材料表面技术样本

当代表面技术第一章表面技术概论表面技术涵义19世纪工业革命以来，材料品种日益繁多，为了适应高强度、高硬度和耐磨、耐高温、耐酸碱腐蚀等不同特殊规定，人们需要不断开发各种特殊合金材料，但这些合金材料往往价格昂贵。因而，人们试图采用各种表面技术对普通钢材表面进行加工，以变化其表面性能，使其适应复杂工作环境。此外，磨损、腐蚀等失效都是一方面发生在材料表面，通过对材料表面进行有效解决，可以极大地提高材料寿命。因而，迫切需要开发出各种行之有效表面技术，正是基于这样背景，逐渐形成了一门新兴学科——表面工程学。

表面工程技术发展始于20世纪60年代末，近30年来发展尤为迅速。在老式表面解决技术不断改进、不断完善同步，又有科学技术逐渐渗入到该领域，各种表面技术互相融合，从而使当代表面技术进入了一种新发展时期。表面技术是一门博大精深、实用价值极高技术。材料科学所面临若干艰巨任务，如规定材料硬而不脆、耐磨而易车削、质高而价廉等间题，通过表面技术在相称限度上都可迎刃而解。除本文所提及巨大作用外，用表面技术合成人工构造材料、复合材料及沉积非晶态涂层及制取复合涂层方面都显示了巨大应用潜力。表面技术是一项能使产品获得高附加值技术。英国产品每年靠表面技术预计增值100亿英镑，如果对表面技术进行全开发，有也许节约200。万到400亿埃居(约200亿英镑)，可见表面技术对国民经济巨大作用。国内在湿法镀覆等方面获得了令人瞩目成就，但在PVD和表面改性方面尚有许多工作要做。这一方面要靠广大科技人员才智与努力，同步关于领导部门在设备资金投入上予以有力支持也至关重要。只有这样，国内表面技术才干以新面貌进入21世纪，全方位赶上和领先世界水平。一、什么是表面技术从广义上讲，表面技术是直接与各种表面现象或过程关于，能为人类造福或被人们运用技术。任何表面在普通状况下事实上都是界面。两种不同相之间交界，称为界面，在任何两相界面上都可以发生复杂物理或化学现象，总称为表面现象。固体材料界面有三种：表面――固体材料与气体或液体分解面。晶界（或亚晶界）――多晶体内部成分、构造相似而取向不同晶粒（或亚晶）之间界面。相界――固体材料中成分、构造不同两相之间界面。它重要涉及：表面覆盖（在材料表面施加各种覆盖成）、表面改性、表面加工以及表面湿润、表面催化、膜技术等。二、使用表面技术目提高材料抵抗环境能力，同步具备装饰效果。通过使用表面技术，可以提高材料在各种介质（如空气、淡水、海水、土壤、酸、碱、盐等）中耐蚀性，还可以提高材料表面硬度，从而提高材料耐磨性以及耐疲劳性。有不锈钢镜面板;不锈钢丝纹板;不锈钢刻花板;不锈钢彩色板;着色铝合金制品;彩色(有机涂层)钢板;金属表面仿金电镀层;钟、表壳表面离子镀金色氮化钦层，钢铁零、部件上电镀黑镍层、黑铬层，电镀锌制品表面彩色钝化膜等。赋予材料表面某种功能特性。涉及光、热、电、磁、声、吸附、分离等各种物理和化学特性。实行特定表面加工来制造构件、零部件和元器件等。修补金属表面缺陷和磨损普遍采用热喷涂技术修复磨损件。刷镀是修补金属表面磨损比较便宜手段。特点是设备简朴，操作灵活，适于野外和现场修复，特别是对于大型、精密设备现场不解体修复，更具备独特长处。当前刷镀技术已广泛用于修复加工超差件，以及工件表面磨损、凹坑和斑蚀等缺陷部位。三、表面技术实行途径表面涂覆（表面覆盖）金属覆盖层：电镀化学镀热浸镀喷镀（喷涂）真空溅射离子镀化学气相沉积非金属覆盖层：化学氧化阳极氧化磷酸盐解决铬酸盐解决涂料覆盖玻璃钢衬里橡胶衬里搪瓷衬里防锈油脂陶瓷衬里表面改性用机械、物理和化学办法，变化材料表面形貌、化学成分、相构成、微观构造、缺陷状态或应力状态。表面改性技术基本上有两大类型，即表面合金化过程与表面涂层过程。前者采用合金化元素改进合金本来表面，如把碳或氮通过不同办法解决钢表面;后者则是将新材料沉积在表面为之提供保护涂层。