳极氧化 当具有导电表面的制件与电解质溶液接触，并作为阳极，在外电流作用下，在其表面上形成与基体牢固结合的氧化膜层的过程称为阳极氧化。如铝及铝合金的阳极氧化。12化学方法 此类方法的特点是在没有外电流通过的情况下，利用化学物质的相互作用，在制件的表面形成镀覆层。其主要工艺过程有：121化学镀 当具有一定催化作用的制件表面与电解质溶液相接触，在无外电流通过的情况下，利用化学物质还原作用，将有关物质沉积于制件表面并形成和基体结合牢固镀覆层的过程称为化学镀。如化学镀镍、化学镀铜等。122化学转化膜处理 当金属制件与电解质溶液相接触，在无外电流通过的情况下，利用电解质溶液中的化学物质和制件表面的相互作用，在表面上形成与基体牢固结合的镀覆层的过程称为化学转化处理。如铝的表面铬酸盐转化处理，锌的铬酸盐钝化，钢铁的磷化等。13热加工方法 此类方法的特点是利用高温条件下材料熔融或热扩散，在制件表面形成镀覆层其主要工艺方法有：131热浸镀 将金属制件浸入熔融金属中，使其表面上形成与基体牢固结合的金属镀覆层的过程称为热浸镀，如热浸锡等。132热喷镀 将熔融状态的金属雾化并连续喷射在制件表面上，形成与基体牢固结合的金属覆盖层的过程称为热喷镀，如热喷锌等。133热烫印 将各类金属箔在加温加压下覆盖于制件表面的过程称为热烫印，如烫印铝箔等。134化学热处理 将金属制件与化学渗剂物质相接触，在高温下使有关元素活化并渗入到制件表面层，再加以扩散，形成表面的化学渗层的过程称为化学热处理，如渗碳、渗氮、渗硫、渗硼、氰化（碳氮共渗）等。14高真空方法 此法是利用在高真空条件下材料被气化或受激离子化而形成镀覆层的过程，常见的工艺有：141真空蒸发镀 在高真空的容器中，将金属材料加热蒸发，并镀着在制件的表面上，形成与机体牢固结合的金属或非金属覆盖层的过程称为真空蒸发镀，简称为真空镀或蒸发镀 ，如真空镀铝，真空镀金等。142溅射镀 在高真空的容器中，在低气压下使离子在强电场作用下轰击膜料，使其表面原子逸出并沉积在制件的表面上形成薄膜的过程称为溅射镀，如溅射硅、溅射银等。143离子镀 在高真空的容器中，在低气压下利用蒸发源蒸出的粒子，经过辉光放电区部分电离，通过扩散及电场作用，沉积于制件表面形成与基体牢固结合镀覆层的过程称为离子镀，如镀氮化钛等。144化学气相镀 在低压下（有时在常压下），利用气态物质在固态表面上进行化学反应生成与基体结合良好的固体沉积层的过程称为化学气相镀。如气相沉积氧化硅、氮化硅等。145离子注入 在高电压下将不同离子注入工件表面以改变表面性质的过称称为离子注入，如注硼等。15其他物理方法 此类方法主要是利用机械的或化学的方法将有关的金属镀覆在制件表面上。属于这类的有：151冲击镀 利用机械冲击作用将金属镀覆在制件的表面并形成与基体牢固结合的镀覆层，如冲击镀锌等。152涂装 利用喷射、涂饰等方法将有机涂料涂覆在制件表面上并形成与基体牢固结合的涂覆层的过程称为涂装，如喷漆、涂漆等。153激光表面加工 利用激光对制件表面进行辐照，从而达到表面改变结构的过程称为激光表面加工，如激光淬火等。2金属的特性及其电极电位 材料是产品使用性能的载体、造型加工的对象。它的品种、数量和质量是衡量每个国家现代化程度的标志。材料、能源、信息也被称作发展现代社会生产的三大支柱。而且材料正是这一切的物资基础。眼下，世界上的材料超过40万种，每年以5的速度递增着。就在我们不经意度过的1小时之间，便又有2种新的材料问世了。但是每年因腐蚀而报废的金属设备和材料，约全年金属产量的2040，全世界每年因腐蚀损耗的金属达1亿吨以上。足见了解和研究腐蚀发生的原因及其防护方法，减轻腐蚀带来的损失，是具有十分重大意义的。 材料的分类方法较复杂。工业产品使用的材料按其化学组成而言，分成金属材料、高分子材料和陶瓷材料三大类。金属材料又分为黑色金属材料（钢、铁）和有色金属材料（铝、镁、铜、铅、稀土金属等）。工业造型用的有90便是金属材料，电镀与喷涂也主要是关于金属材料的使用与加工。