第四章钢铁材料的表面处理

1、第四章第四章 钢铁材料的表面处理钢铁材料的表面处理材料成型基础材料成型基础化学镀化学镀l 定义：在经定义：在经活化处理活化处理的基体表面上，的基体表面上，镀液中镀液中金属离子被催化还原形成金属镀层的过程。金属离子被催化还原形成金属镀层的过程。l 原理：依据原理：依据氧化还原氧化还原反应原理，利用反应原理，利用强还原强还原剂剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子在含有金属离子的溶液中，将金属离子还还原原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。层的方法。化学镀镍及其原理化学镀镍及其原理l 定义定义：利用化学镀的原理，在镀件表面镀上一层致密的金属镍层的方法。也

2、叫Ni-P化学镀。l 原理原理（原子氢态理论） H2PO2-+ H2O = HPO32-+ H+ 2H （次磷酸根） （亚磷酸根） Ni2+ +2H = Ni + 2H+ H2PO2-+ H = P + H2O + OH-化学镀镍的装置示意图化学镀镍的装置示意图化学镀镍及其原理化学镀镍及其原理1水浴水浴2烧杯烧杯3试样试样4温度计温度计5化学镀液化学镀液6电阻加热器电阻加热器化学镀镍及其原理化学镀镍及其原理表一、镀液化学镀镍特点化学镀镍特点镀层性能（镀层性能（Ni-PNi-P）厚度均匀、表面光滑厚度均匀、表面光滑硬度高硬度高、附着力好附着力好抗腐蚀性好抗腐蚀性好钎焊钎焊镀镍产品镀镍产品 镀镍产

3、品镀镍产品电镀及原理电镀及原理 在盛有电镀液的镀在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的负极极分别与直流电源的负极和正极联接。电镀液由含和正极联接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、电的盐类、缓冲剂、pHpH调调节剂和添加剂等水溶液组节剂和添加剂等水溶液组成。通电后，阳极的金属成。通电后，阳极的金属会氧化（失去电子），电会氧化（失去电子），电镀液中的金属离子，在电镀液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极位差的作用下移动到阴极上形

4、成镀层。上形成镀层。电镀要素电镀要素 材料要求：材料要求：镀层大多是单一金属或合金，镀层大多是单一金属或合金，如钛、锌、镉、金或黄铜、青铜等；也如钛、锌、镉、金或黄铜、青铜等；也有弥散层，如镍有弥散层，如镍-碳化硅、镍碳化硅、镍-氟化石墨等；氟化石墨等；还有覆合层，如钢上的铜还有覆合层，如钢上的铜-镍镍-铬层、钢上铬层、钢上的银的银-铟层等。铟层等。电镀的基体材料电镀的基体材料除铁基的除铁基的铸铁、钢和不锈钢等金属外，还有非铁铸铁、钢和不锈钢等金属外，还有非铁金属或金属或ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料电镀前，必须经过特殊的活料，但塑料电镀前，必须经过特殊的

5、活化和敏化处理。化和敏化处理。 电镀要素：电镀要素：电镀的要素：电镀的要素： 1.阴极：被镀物，指各种接插件端子阴极：被镀物，指各种接插件端子 2.阳极：若是可溶性阳极，则为欲镀金属。阳极：若是可溶性阳极，则为欲镀金属。若是不可溶性阳极，大部分为贵金属（白若是不可溶性阳极，大部分为贵金属（白金，氧化铱）金，氧化铱） 3.电镀液：含有欲镀金属离子的电镀液电镀液：含有欲镀金属离子的电镀液 4.电镀槽：可承受，储存电镀药水的槽体，电镀槽：可承受，储存电镀药水的槽体，一般考虑强度，耐蚀，耐温等因素一般考虑强度，耐蚀，耐温等因素 5.整流器：提供直流电源的设备整流器：提供直流电源的设备 电镀工艺一般包括

6、电镀前预处理，电电镀工艺一般包括电镀前预处理，电镀及镀后处理三个阶段。基本工艺流程图如下镀及镀后处理三个阶段。基本工艺流程图如下所示：所示：产品产品 工件工件除油除油 酸浸酸浸 清洗清洗 清洗清洗 电解除油电解除油清洗清洗 电镀电镀 清洗清洗处理处理/ /烘干烘干电镀种类电镀种类 镀镍镀镍镀锌镀锌镀锡镀锡镀金镀金镀铜镀铜镀银镀银镀铬镀铬合金电镀合金电镀复合电镀复合电镀种类种类 电镀的优缺点电镀的优缺点电镀的优点电镀的优点 电镀最大的优点是成本较低电镀最大的优点是成本较低、使用的靶材、使用的靶材少。利用电解作用在机械制品上沉积出附着良少。利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料

7、不同的金属覆层的技好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术，电镀层比热浸层均匀，术，电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，一般都较薄，从几从几个微米到几十微米不等。通过电镀，可以在机个微米到几十微米不等。通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，还可以层，还可以修复磨损和加工失误的修复磨损和加工失误的工件。工件。电镀的缺点 电镀的缺点首先是是电镀的缺点首先是是污染污染问题问题：当镀液加温较高时，当镀液加温较高时，镀液会加速蒸发和分解，气镀液会加速蒸发和分解，气 雾中有高浓度的溶质成雾中有高浓度的溶质成分。这时会严重污染环境，尤其是酸、碱气