表面改性技术重要有：喷丸强化表面热解决化学热解决等离子扩渗解决激光表面解决电子束表面解决高密度太阳能表面解决离子注入表面改性表面加工：通过物理化学办法使金属表面形貌发生变化，但不变化金属表面金相组织和化学成分。表面微细加工、抛光、蚀刻、整体包覆第二节表面技术应用表面技术应用广泛性和重要性1、广泛性当前，表面技术应用遍及各行各业，包括内容也十分广泛工业领域：可用于耐蚀、耐磨、修复、强化、装饰等方面。学科领域：涉及光、电、磁、声、热、化学、生物等方面应用。材料领域：表面技术涉及基体材料不但有金属材料，也涉及无机非金属材料、有机高分子材料及复合材料。2、重要性保护材料表面，延长其使用寿命，从中获得经济效益和社会效益材料疲劳断裂、磨损、腐蚀、氧化等普通都是从材料表面开始，她们所带来损失和破坏是十分惊人，仅从腐蚀这个方面来看，据记录，全世界每年损耗金属达一亿吨以上，工业发达国家因腐蚀破坏导致经济损失占国民经济总产值2％－4％。美国75年腐蚀损失约700亿美元，占国民生产总值4。2％，大大超过了当年所有自然灾害总和（125亿美元，5。6倍），美国腐蚀损失达3000亿美元，相称于美国当年军费开支。日本1。8％，英国3。5％，意大利6。6％，波兰6－10％。国内按4％计算，每年损失达1000亿元，所损失钢材约800万吨，相称于首钢一年产量，可铺13条双轨京广铁道线。由此可见，采用各种表面技术，加强材料表面保护具备十分重要意义。从材料表面作用来看，许多产品性能，重要取决于表面性质和状态材料科学所面临若干艰巨任务，如规定材料硬而不脆、耐磨而易车削、质高而价廉等间题，通过表面技术在相称限度上都可迎刃而解。应用表面技术可以生产出各种新材料、新器件表面技术在构造材料以及工程构件和机械零部件上应用表面技术在功能材料和元器上应用表面技术在其他方面应用1、净化空气用触媒载体（吸附办法）净化汽车尾气2、净化水质3、生物医学绿色能源第三节表面技术发展一、表面涂覆技术发展在表面涂敷技术中，涂料和土装饰一种重要构成某些。早在公元前，咱们祖先从野生漆树收集天然漆，用来装饰器皿。直到本世纪代，由于化学工业发展，浮现了酚醛树脂，才给变了涂料完全依赖天然材料局面。30年代浮现了醇酸树脂，使涂料挣脱了油树脂型格局，从而进入了合成树脂涂料时期，发展成为当前18大涂料类。她们合用范畴远远超过了装饰目，已涉及到材料保护和具备各种功能领域。由于涂料制造和涂装行业是资源耗量很大工业领域，又是大气和水质污染源之一，因而开发和采用资源运用率高，低污染或无污染型涂料和涂装技术已成为重要研究方向。热喷涂因基材可以不经高温，可用作涂层材料类型广泛，土层性能优良，共建外形尺寸上没有限制，成本低，从而成为广泛使用表面技术。此类技术开发和使用是从本世纪初开始。七十年代，热喷涂技术向着高能﹑高速﹑高效发展。八十年代以来，热喷涂技术向着涂层质量进一步提高以及精密﹑智能化方向发展。二、金属表面强化技术发展金属材料普通适当合金形式进行使用，具备良好强度和塑性配合，优良加工性，许多金属还具备优秀物理特性，因而应用非常广泛。金属材料表面在外环境下容易发生各类磨损﹑腐蚀﹑氧化和疲劳等破坏。因而，金属表面强化技术受到人们注重。代，喷丸强化技术应用于汽车领域；60年代后来用在航空中得到应用。使得经喷丸后，零部件抗疲劳性和抗力学腐蚀性有了明显提高，而生产成本低廉，因而成为一种重点采用表面技术。表面热解决和化学热解决也是人们早就使用表面技术。这些技术早在战国时就开始应用。到了19世纪和20世纪初人们对电进行了广泛研究之后，一系列以电为基本表面解决新技术不断涌现出来。如等离子热化学技术和等离子镀膜技术。同步，激光和电子束也在该领域得到应用。三、表面加工技术发展表面加工技术包括内容十分广泛，特别是表面微细加工技术已成为大规模集成电路和微细图案成型必不可少加工手段，在电子工业特别是微电子技术中占有特殊地位。虽然人们在19世纪发现了硅半导体以及她某些特殊性能，但20世纪初由于创造了真空二极管和真空三极管，半导体应用受到限制。