除了金属材料的使用性能和工艺性能优良外，他们的来源较丰富更是其特点之一。在元素周期表已发现的元素中，有近80的元素是金属元素。我们生活、工作的周围，工程建筑中哪件离得开金属呢？因此，我们理应对金属的性能及其加工方法是要有所了解的。产品的出新和发展，客户的好评有许多也是关于这些的。那么，金属都有哪些特性呢？什么是金属的电极电位呢？21金属的特性： 金属具有耀眼的金属光泽；金属大多是良导体（导热、导电）；金属多有良好的塑性；金属有正的电阻温度系数；金属大都是晶体（晶体有固定的熔点，晶体有各向异性，部分晶体有同素异晶转变）当然，晶体与非晶体在一定的条件下是可以相互转化的。例如，玻璃经高温长时间加热后能转变为微晶玻璃；液态金属若急速冷却下来（107 /sec），也可获得非晶态金属（非晶态金属具有高强度及韧性等一系列突出的性能）。 金属的这些特性主要源于金属原子的最外层电子都较容易离开本原子的范围，变成整体金属共有的自由电子（又称为电子云，或电子气）。而失去最外层电子的原子变成了正离子，靠着此电子云形成的结合力，使整体金属结合成一体（这种结合力即所谓的金属键）。金属的许多特性都可以由金属具有金属键的缘故得以解释的。（除铋、锑、锗、镓等金属为共价键结合外。）例如金属中的自由电子在外电场作用下 ，会沿着电场方向作定向运动，形成电流，从而显示出良好的导电性。而其他的靠离子键和共价键结合的非金属晶体，因为没有自由电子存在，所以就没有这种良好的导电性。又如，自由电子的流动会受到不停地作热振动的正离子的阻碍，表现为金属具有电阻；而且随着温度的升高，正离子振动的振幅要增大，阻碍自由电子运动的阻力也增大，从而表现为金属具有正的电阻温度系数；自由电子的运动和正离子的振动，也是金属具有良好传热性的原因。再如，当金属受外力作用发生塑性变形时，晶体中原子会产生较大的位移，而他们的电子气却始终没让他们分离，即使变形为金箔片那么薄、比头发丝还细的丝，金属键还是紧紧地将他们结合在一起。宏观上就表现为金属是具有良好的塑性。当我们用光线照射金属材料时，金属晶体中的自由电子要吸收可见光的能量，所以金属具有不透明性。吸收能量后的最外层电子跳到较高能级层运动。此时的电子处于亚稳定状态，它有向低能级转变的自发倾向。当它重新跳回到原来低能级时，便会以光子的形式，放出一定能量的电磁波来。因此，我们便会看到非常耀眼的金属光泽了。黑暗中人们是见不到金属光泽的。22金属的电极电位： 金属晶格是由整齐地排列着的金属正离子及其在其间流动着的电子（电子气）组成的。若将一种金属浸入电解质溶液中，金属表面的金属离子，由于水的极性分子的作用，将发生水化。如果水化时所产生的水化能足以克服金属晶格中金属离子与电子间的引力，则一些金属离子即将脱离下来，进入与金属表面相接触的液层中形成水化离子。金属晶体的电子气由于被水分子的电子壳层的负电荷所排斥，则不能进行水化转入溶液，依然留在金属表面上。此过程可简化为如下的式子：Me+e + nH2O Me+ * nH2O + e 金属晶格 在溶液中 在金属上随着金属离子水化而转入溶液和过剩的电子在金属上的积累，在金属表面溶液界面上这两种相反的电荷将使逆过程金属离子由溶液回到金属表面上与电子结合的速度逐渐增加，此正逆过程的速度相等时，金属水化离子就聚集在荷负电的金属表面的液层中，这样就在金属溶液界面上形成了所谓“双电层”。这个双电层与平行的电容器很相似，它的一个板上荷负电而一个板上荷正电。许多负电性的金属（锌、镉、汞、镁、铁）浸入水中或酸、碱、盐的溶液中，就形成这种“双电层”。金属溶液界面上的双电层的建立，使得金属与溶液间产生电位差，这种电位差称之为电极电位。（国际上把电极电位定义为：给定电极与标准电极所组成电池的电动势。）金属电极电位的大小，是由双电层上金属表面的电荷密度（单位面积上的电荷数）决定的。它与金属晶格的结构、金属表面状态、温度以及溶液中的金属离子的浓度等有关。