8、雾，氰化分。这时会严重污染环境，尤其是酸、碱气雾，氰化物和铬雾对环境的影响和人体危害会更大；镀液处理物和铬雾对环境的影响和人体危害会更大；镀液处理过程中若不加以注意，则镀液的损耗量是相当大的；过程中若不加以注意，则镀液的损耗量是相当大的；电镀槽或加温电镀槽或加温( (冷却冷却) )管渗漏往往也会造成严重污染。管渗漏往往也会造成严重污染。 另外，电镀过程中常常会造成另外，电镀过程中常常会造成不连续水膜不连续水膜（表面（表面被污染所引起的不均匀润湿性，使表面上的水膜变的被污染所引起的不均匀润湿性，使表面上的水膜变的不连续）、不连续）、孔隙、针孔、起皮、剥离、海绵状镀层、孔隙、针孔、起皮、剥离、海绵

9、状镀层、烧焦镀层、麻点烧焦镀层、麻点（在电镀或腐蚀中，与金属表面上形（在电镀或腐蚀中，与金属表面上形成的小坑或小孔）等。成的小坑或小孔）等。 热浸镀简称热镀，是把被镀金属件浸入到熔热浸镀简称热镀，是把被镀金属件浸入到熔融的金属或合金液体中使其表面形成金属镀层的一融的金属或合金液体中使其表面形成金属镀层的一种工艺方法。种工艺方法。 镀层材料镀层材料的金属或合金的的金属或合金的熔点熔点要比基体金属要比基体金属低低得多，故热镀层金属都采用低熔点的金属及其合金，得多，故热镀层金属都采用低熔点的金属及其合金，如锡（如锡（231.9231.9）、铅（）、铅（327.4327.4）、锌）、锌（419.541

10、9.5）、铝（）、铝（658.7658.7）及它们的合金，）及它们的合金，被镀被镀金属金属材料一般为钢、铸铁及不锈钢等。材料一般为钢、铸铁及不锈钢等。1.1 热浸镀定义热浸镀定义基本工艺流程前处理热浸镀后处理清洗除油酸洗除锈水洗熔剂处理热浸镀基本工艺流程热浸镀基本工艺流程（1）按镀层类别分类：）按镀层类别分类： 热浸镀锌热浸镀锌 热浸镀铝热浸镀铝 热浸镀锡热浸镀锡 热浸镀铅热浸镀铅1.热浸镀分类热浸镀分类按前处理方法不同溶剂法保护气体还原法干式湿式1.2.热浸镀分类（2）按前处理方法分类）按前处理方法分类： （1）溶剂法溶剂法热浸镀的工艺流程为：热浸镀的工艺流程为： 镀前检查一碱液除油一水清洗

11、一酸洗一水清洗一镀前检查一碱液除油一水清洗一酸洗一水清洗一溶剂处理溶剂处理烘干烘干预热（湿式法无此程序）预热（湿式法无此程序）一热浸镀锌一冷却一干燥一检验一成品一热浸镀锌一冷却一干燥一检验一成品1.2.热浸镀分类设备简单、成本低设备简单、成本低生产灵活生产灵活操作简便、易学操作简便、易学浸镀产品范围广浸镀产品范围广溶剂法热浸镀特点溶剂法热浸镀特点：溶剂法热浸镀特点溶剂法热浸镀特点：（1）溶剂法热浸镀特点）溶剂法热浸镀特点： （2 2）保护气体还原法（氢还原法）热浸镀：）保护气体还原法（氢还原法）热浸镀： 该法主要该法主要采用保护气体还原法采用保护气体还原法为前处理方式。钢为前处理方式。钢材的表

12、面预处理按照顺序在氧化炉和还原炉中完成。材的表面预处理按照顺序在氧化炉和还原炉中完成。 1.2.热浸镀分类 （2）保护气体还原法特点保护气体还原法特点： 优优：生产速度快生产速度快效率高、镀层结效率高、镀层结合力好、无污染。合力好、无污染。另外，还原型生另外，还原型生产线高温辐射加产线高温辐射加热温度高，退火热温度高，退火时间长，产品性时间长，产品性能好。能好。缺缺：设备比较复杂，设备比较复杂，投资大，技术投资大，技术难度大，适难度大，适合单一产品合单一产品的批量生产。的批量生产。现代带钢连续热浸镀采用的现代带钢连续热浸镀采用的最普遍和最广泛的一种工艺最普遍和最广泛的一种工艺。1.2.热浸镀分