进入20——30年代后无线电通讯对高频和超高频运用以及二战中微波技术进步，都规定采用半导体器件。与此同步，人们对半导体结识加深，直到1948年终于制成了结型晶体管，引起了电子学革新。到1958年平面集成电路得到应用。当前，已从特大集成电路向吉规模集成电路进军。到今天，微细加工技术在微电子技术成就基本上正在向为机械技术和纳米级制造技术推动。第二章金属表面预解决金属表面预解决：是指用物理或化学办法除掉金属表面油污、氧化皮、锈蚀产物和其他污物，而呈现出具备一定粗糙度或光洁度清洁金属表面。金属及其制品在使用和加工以及存储过程中，表面会有各种脏物（油污、润滑剂、氧化皮、腐蚀产物、沙尘、油漆等），或者存在变化了金属表面形状及表面层组织、构造。当咱们对金属进行表面加工（例如在金属表面施加涂镀层时候），这些表面缺陷会严重影响涂镀层致密性以及与基体结合强度，甚至导致表面解决失败。因而，进行表面解决之前，一方面必要把金属表面解决成干净表面。表面解决有时候规定基体表面具备一定光洁度，有时候还规定基体表面有一定粗糙度。第一节除油从金属表面除掉油脂过程，习惯上叫做除油，也叫脱脂。除油重要办法有：溶剂除油、碱液除油、电解除油、烧灼（加热）除油、蒸汽热洗。一、油污种类油污按化学性质可分两类：1、皂化类：所有植物和动物油脂都属于皂化类，她它们甘油和高分子有机酸酯类。它们在碱液作用下能分解生成溶于水脂肪酸盐－肥皂和甘油。化学反映如下：（RCOO）3C3H5+NaOH→RCOONa+C3H5(OH)(肥皂)(甘油)2、非皂化类：指是矿物油，如汽油、润滑油、柴油、原油等，它们在碱作用下不起化学分解反映（也就是皂化反映），因而称为非皂化类油脂，能溶于某些溶剂，在一定条件下，与碱形成乳浊液，也可以从基体表面除去。二、除油剂除油机理除油时咱们使用各种除油剂，它们作用机理时不相似。归纳起来，有如下几种》1、皂化作用：氢氧化钠和碱性强盐类与油脂反映生成肥皂和甘油，肥皂和甘油溶于水，而除去油脂。运用皂化作用只能除去动物和植物油脂。惯用皂化剂有：NaOH、Na2CO3、Na3PO4、Na2SiO3、NaNo2等。2、乳化作用：使用表面活性剂除油，表面活性剂能明显减少水表面张力或水与油之间界面张力，它分子中既有亲水基团，又有亲油基团，亲油基团与油污分子结合，而亲水基又包围在外面，形成O/W液滴，分散到液体中，形成乳浊液而除去油污。矿物油等非皂化类油脂只有通过乳化作用才干除去。惯用乳化剂有：3、润湿作用：表面活性剂溶液渗入油脂中，并在基体表面分散，减少油脂对基体表面附着力，使之脱落。惯用润湿剂有：4、分散作用：运用分散剂把从基体表面脱落油脂分散到溶液中，而除去油脂。惯用分散剂除表面活性剂外，尚有硅酸钠、磷酸钠。5、溶解作用：运用有机溶剂对油脂溶解作用，把油污除去。诸多有机化合物是非极性或弱极性，而水是一种强极性液体，因此多数有机物不容于水，而易溶于极性弱有机溶剂中，固然极性大有机物，如乙醇、乙酸等则易溶于水，甚至可以以任何比例于水互溶。三、对除油剂规定1、除油效果好，成本低。2、对基体物腐蚀、安全、无毒。3、操作以便，容易被水清洗。4、对后续工序无不良影响。5、便于废水解决，不致引起公害。物理因素在除油过程中作用1、搅拌：可以处使油污从工件表面脱落下来，也可以使除油剂于表面充分接触，并加速油污在溶液中分散过程，所有这些都可以使除油速度加快。机械搅拌、空气搅拌、超声波清洗2、温度：温度升高对除油过程有增进作用，温度升高时，油脂变软，有助于除油剂渗入和润湿作用，增进油脂脱落合分散，温度升高还会使酯水解速度加快，溶液对流作用增强，这些均有助于除油过程。因而老式除油都是在接近沸点温度下进行。但是高温除油耗能较高，近年来，低温除油越来越受到人们注重。低温除油对表面活性剂依赖限度很大，规定表面活性剂浓度高达1％－3％。普通是非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂配合使用，为了增进表面活性剂溶解，往往还需要加入分散剂（亲水基团较多表面活性剂）。