金属电极电位表征着在金属溶液界面间的电极过程建立了平衡。电极平衡之后，就有一个不变的电位值。此电位通常称为平衡电位。如果在双电层中金属上的过剩电子或溶液中的金属离子被利用以进行别的反应，这上述平衡被破坏，而不断地向右方向移动，结果金属继续溶解。下列表中列出了一些重要金属的标准电极电位（即金属电动序）。表1. 金属在25时的标准电极电位（v）金属电极电极电位金属电极电极电位Li (锂) -Li+e-3.02In (铟) -In3+3e-0.34Cs（铯）-Cs+e-3.02Tl (铊) -Tl+e-0.336Rb（铷）-Rb+e-2.99Co (钴) -Co2+e-0.227K （钾）-K+e-2.92Ni (镍) -Ni2+2e-0.25Sr（锶）-Sr2+2e-2.89Sn (锡) -Sn2+2e-0.136Ca（钙）-Ca2+2e-2.87Pb (铅) -Pb2+2e-0.126Na（钠）-Na+e-2.71Fe (铁) -Fe3+3e-0.036La（镧）-La3+3e-2.83H2 (氢) -2H+2e0.000Mg（镁）-Mg2+2e-2.34Cu (铜) -Cu2+2e+0.345Ti（钛）-Ti2+2e-1.75Cu (铜) -Cu+e+0.522Be（铍）-Be2+2e-1.702Hg (汞) -Hg22+2e+0.798Al（铝）-Al3+3e-1.67Ag (银) -Ag+e+0.799Mn（锰）-Mn2+2e-1.05Pd (钯) -Pd2+2e+0.83Zn（锌）-Zn2+2e-0.762Hg (汞) -Hg2+2e+0.854Cr（铬）-Cr3+3e-0.71Pt (铂) -Pt2+2e+1.2Ga（镓）-Ga3+3e-0.52Au (金) -Au3+3e+1.42Fe（铁）-Fe2+2e-0.44Au (金) -Au+e+1.68Cd（镉）-Cd2+2e-0.40电极电位是衡量金属溶解变成金属离子转入溶液的趋势，负电性愈强的金属，它的离子转入溶液的趋势愈大。如果将一种金属浸入于另一种具有电位较正的金属的盐溶液中，则浸入的金属将转入溶液中，并将电位较正的金属离子取代，使后者析出在浸入的金属上面， 电极电位随离子价数和浓度而变化。例如，在钢的容器中倒入CuSO4或别的铜盐溶液，则钢容器内壁部分的铁原子将形成离子转入溶液而受到腐蚀，而铜则于容器壁上析出：Fe + Cu2+ Cu + Fe2+金属与电解质溶液接触经过一定的时间之后，可以获得一个稳定的电位值，这个电位值通常称之为腐蚀电位，又叫做自然电位。金属的腐蚀电位与很多因素有关，与溶液的成分、浓度、温度、搅拌情况以及金属的表面状态等。因此，在研究具体的金属腐蚀过程时，必须进行金属腐蚀电位的测定。3金属的腐蚀与防护31腐蚀机理金属与环境组分发生化学反应而引起的表面破坏称为金属腐蚀。腐蚀主要是化学过程。可以把腐蚀过程分为两种可能的主要机理化学机理和电化学机理。化学腐蚀是根据化学的多相反应机理，金属表面的原子直接与反应物（如氧、水、酸）的分子相互作用，金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的，电子从金属原子直接转移到接受体，而不是在时间或空间上分开独立进行的共轭电化学反应。（金属与不导电的液体非电解质、或干燥气体相互作用是化学腐蚀的实例。）最重要的化学腐蚀形式是气体腐蚀，也就是金属的氧化过程（与氧化反应），或者是金属与活性气体介质（如SO2，HS，卤素，蒸汽和CO2等）在高温下的化学作用。电化学腐蚀机理与纯化学腐蚀机理的基本区别是：电化学腐蚀时，介质与金属的相互作用被分为两个独立的共轭反应。阳极过程是金属原子直接转移到溶液中，形成水合金金属离子或溶剂化金属离子。另一个共轭的阴极过程是留在金属内的过量电子被溶液中的电子接受体或去极化剂所接受而发生还原反应。（图.1.）也就是说,电化学腐蚀中金属的腐蚀是由氧化反应和还原反应组成的腐蚀原电池过程。