13、类 热浸镀的金属层一般较热浸镀的金属层一般较厚厚，因此能在某些，因此能在某些腐蚀环境中长期使用。或作为抗特种介质腐腐蚀环境中长期使用。或作为抗特种介质腐蚀的防蚀镀层。蚀的防蚀镀层。（1）抗大气腐蚀环境条件下应用）抗大气腐蚀环境条件下应用（2）抗高温、抗氧化和耐蚀条件下应用）抗高温、抗氧化和耐蚀条件下应用1.3.热浸镀的性能与应用热浸镀的性能与应用离子镀离子镀 离子镀膜技术离子镀膜技术(简称离子镀简称离子镀)，是在，是在真空蒸发真空蒸发和真空溅射和真空溅射技术基础上发展起来的一种新的镀技术基础上发展起来的一种新的镀膜技术。在真空条件下，应用气体放电实现镀膜技术。在真空条件下，应用气体放电实现镀膜

14、，即在真空室中使气体或被蒸发物质电离，膜，即在真空室中使气体或被蒸发物质电离，在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，将蒸在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，将蒸发物或其反应产物蒸镀在基片上。发物或其反应产物蒸镀在基片上。离子镀原理离子镀原理离子镀的特点离子镀的特点离子镀特点如下：离子镀特点如下：一、优点一、优点(1)膜层附着力强。膜层附着力强。(2)膜层组织致密，耐蚀性好。膜层组织致密，耐蚀性好。(3)具有绕镀性能，能够在形状复杂的零件表面具有绕镀性能，能够在形状复杂的零件表面镀膜。镀膜。离子镀的特点离子镀的特点(4)可用来制备各种材料的薄膜，特别是可采用反可用来制备各种材料的薄膜，特别是可采用

15、反应离子镀制备各种化合物薄膜。应离子镀制备各种化合物薄膜。(5) 成膜速率高，可与蒸发镀膜的速率相当；且可成膜速率高，可与蒸发镀膜的速率相当；且可镀厚膜（达镀厚膜（达30 m）。）。金属热喷涂金属热喷涂 将金属粉末加热至熔化或半熔化状态，用高压气流使其雾将金属粉末加热至熔化或半熔化状态，用高压气流使其雾化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为热喷涂热喷涂。l利用热喷涂技术可改善材料利用热喷涂技术可改善材料的耐磨性、耐蚀性、耐热性的耐磨性、耐蚀性、耐热性及绝缘性等。及绝缘性等。l广泛用于包括航空航天、原广泛用于包括航空航天、原子能、电子等尖端技术在内子能、电子等尖

16、端技术在内的几乎所有领域。的几乎所有领域。等离子热喷涂等离子热喷涂 热喷涂是将金属或非金属材热喷涂是将金属或非金属材料加热熔化，靠压缩气体连续吹料加热熔化，靠压缩气体连续吹喷到制件表面上，形成与基体牢喷到制件表面上，形成与基体牢固结合的涂层，从制件表层获得固结合的涂层，从制件表层获得所需要的物理化学性能。所需要的物理化学性能。1热喷涂原理热喷涂原理说明：说明： 喷涂的涂层厚度为几十微米至数毫米。喷涂的涂层厚度为几十微米至数毫米。 喷涂热源可用燃气火焰、电弧、等离子弧或激光喷涂热源可用燃气火焰、电弧、等离子弧或激光束等。束等。 喷涂材料可为金属、合金、金属氧化物和碳化物、喷涂材料可为金属、合金、

17、金属氧化物和碳化物、陶陶 瓷和塑料等，材料形态可为线材、棒料或粉末。瓷和塑料等，材料形态可为线材、棒料或粉末。 喷涂的基体可为金属、陶瓷、玻璃、塑料、石膏、喷涂的基体可为金属、陶瓷、玻璃、塑料、石膏、木木 材、布、纸等固体材料。材、布、纸等固体材料。2热喷涂的特点热喷涂的特点 生产效率高。每小时喷涂材料重量从几千克到几十千克，沉生产效率高。每小时喷涂材料重量从几千克到几十千克，沉 积效率很高。积效率很高。 工艺灵活，适用范围广。热喷涂施工对象可大可小，小的可工艺灵活，适用范围广。热喷涂施工对象可大可小，小的可 到到 10mm内孔内孔(线爆喷涂线爆喷涂)，大的可到桥梁、铁塔，大的可到桥梁、铁塔(

18、火焰线材喷火焰线材喷 涂或电孤喷涂涂或电孤喷涂)，可在室内喷涂，也可在野外现场作业；可，可在室内喷涂，也可在野外现场作业；可 整体喷涂，也可以局部喷涂。整体喷涂，也可以局部喷涂。 基体及喷涂材料广泛。可通过喷涂不同材料，使工件表面获基体及喷涂材料广泛。可通过喷涂不同材料，使工件表面获 得所需的各种物理化学性能。得所需的各种物理化学性能。 工件应力变形小。基体可保持较低的温度，工件产生的应力工件应力变形小。基体可保持较低的温度，工件产生的应力 变形很小。变形很小。3热喷涂的应用热喷涂的应用 特殊功能层特殊功能层:通过喷涂获得表层某些特殊性能，如耐通过喷涂获得表层某些特殊性能，如耐高温、隔热、导电、绝缘、防幅射等，在航空航天和原高温、隔热、导电、绝缘、防幅射等，在航空航天和原子能等部门子能等部门应用较多。应用较多。 防腐蚀防腐蚀:主要用于大型水闸钢闸门、造纸机烘缸、大型钢主要用