用这样除油液在40℃左右室温下就可以有效地除油。3、电流：除油办法溶剂除油溶剂除油是，借油脂溶于有机溶剂中后来随溶剂—起挥发而去掉油脂。它可以溶解皂化和非皂化油脂。由于有机溶剂只能溶解油脂，而不能溶解油污中非有机物，因而，溶剂中脏物在溶剂挥发后仍会残留在工件表面上，对溶剂规定：(1)无易燃性；（2）无毒、无刺激性气味；（3）无腐蚀性；（4）溶剂不分解、不变质；（5）溶解油脂能力强、粘度低、比热小。惯用溶剂：（1）汽油、煤油，价格便宜，溶解弱极性或非极性油脂，溶解油污能力较强，毒性小，是一种用量大、应用普遍有机溶剂。（2）三氯乙烯，不易燃烧，稳定，溶解弱极性或非极性油脂，它对大多数金属物腐蚀作用，但有一定毒性，使用时要按一定操作规程，在专门除油设备中使用。（3）丙酮、酒精，溶解强极性油脂，(4)四氯化碳，、苯，非极性有机溶剂除油办法与设备：用布蘸有机溶剂擦金属表面，或者使用“除油机”进行。2、碱液除油用具有碱性化学试剂溶液除去材料表面油污办法。运用碱和表面活性剂对油脂皂化作用和乳化作用进行。除油剂组分和作用：NaOH：碱性最强除油剂，与动植物类油脂发生皂化反映，使酯类水解为可溶与水肥皂和甘油。NaCO3：皂化作用较NaOH弱，但对溶液PH值优良好缓冲作用，对油脂层有缓慢润湿和分散作用，对材料腐蚀作用小，比较适合清洗有色金属。Na3PO4：惯用是十二水磷酸纳(Na3PO4·12H2O)，偏磷酸纳(NaPO3)、三聚磷酸纳（Na5P3O10）,它们除具备碳酸钠长处外，还具备乳化能力，很容易用水清洗，，对硬水有软化作用，对铝、锌等金属没有明显腐蚀作用。Na2SiO3：俗称水玻璃或泡花碱，润湿、乳化和分散作用，对强碱液有缓冲作用，也可用作表面活性剂：表面活性剂它可增进乳化、分散作用，加快除油过程。这种物质分子中亲油端(疏水端)被金属表面油污所吸附，同步分子中亲水端与碱液中水分子结合，从而提高金属表面在溶液中润湿性，使之充分地与碱液接触。此外，表面活性还可以减少油水界面张力和油滴对金属表面亲合力，从而促使油滴进入溶液。同步表面活性剂又被吸附在油滴表面形成乳胶体，使溶液中油滴不会重新汇集，起到对油脂乳化、分散作用。除油剂中惯用表面活性剂有水玻璃、肥皂和烷基芳基聚乙二醇(oP乳化剂)，6501(十二烷基二乙醇酰胺)、6503(十二烷基二乙醇酰胺磷酸脂)及TXl0(聚氧乙烯辛烷基酚醚)。碱液除油工艺条件：依照油污状态和材料性质选取恰当除油剂构成和使用条件。或与其他除油办法配合使用。有色金属尽量不使用NaOH。为节约能源，尽量在低温条件使用从成本考虑，除油剂浓度尽量低。碱液除油长处是：成本低、无毒、不会燃烧。缺陷：生产效率低（除油时间长）。3、电解除油：在碱性除油液中通直流电，把工件作为阴极或阳极，进行短时间电解，而除油办法。①除油原理a、皂化作用及乳化作用b、电极表面极化作用，减少金属表面与溶液界面张力c、电极上产生大量气泡迅速扯破，使油污转变成细小油珠而被除掉d、气泡对溶液还会起到机械搅拌作用，加速除油过程②除油办法a、阴极除油：将工件作为阴极阳由不溶性电极材料制成。反映式：2H2O+2eH2+2OH-特点：析出气体为H2，气泡小，数量多，面积大，除油效率高，不腐蚀工件。但容易产生氢脆，零件表面上有黑色挂灰。阳极除油：将工件作为阳极，阴极可以使用钢板。反映式：4OH--4eO2+H20特点：析出气体为氧气，气泡大，数量少，氧气析出使阳极附近PH值下降，减少油脂皂化反映速度，除油效率低，阳极具备溶解性，对金属有腐蚀性。锌、锡、铜及其合金不适当用阳极除油。阴阳极交替除油为解决阴极除油产生氢脆，阳极除油零件被溶解问题，在实际应用当中，经常采用阴、阳极交替除油办法，即先用阴极除油，再转为短时间阳极除油，或是先用阳极除油，再转为阴极除油。4、烧灼除油和蒸气热洗第二节酸洗除锈酸洗目和作用为了除掉金属表面腐蚀产物或氧化皮。