根据阳极与阴极的大小及肉眼的可分辨性,腐蚀电池分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池(腐蚀微电池)。 宏观腐蚀电池 指电极的极性可用肉眼分辨出来。一般的电耦腐蚀或双金属腐蚀时，两种不同的金属浸在腐蚀性或导电性的溶液中，由于两种金属存在电位差（电极电位差），两金属连接而构成宏观腐蚀电池（图.2.）在腐蚀电池中共轭电化学反应为: (溶液为HCl) H+Cl-H2H2Fe2+ 电解质溶液 Zn2+ H H Zn2+ Zn2+e H+ H+ e e e e e H2H+H+H+ e 阴极 阳极 (-) (+) H+H+ Cu （K） Zn (A) 图.1.铁的电化学腐蚀 图.2. 腐蚀原池 阳极: Zn Zn2+ + 2e 阴极: 2H+ + 2e H2 还有一种情况,同类金属浸于同一种电解质溶液中,由于溶液的浓度温度或不同区域里含氧量不同而构成浓差、温差或氧浓差腐蚀电池。在氧浓差电池中，位于高氧浓度区域的金属为阴极，位于低氧浓度区域的金属为阳极。阳极区金属将被溶解腐蚀，而阴极区发生氧化的去极化反应：O2 + 2H2O + 4e OH-在大气和土壤中金属的生锈，船舶的水线腐蚀等都属于氧浓度差电池腐蚀。 微观腐蚀电池 微观腐蚀电池是使用肉眼难以分辨出电极的极性，但存在氧化和还原反应过程的原电池。在金属表面，只要存在电化学不均匀性区域，就会发生微电池腐蚀过程。这种电化学不均匀性包括：金属化学成分不均匀性，金属组织的不均匀性和金属表面物理化学状态不均匀性等。32表面膜的形成及作用如果将一片银（Ag）放入盛有碘（I2）蒸汽的玻璃容器内，就可以发现银片表面的颜色逐渐由黄色经浅绿色最后变成褐色。此后从银片外表上看不出明显的变化，反应几乎停止。实际上，当Ag与I2作用的最初，在银的表面上生成了一层薄的AgI薄膜，随着这层薄膜的增厚，发生不同程度的光的干扰，也表现出不同程度的颜色。当膜的厚度一定时，颜色也就不再改变了。若这层膜很紧密，它就能将金属（Ag）与介质（I2）隔离开来，他们间的反应速度便会大大地变低，甚至停止进行。象这样一层由腐蚀产物组成的能将金属表面遮盖起来的降低金属腐蚀速度的薄膜就是表面保护膜。很多金属在空气中与氧作用，也能在金属表面上形成一层氧化物薄膜。这层膜的厚度取决于金属的性质、表面状态、氧化温度和介质的组成。常温下形成的薄膜非常薄，不致影响金属的光泽。例如在铁和铜表面上所形成的膜其厚度为1030（angstrom埃，1=10-8cm），在铝的表面上膜厚约为50 。按照膜的厚度可将金属表面膜分成为三类： 1 薄膜，看不见的，膜厚5000化学腐蚀是金属与介质直接起化学作用的结果，其产物首先在金属表面生成，即表面膜。表面膜的性质（完整性、可塑性、与金属的附着力等）对于化学腐蚀速度有直接影响。 当金属与气体介质接触时，首先，气体分子被吸附在金属表面上。有的简单气体分子（例如O2）进一步分解成原子，再与金属作用生成相应的化合物。最初，是生成一层单分子层的化合物，若金属原子和介质原子都不能透过这一单分子层，那么金属与介质就被隔离开来，他们的相互作用便会停止。但实际上，金属表面所形成的膜没有达到一定厚度以前，金属的原子和介质的原子都能透过这一层表面膜，因此它不能阻止金属与介质相互作用。33防止气体腐蚀的方法 防止钢铁被气体腐蚀的主要方法有三种：1 在钢铁中加入某些合金元素，通过合金化来提高其抗氧化的能力。改善铁在空气中的抗氧化性的最有效元素是铬（Cr）、铝（Al）及硅（Si），因为这几种元素的氧化物富集在接近金属的表面一层，他们的性能比氧化铁好的多，能阻碍金属原子向外扩散，从而提高了金属的热稳定性。加入其他少量合金元素，改变氧化物中的空穴数目，降低金属离子扩散的速度，从而达到提高抗高温氧化的能力。2 改变介质（气相）的成分应用保护气体，以降低气体介质的浸蚀性，如金属热处理中的气体保护加热方法和化学热处理方法。