除锈多用酸，称之为酸洗。金属表面氧化产物锈是指金属在水和氧等作用下，在其表面生成固体腐蚀产物。普通咱们说铁锈，就是指由于高温氧化在钢铁表面形成氧化皮。普通金属在使用环境下，都会受到腐蚀而生锈。例如：对碳素构造钢，表面氧化物重要由FeO、Fe2O3、Fe3O4构成。酸洗液组分和作用1、酸洗用酸：硫酸：对金属氧化物溶解能力较弱，热硫酸对钢铁材料酸洗能力较强，但温度过高容易导致腐蚀，并使钢铁基体产生氢脆。经常与其他酸配合使用。硫酸+铬酸或重铬酸盐用于铝活化剂硫酸＋硝酸用于不锈钢和铜、铜合金酸洗硫酸＋氢氟酸用于不锈钢酸洗盐酸：对金属氧化物清洗作用较好，可以对各种金属进行清洗。硝酸：不能单独用于酸洗，与氢氟酸配合用来除去铅、不锈钢、镍基、铁基合金上氧化物。2、酸洗缓蚀剂目：防止金属过腐蚀和氢脆。重要有：若丁（二邻甲基苯硫脲）、硫脲、硫脲与乌洛托品等。3、酸洗用增进剂目：加入酸液中可以加快酸洗速度。重要有无机盐和表面活性剂。化学酸洗酸洗依照反映原理可分为化学酸洗和电化学酸洗。化学酸洗是金属表面浸入恰当浓度和一定温度酸液中，通过化学反映而除去金属氧化物办法。反映原理以钢铁化学酸洗为例，FeO+2HCIFeCI2+H2OFeO3+6HCIFeCI3+H2OFe3O4+8HCI2FeCI3+FeCI2+4H2O通过这些反映，铁氧化物溶解而进入溶液，同步夹杂在铁氧化物孔隙中大量散碎铁还会与盐酸发生反映而放出氢气Fe+2HCIFeCI2+H2产生氢气能把疏松氧化层从钢铁表面剥离下来。影响因素酸洗溶液浓度和温度影响盐酸酸洗时,盐酸溶液浓度和温度直接影响着溶液活性,酸洗速度随盐酸浓度增长而增长,虽温度升高而增快,如图2—1所示。虽然提高盐酸浓度可以增长酸洗速度，但由于盐酸浓度超过18%时，基体溶解速度将明显增长。因而，实际生产中普通采用10%左右盐酸进行酸洗。升高盐酸溶液温度同样可以提高盐酸溶液活性，但因温度高时，盐酸挥发性大，污染环境。因此普通采用增长盐酸浓度而但是分升高温度办法来提高酸洗速度，多采用在室温下进行酸洗。硫酸酸洗时，在一定酸浓度范畴内，酸溶液活性随浓度增长而提高。当硫酸浓度为25%—30%时，活性最大，酸洗速度最快，即酸洗时间最短。酸浓度超过30%时，酸洗速度随浓度增长而减少，当浓度达到60%时，是钢铁发生钝化现象，酸洗主线不能进行。因此生产中普通采用20%左右硫酸浓度进行酸洗。酸洗溶液浓度对酸洗时间影响如图2—2所示。（114页上）提高硫酸溶液温度同样可以提高硫酸溶液活性，增长酸洗速度。但温度超过70℃时，硫酸溶液对于钢铁基体腐蚀速度增长不久，同步氢脆倾向增大，因此生产中硫酸酸洗时温度采用50—60℃。此外，从表2—1列出盐酸和硫酸溶液浓度与温度对酸洗时间影响成果还可以看出，铁在盐酸溶液中其酸洗速度随温度升高而加快限度，比在硫酸溶液中小。在盐酸溶液中酸洗时，酸浓度对酸洗速度有很大影响，而在硫酸中温度对酸洗速度影响很大。表2—1盐酸和硫酸浓度与温度对酸洗时间影响酸洗浓度%酸洗时间（min）硫酸浓度%酸洗时间（min）18℃40℃60℃18℃40℃60℃5105518156525101351204532138酸溶液中Fe影响无论是用盐酸酸洗还是用硫酸酸洗，总趋势是溶液中Fe离子含量逐渐增长，并对酸洗速度有较大影响。盐酸酸洗时，溶液中FeCl2浓度增大，并不一定减少酸洗速度，相反，由于酸洗时生成了极易溶于水FeCl2，因此在一定含铁量范畴内，随Fe2+离子浓度增长，酸洗速度加快，直到Fe2+离子浓度达到该溶液中饱和度为止。由此可见，酸洗速度不是简朴依赖于Fe离子绝对含量，而更重要是决定于FeCl2再该盐酸下饱和度。由于有时酸溶液中FeCl2含量已经很高，但若再该盐酸浓度下，FeCl2并不饱和话，则溶液仍具备很强酸洗能力：相反，FeCl2含量并不太高，如果已经达到该浓度下饱和状态，其酸洗能力就会明显下降，此时虽然延长酸洗时间已无济于事。如下表，列出了不同盐酸浓度下FeCl2饱和度。盐酸浓度%溶剂盐酸含量（g）FeCl2最大溶解量（g）FeCl2饱和度（%）810141621283110010010010010010010053484340.316.77.45.553484340.316.77.45.5从表中数据可以看出，当盐酸浓度达到10%时，FeCl2饱和度为48%，而盐酸浓度为31%时其饱和度只有5.5%。因而盐酸酸洗时采用低浓度盐酸酸洗较为适当。实验表白，在2%—15%盐酸中酸洗，Fe离子含量不大于16%时，酸洗效果最佳。在硫酸酸洗中，硫酸亚铁含量对酸洗时间影响如图2-—3所示。从图中可以看到，酸洗时间随硫酸亚铁含量增长而延长，但硫酸浓度为20%左右时，不论硫酸亚铁含量是多少，酸洗时间均有一种最小植。当硫酸亚铁浓度增大到接近或达到在溶液中饱和度时，不但酸洗速度最慢，由于铁盐残留在工件表面上，使表面变黑变脏：过度硫酸盐结晶也容易引起工件表面过酸洗缺陷。因而，酸洗溶液中硫酸亚铁浓度不应超过其在当时条件下饱和度。（1.15）3酸洗工艺条件a钢铁化学酸洗配方及操作条件见表2—2。表2—2钢铁化学酸洗配方及操作条件溶液成分（g\l）12345硫酸盐酸氢氟酸硫脲乌落托品200—2502—380—1501—3150—2001—3100—1501—310010—20温度（℃）时间（min）30—5015—2060—7010—1530—5015—2030—4020—2530—5020—25在钢材生产中，带钢﹑钢板﹑钢丝酸洗多数是在持续密闭酸槽中进行。盐酸浓度为5%——20%，酸洗温度为70——85℃，溶液中氯化亚铁含量控制在10——15%；或者是使用温度不大于85℃15——25%硫酸溶液，其硫酸亚铁含量应控制在200——250g\l。如果是非持续酸洗，盐酸浓度为5%——20%，酸洗温度为40——50℃；或者是硫酸浓度为20——25%，酸洗温度为50——60℃。考虑到硫酸和盐酸对铁氧化物作用不同，国内也有使用硫酸与盐酸混合夜进行酸洗。混合酸洗溶液成分是：H2SO450—100g/l和HCL150—100g/l,或者是H2SO4150—200g/l﹑HCI250—400g/l﹑FeCL3·6H2O3—5g/l和若丁2—3g/l。酸洗后往往在钢件表面残留酸和铁盐，因而，对酸洗过工件还要再热及冷流动水中进行清洗，以保证表面清洁度，用热流动水清洗时，温度为70—80℃，清洗时间为5—9min；用冷流动水清洗时，清洗时间也为5—9min。b铜和铜合金铜和铜合金酸洗，普通是在硫酸﹑硝酸和加有少量盐酸混合酸夜中进行。当工件表面氧化膜很薄时，可省去预酸洗而直接进行光亮酸洗解决。铜和铜合金化学酸洗溶液配方及操作条件见表2——3表2——3铜和黄酸洗配方及操作条件溶液成分（ml/l）预酸洗光亮酸洗1212硫酸硝酸盐酸氯化钠，g/l水160—180210—2204（或3—6）余量500200—250微量余量500250—3003—5余量180—260340—38012余量温度（℃）时间（min）<302—420——303—5<301—3<303—5酸洗时，铜氧化物分别与硫酸、硝酸和盐酸发生下述反映：CuO+H2SO4→CuSO4+H2OCuO+2HNO3→Cu（NO3）2+H2OCuO+2HCL→CuCL2+H2O但是，由于铜活泼性较差，因而不能与稀硫酸和稀盐酸反映而放出氢气，她只能和具备氧化性酸进行反映。铜和浓硫酸进行下列反映：Cu+2H2SO4→CuSO4+SO2↑+2H2O铜和浓硝酸反映放出NO2：Cu+4HNO3→Cu(NO3)2+2NO2+2H2O铜和稀硝酸反映放出NO：3Cu+8HNO3→3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O在用硫酸﹑硝酸﹑盐酸混合溶液酸洗时，与铜发生反映重要是硝酸，因而反映时会放出大量棕红色刺鼻气体即氮氧化物混合物（NOx），污染环境。