3 应用保护性覆盖层，以防止气体介质与底层金属直接接触。常用的方法是热扩散法，让某种金属渗入到钢铁制件的表面，以形成稳定的合金层。此种方法又称之为表面合金化，如渗铝、渗硅、渗铬以及铬铝共渗、铬铝硅共渗等方法。此外，还有将金属表面涂上或者用氧炔焰、等离子喷涂的方法喷上一层耐热的氧化物、碳化物、硼化物，使其表面形成一层具有抗高温性能的陶瓷覆盖层。在较低温度下，可用硅涂料或含铝粉的硅涂料，直接涂刷在金属的表面上。对于较高温度，就用金属陶瓷或纯陶瓷的覆盖层才行。表.2.列举了几种覆盖层及其使用的温度: 表.2. 抗高温氧化的保护层覆 盖 层使用的最高温度()硅涂料300含铝粉的硅涂料500Al-Al2O3900Ni-Al2O31800Ni-MgO1800SiO21710Cr2O31900Al2O32000ZrO3270034电化学保护法 电化学保护的实质在于把要保护的金属结构通以电流使其进行极化，如果在能导电的介质中将金属联结到直流电源的负极，通以电流，它便进行阴极极化，这种方法叫做阴极保护。另一种方法是把金属联接到电源的正极上，通以电流，使它进行阳极极化，此时如果引起金属发生钝化，金属溶解就急剧减少，此种方法就叫做阳极保护。 阳极保护只是对于那些在氧化性的介质中可能发生钝化的金属，才有良好的效果，因而它的应用受到较大的限制。但是阴极保护就没那么多限制，它的应用就非常广泛。阴极保护可以通过下列两种电化学保护法来实现: 利用外加电流，使被保护的金属结构的整个表面变成阴极，这就是外加电流的阴极保护，图.3.； 在要保护的金属设备上联接一种电位更负的金属或合金，这就叫做牺牲阳极的阴极保护（又称保护器保护），图.4.。 直流电源 海水 - + 海水 钢铁 不溶性 牺牲阳极 电流通过 辅助阳极 电流通过 钢铁 电解质溶液 电解质溶液 图.3. 外加电流的阴极保护 图.4. 牺牲阳极的阴极保护4造型材料的表面处理和加饰 电镀、油漆、真空镀等是许多产品表面处理和表面装饰重要的通用技术。它不仅能使产品的质量和外观达到美观、新颖和耐用，而且对一些有特殊要求的工业产品还能起到修复或赋予耐蚀、导电、易焊、反光、耐磨、耐高温等特殊功能的效果。整个过程一般由预处理和表面精饰处理两大部分组成。41预处理 预处理包括研磨、抛光、除油和除锈等过程。411研磨、抛光 研磨和机械抛光是对金属制品表面作整平处理的机械加工过程。通过研磨、抛光可除去表面上的毛刺、砂眼、气泡、焊疤、划痕、腐蚀痕、氧化皮和各种宏观缺陷，提高表面的平整度，降低粗糙度以保证精饰的质量。一些有色金属及其合金经研磨后有时还要再进行机械抛光，以进一步降低表面粗糙度，增加镀覆层的光泽和外观质量。机械抛光也常用在电镀后对镀层的精加工。 研磨是在粘有磨料的磨轮上进行的，机械抛光是在涂有抛光膏的抛光轮上进行。其效果与质量取决于所用的磨料和轮子的刚性及其圆周线速度（研磨时一般为1030 m/s，抛光时为1535 m/s）。研磨用较硬的轮子，磨轮的弹性愈小，圆周线速度愈大则研磨速度也愈快、其表面粗糙度也愈低；抛光用软轮子，其圆周线速度比研磨时稍高。粗抛时用较高的圆周线速度，精抛时用较低的圆周线速度。抛光较硬材料所用的圆周线速度应比抛光较软材料时为高。(见表3.)表3。研磨常用磨料及其特性磨料名称成 分物 理 性 质用途莫氏硬度韧性结构形状外 观人造金刚砂（碳化硅）SiC92脆尖锐紫黑闪光晶粒磨光生铁、黄铜、青铜、锌锡等脆性、低强度材料人造刚玉Al2O390较韧较圆洁白至灰暗晶体磨光可锻铸铁、锰青铜等韧性高强度材料天然刚玉（金刚砂）Al2O3、Fe2O3及杂质78韧圆粒灰红至黑色砂粒磨光一切金属硅藻土SiO2及杂质67韧较尖锐白色至灰红色粉末磨光黄铜铝等较软金属及其合金浮石6松脆无定形灰黄海绵状或粉末状磨光及抛光软金属、木材、玻璃、塑料、皮革等石英砂SiO2及杂质7韧较圆白色至黄色砂粒磨光、滚光、喷砂等铁丹Fe2O3及杂质67黄色至黑红色细粉磨光、抛光钢、铁、铅等材料 磨料按其颗粒尺寸分为磨粒、磨粉、微粉和超精微粉四组。