对此，可以通过加入抑制剂如尿素﹑明胶﹑聚已二醇和表面活性剂等，以减少氮化物危害。用上述混合酸溶液对黄铜进行酸洗时，要特别注意防止过腐蚀现象。由于混合酸中当硫酸和盐酸含量不变时，硝酸含量增长，铜溶解速度就迅速上升，而锌溶解速度变化很小。当硫酸和硝酸含量一定期，盐酸含量增长，则锌溶解速度上升，而铜溶解速度稍有减少。在酸洗时，对的酸比应使铜和锌溶解速度等于她们在黄铜中含量比。若盐酸含量局限性，黄铜表面残留过多锌，则呈暗淡黄色；若盐酸含量不多或硝酸含量局限性，则黄铜表面会浮现棕褐色斑点。这是由于锌过腐蚀而铜溶解局限性所导致黄铜脱锌。酸洗速度还取决于温度。当酸洗溶液温度达到50℃时，铜溶解速度起初增大，而后迅速减少，锌溶解速度变化不大，因而酸洗效果不好。当温度超过50℃时，混合酸开始分解。实践表白，铜和铜合金酸洗温度应控制在30℃如下。用氯化钠代替盐酸目，是既可以保持氯离子活化作用，又可以减少溶锌时所析出氧，使腐蚀作用减缓。C铝和铝合金铝是两性金属，她氧化物即溶于碱，也溶于酸，因此铝和铝合金即可以用碱洗，也可以用酸洗。例如，在含65g铬酐﹑360g硫酸和100ml水溶液中，于60—70℃温度下进行除锈。溶液中铬酐也可以用硝酸代替，还可以加入适量氢氟酸。表2—4列出不同铝合金酸洗配方及操作条件。表2—4不同铝合金酸洗配方及操作条件。材料溶液成分温度（℃）时间（s）纯铝，Al—MnAL—Cu(低)50%HNO3室温5—30AL—Cu(高)AL—Cu—MgAL—SiAL—Mn—Si30—50%HNO3+3—5%HF室温5—30AL—Mg(高)15—20%H2SO460—805—10酸洗液中，硫酸重要作用是有选取溶解上述铝合金表面金属铝和氧化铝，可以提高合金表面和酸液活性，同步提高酸液整平作用。硫酸浓度普通在8—25%较为适当。如果她浓度低于8%，其酸洗速度就慢，易使合金受到点腐蚀。如果浓度高于25%，就会减少酸洗质量，使合金表面浮现半透明物膜。硫酸在酸洗化学反映如下：2AL+3H2SO4=AL2(SO4)3+3H2↑AL2O3+3H2SO4=AL2(SO4)3+3H2O硝酸作用是，一方面与合金表面金属铝起化学反映生成氧化铝，另一方面又及时溶解氧化铝膜而生成硝酸铝。这对提高酸洗表面质量起到重要作用。在酸洗液中，硝酸浓度在25—50%较为适当。硝酸在酸洗中化学反映如下：2AL+6HNO3=AL2O3+6NO2↑+3H2O4AL+4HNO3=2AL2O3+4NO↑+2H2OAL2O3+6HNO3+2AL(NO3)3+3H2O氢氟酸对除去含硅铝合金表面暗灰色硅浮灰，以提高酸洗表面质量，起到一定作用，其化学反映如下：Si+4HF+4HNO3=SiF4↑+4NO2↑+4H2O为了获得比较光亮铝和铝合金表面，则可采用含表面活性剂磷酸溶液进行酸洗。酸洗溶液成分如下：磷酸（85%）100ml/l丁醇400ml/l异丙醇300ml/l水200ml/l铝和铝合金通过酸洗后，必要及时用流动温水和冷水清洗，以彻底除去表面残留酸液，从而防止铝和铝合金表面受到腐蚀。D其她有色金属除常用铜和铜合金及铝和铝合金外，有色金属中锌﹑镁﹑锡和铅等酸洗用配方及操作条件见表2—5表2—5有色金属酸洗配方及操作条件溶液成分（g/l）锌和锌合金镁和镁合金锡铅硫酸盐酸硝酸铬酐氢氟酸50—10010—20150—25080—120100—30050—100温度（℃）时间（min）室温<1室温<1室温8—12室温<1室温1—3室温<14酸洗除油一步法及除油﹑除锈﹑磷化﹑钝化“四合一法”把酸洗和除油两道工序和为一步称为酸洗除油一步法。她是在酸﹑乳化剂和少量缓蚀剂配成水溶液中进行。这种工艺只合用于钢铁材料及其制品表面锈蚀和油污不太严重状况，见表2—6列出钢铁材料酸洗除油一步法用配方及操作条件。由于一步法溶液酸性强，又要加热，因而规定容器和加热器能耐酸﹑耐热，同步必要设立良好塑料或玻璃钢抽风机，以保证操作安全和人身健康。