磨料颗粒尺寸以磨料粒度号码来标志(见表.4.)：412除油 为保证金属表面精饰产品有良好的质量和镀层、涂覆层与基体金属的牢固结合，必须在加工过程前先去除零件表面上的油污。 油脂分为皂化性油脂（如动植物油能与碱发生皂化反应，生成可溶于水的肥皂）和非皂化性油脂（例如不能与碱发生皂化反应的矿物油）。 表4。磨料粒度号及尺寸种类粒度号基本颗粒尺寸范围（m）种类粒度号基本颗粒尺寸范围（m）磨 粒8#31502500微粉W40402810#25002000W28282012#20001600W20201414#16001250W14141016#12501000W1010720#1000800 W77524#800630 W553.530#630500 超 精 微 粉 W3.53.52.536#500400 W2.52.51.546#400315 W1.51.5160#315250 W110.570#250200 W0.50.5更细80#200160磨粉100#160125120#125100150#10080180#8063240#6350280#5040 除油方法可分为有机溶剂除油法和化学除油法（低温除油和电化学除油）等。若在上述各除油法的同时使用超声波场时，则除油的效果更好。 常用除油的有机溶剂有：汽油、酒精、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、二氯甲烷、四氯甲烷、三氯乙烷、三氯乙烯、全氯乙烯等。用有机溶剂除油的方法是：浸洗法、喷淋法、蒸气洗法以及联合处理法。 化学除油法是利用碱溶液对皂化性油脂的皂化作用和表面活性物质对非皂化性油脂的乳化作用，除去工件表面上的各种油污（例如用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、水玻璃、乳化剂及络合物等）。 钢铁制品化学除油工艺见表5.所列：表5。钢铁制品化学除油配方及工艺条件配方成分（g/L）及工艺条件12氢氧化钠（NaOH）40603050碳酸钠（Na2CO3）20302030磷酸三钠（Na3PO412H2O）50704060水玻璃(Na2SiO3)510510OP-10乳化剂13温度()80908090时间至油除净至油除净413除锈 除去金属制品表面锈层的方法有机械法、化学法和电化学法三类：机械法除锈是对表面锈层进行喷砂、研磨、滚光或擦光等机械处理，在制品表面得到整平的同时除去表面的锈层。化学除锈法是用酸或碱溶液对金属制品进行强浸蚀处理，使制品表面的锈层通过化学作用和浸蚀过程所产生氢气泡的机械剥离作用而被除去。电化学法除锈是在酸或碱溶液中对金属制品进行阴极或阳极处理除去锈层。阳极除锈是由于化学溶解，电化学溶解和电极反应析出的氧气泡的机械剥落作用。阴极除锈是由于化学溶解和阴极析出氢气的机械剥落作用。一般钢铁制品的化学浸蚀配方及工艺条件见表6.所列: 表6. 一般钢铁制品的化学浸蚀配方及工艺条件配方成分（g/L）1234硫酸（H2SO4）150250100200150250盐酸（HCl）100200200350氯化钠（NaCl）100200若丁051051051温度（）507540604060室温时间至锈除尽至锈除尽至锈除尽至锈除尽42 金属的电镀与镀覆411镀铬镀铬按其用途可分为防护装饰性镀铬和耐磨镀铬两大类，前者的目的是防止基体金属生锈和美化产品外观，后者主要是为了提高机械零件表面的硬度、耐磨性和耐温性等。铬是略带兰色的银白色金属，在大气中具有强烈钝化能力，能长久保持光泽，在表面防护装饰中使用较广。镀铬层的硬度为HV1000左右（略为HRc69），较硬、耐磨。在空气中加热到500时其外观及硬度仍没明显变化。铬层的反光能力强，仅次于银的镀层。铬层厚度超过20m时对基体才有保护作用，但一些防护装饰性镀铬（如塑料制品）的镀层常只需要0.250.3m。铬层平滑，光亮美观，防护装饰性镀铬大量应用于汽车、摩托车、自行车、缝纫机、钟表、家用电器、医疗器械、仪器仪表、家具、办公用品及日用五金等产品。铬的标准电位比铁负，但由于铬具有强烈钝化作用其电位变得比铁正，因此铬层对钢铁件是属于阴极保护作用。普通镀铬溶液由铬酸酐（CrO3）和硫酸（H2SO4）配制成的, 此镀铬溶液在工业生产中使用最为普遍，被称作“普通镀铬溶液”，或“Sargent” 镀铬溶液。目前生产上还有黑铬溶液和三价铬镀铬溶液。后者比较成熟的工艺是国外作为专利商品出售的。（此外还有复合镀铬溶液、自动调节高速镀铬溶液、四铬酸盐镀铬溶液等。）普通镀铬溶液的组成及工艺条件见表7.所示：镀铬溶液应以镀铬槽的容积计算，配制出所需的化学药品。调配时，槽内先放入2/3的去离子水，加温至50。然后再加入铬酸酐和催化剂（工业铬酸酐常含有0.4的硫酸应计算在内），溶解铬酸酐时可将铬酸酐盛入有小孔的塑料篮内，浸入铬槽水中经不断地搅拌下使其溶解。新配的镀铬溶液必须进行电解后才能转入正常的生产。其条件为：阴极面积阳极面积=1/5，阴极电流密度510A/d2，温度5060。最后经取样分析、校正后即可试镀。 表7.普通镀铬溶液的组成及工艺条件普 通 镀 铬 溶 液（g/L）低浓度中等浓度高浓度铬酸酐（CrO3）150180250280300350硫酸（H2SO4）151.82.52.83.03.5温度（）556048534855电流密度（A/d2）305015301535镀液用途防护装饰性铬、耐磨铬防护装饰性铬、耐磨铬防护装饰性铬电镀时间依据镀件要求的铬层厚度而定1一般防护装饰性镀铬钢铁、锌合金及铝合金镀铬必须采用多镀层体系，如铜/镍/铬、镍/铜/镍/铬、半亮镍/光亮镍/铬、三层镍/铬、低锡青铜/铬等。铜和铜合金的防护装饰性镀铬，可在抛光后直接镀铬，但大多数是在镀光亮镍后进行镀铬，可更耐腐蚀。各种基体金属防护装饰性镀铬的主要工艺流程是： 钢铁零件 铜/镍/铬化学去油水洗阳极电解去油水洗浸酸水洗 水洗 光亮镍 水洗 光亮酸铜水洗- 镀铬水洗干燥 闪镀氰化铜 水洗镀铬水洗干燥 光亮镍水洗周期换向氰化镀铜水洗 多层镍/铬 化学去油水洗阳极电解去油水洗阴极电解去油水洗- 干燥水洗镀铬水洗光亮镍回收 半亮镍 干燥水洗镀铬水洗光亮镍高硫冲击回收 锌合金 弱碱化学去油水洗浸稀氢氟酸水洗阴极电解去油水洗 光亮镍水洗周期换向氰化镀铜水洗闪镀氰化铜 水洗镀铬水洗干燥 铝和铝合金弱碱化学去油水洗阴极电解去油水洗一次浸锌溶解锌层 -光亮镀铜水洗闪镀氰化铜水洗二次浸锌 水洗水洗光亮镍水洗镀铬水洗干燥2 滚镀铬 滚镀铬是将体积较小、数量较多，又难以悬挂的零件进行防护装饰性镀铬的方法。它可以提高生产率、减轻劳动强度，但只适用于自重较大、形状简单的镀件。对扁平片状、自重较轻以及外观质量要求较高的零件则不适用。（如图5.所示）： 图5. 离心式滚镀铬装置示意图 1-阳极电刷；2-上平台；3-密封圈；4-阳极；5-滚筒； 6-密封塞；7-阴极电刷；8-齿轮；9-下平台；10-出料装置； 11-平台转动皮带轮；12-筒体转动皮带轮3 其他镀铬 其他镀铬方法还有“高耐蚀性防护装饰性镀铬”、“镀耐磨铬”、镀松孔铬“等等。（从略）412 镀铜 铜具有良好的导电性和导热性，较软（HV150220之间），易于抛光。铜层的化学稳定性较差，除特殊的外观和化学热处理要求外，一般不单独用作表面装饰性的镀层。 目前钢铁零件上多层电镀工艺中，镀覆第一层铜时多用有剧毒的氰化镀铜液（由CuCN、NaCN、NaOH、NaCO3、NaKC4H4O6氰化亚铜、氰化钠、氢氧化钠、碳酸钠、酒石酸钾钠等组成），它主要含有Cu（CN）32和游离的CN等离子，因而电镀时的极化很大,所获得的镀层结晶细致，镀液的分散能力和覆盖能力也很好。镀液呈碱性，去油能力好,可直接用于钢铁零件及锌制品的镀铜，获得较良好结合力的镀层。 非氰镀铜液较多使用的是酸性硫酸盐镀铜液。在酸性硫酸盐镀中加入添加剂可促使镀液改善性能直接获得镜面光泽的铜镀层。413 镀锌 锌是一种银白色的金属。锌镀层大多镀覆于钢铁制品的表面，经钝化后在空气中几乎不发生变化，在汽油或含二氧化碳的潮湿水气中也有很好的防锈蚀能力。这是由于钝化膜紧密细致、锌镀层表面生成的碱式碳酸盐的保护作用。锌的电极电位为（Zn2+/Zn ） E0=0.76,比铁的电位负(Fe2+/Fe) E0=0.44,所以在形成原电池时,锌镀层是阳极,它会自身溶解而起到了保护钢铁基体的作用。人们称锌镀层为“阳极性镀层”。 锌镀层对铁基体既有机械保护作用，又有电化学保护作用，所以，其抗蚀性能相当优良。 锌镀层钝化后，通常因钝化液不同而得到不同色彩的钝化膜或白色钝化膜。彩虹色钝化膜的抗蚀性比无色钝化膜的高五倍以上。因为彩虹色钝化膜比白色钝化膜厚；即使彩膜被划伤时，在潮湿空气中，擦伤部位附近的钝化膜可以进行“再钝化”作用，修补了损伤，所以镀锌多采用彩虹色钝化膜。白膜镀层多用在日用五金、建筑五金等需要有白色均匀表面的制品。此外，还有黑色、军绿色钝化等 ，工业上也有用到。 锌是既溶于酸又溶于碱的两性金属，锌镀层在酸，碱溶液中溶解较慢。锌镀层较软，对人体有害，所以不宜在食品工业上使用。锌镀层经特种处理后可染上各种颜色作装饰用。镀锌成本较低，其厚度视镀件的要求而异。一般镀层不低于5m，普通在612m，恶劣环境条件才超过20m。 镀锌具有成本低、抗蚀性好、美观和耐贮存等优点，所以在轻工、仪表、机电、农机和国防等工业中被广泛应用。在钢铁零件上用镀锌的防护性镀层，其量占到全部电镀零件的1/3至1/2，是电镀产品中产量最大的一种。 镀锌溶液分为碱性、中性和弱酸性三类。其中碱性的氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、硫酸盐镀锌；中性的氯化物镀锌最为常用。 将锌镀层放入以铬酸酐为主组成的溶液中进行化学处理，使其表面生成一层铬酸盐薄膜的工艺过程称为钝化。钝化膜可呈现不同的色彩起到装饰的作用；也可以提高锌镀层的抗蚀能力，延长贮存和使用寿命。钝化后再进行抛光，形成光亮的表面。414 镀镍 镍是白色微黄的金属，具有铁磁性。通常其表面上有一层钝化膜，因而在常温下对水和空气都是稳定的。易溶于稀酸,在稀硫酸和稀盐酸中比在稀硝酸中溶解的慢；在发烟硝酸中呈钝态。镍与强碱不发生作用。 镍的电极电位（Ni2+/Ni） E0= -0.25 v ,比铁的电位正。镍的表面钝化后，其电极电位更正，因而铁基体上的镍镀层是阴极镀层。镀镍的应用面很广，分为防护装饰性和功能性两类。 镍可镀覆在低碳钢、锌铸件、铝合金、铜合金表面上保护基体材料不受腐蚀，通过抛光暗镍镀层或直接镀光亮镍的方法获得光亮的镀层，达到装饰的目的。有时再往上镀一层薄的铬，使其抗蚀性更好，外观更美。也有在光亮镍镀层上镀一层金，或镀一层薄的仿金层，再覆以透明的有机覆盖层，获得金色的装饰层。塑料经处理后也可镀镍，使塑料零件金属化，既美又轻。自行车、缝纫机、钟表、家电、日用五金产品、仪表、汽车、摩拖车、照相机等零件均用镍镀层作为防护装饰性镀层。在被磨损、被腐蚀的零件表面,或加工过度的零件表面上修复电镀一层镍镀层(或刷镀)的功能性镀镍。例如，对易磨损轴类零件的修复就常用此法。 大多数的镀镍溶液都是以瓦特型镀镍溶液为基础的： 硫酸镍 （NiSO47H2O） 240 g/L 氯化镍 (NiCl76H2O) 20 g/L (也有用氯化钠替代的) 硼酸 (H3BO3) 20 g/L42塑料制品的表面被覆处理 塑料制品的表面处理包括涂层被覆处理和镀层被覆处理。一般塑料的结晶度较大，极性小或无极性，表面能低，这会影响涂层被覆的附着力。塑料是绝缘体，不能按一般电镀工艺直接在表面上进行镀层被覆，必须先进行前处理，以提高涂层被覆的结合力，为镀层被覆提供具有良好结合力的导电底层。421塑料制品的表面前处理 前处理包括塑料表面的除油处理（即清洗表面的油污和脱模剂）和塑料表的活化处理。1. 塑料制品