表2—6钢铁材料酸洗除油一步法用配方及操作条件溶液成分（g/l）12硫酸硫脲op乳化剂若丁氯化钠200—2503—56—8320—3505—103—515—20温度（℃）时间（min）60—6540—9050—5510—50“二合一法”配方成分1（%）2（g/l）作用工业硫酸（相对酸度1.84）工业盐酸（含量30%）十二烷基磺酸钠若丁六次甲基四胺三乙醇胺氯化钠（工业盐）平评加水15——25——60.06——0.1——————6余量150——200200——30010——32200——300——余量酸洗除锈除锈润湿，分散，除油缓蚀缓蚀缓蚀，分散增进剂润湿，分散，除油“四合一法”配方磷酸二氢锰700g磷化剂硝酸锌200g磷化剂氟化钠200g磷化剂氧化锌70g磷化剂磷酸200ml磷化剂除锈酒石酸50g除锈硝酸钠50g钝化剂亚硝酸钠20g钝化剂OP——1040ml除油络合剂（柠檬酸钠）20g除油或锈水10L第三节涂层与钢材表面粘附理论1物理作用a范德华力：色散力，诱导力，取向力范德华力：金属对表面涂层有一种物理吸附作用，称为范德华力。色散力非极性分子互相接近时，由于电子高速转动和原子核不断震动，正负电荷中心不也许每一时刻都重叠，必然产生瞬间偶极，而瞬间偶极总是处在异极相邻状态。这种非极性分子瞬间偶极之间所产生分子力称为色散力诱导力当极性分子与非极性分子接近时，非极性分子受极性分子影响，产生诱导偶极，由此而形成吸引力称为诱导力。取向力极性分子之间，由于固有偶极之间取向所引起分子间力，称为取向力，她使极性分子更加接近。B表面张力金属表面分子与内某些子所处状态是不同。内某些子所受分子间作用力合力为零，而表面分子所受合力不为零，有一种向内拉力，使进入该力势内涂料分子被吸附。C机械作用金属表面粗糙度给涂料分子与金属表面分子吸附作用提供了更多附着点，从而增大了她们之间摩擦力，称为机械作用。因而为了提高涂料与金属之间吸附作用，金属表面应当有一定粗糙度。当工件喷丸后，在工件表面形成齿形锚纹，她可使金属表面积增大20倍，锚太浅或太深都不适当，适中锚纹才有助于涂料与金属之间吸附。第四节金属表面机械解决一刷光﹑磨光与抛光1刷光刷光是使用金属丝﹑动物毛﹑天然或人造纤维制成刷光轮对工件表面进行加工办法。她重要用于除去工件表面氧化皮﹑锈蚀﹑焊渣﹑旧油漆及其她污物；也用于除去零件机加工后留在表面棱边毛刺。惯用刷光轮普通由钢丝和黄铜丝等材料制成。零件材质较硬者，应采用钢性大钢丝刷轮，同步采用较大转速；反之，采用黄铜丝刷轮。刷光可分为机械刷光和手工刷光。两者多采用湿法，即用水或溶液保证刷光进行，普通都采用水做刷光液，对钢铁材料刷光也有采用3—5%磷酸钠溶液。2磨光和抛光A磨光磨光是用磨光轮对零件表面进行加工办法。她可以去掉零件表面锈蚀﹑砂眼﹑焊渣﹑划伤等缺陷﹑提高零件平整度。磨光普通都是在装有旋转磨轮或圆盘机床上进行，当前用带式磨光机日益增多，也可以在某些专用旋转滚筒﹑震动磨光机等设备中进行，后者惯用于批量生产。B抛光抛光是用抛光轮对零件表面进行加工办法。抛光可进一步减少零件表面粗糙度，获得光亮外观。抛光时，一方面把抛光轮圆周线速度调节到20—35m/s（零件形状简朴﹑表面较硬，转速可大些，反之，则小些），然后依照零件选用抛光剂。惯用抛光轮有三种，即非缝合式﹑缝合式和风冷布轮。抛光剂有抛光膏和抛光液两种。二喷砂和喷丸1喷砂和喷丸目：a除锈及污物b在金属表面形成锚纹，增长与锚纹之间吸附力c表面强化，硬度提高，疲劳强度提高d形成残于压应力，减小scc敏感性2喷沙种类干喷沙干喷砂磨料可以是钢砂、氧化铝、石英砂、碳化硅等。当前应用最多是石英砂。管道喷砂所用砂粒尺寸普通选用2.5～3.5mm石英砂。干喷砂设备有吸入式、压力式、自流式、离心式等空气压力喷砂机，生产上惯用是吸入式和压力式两种。吸入式喷砂机构造简朴，但生产效率低，合用于小工件。压力式喷砂机重要由贮砂箱、喷砂室及工作台等构成。压缩空气通过混合室与砂料混合，然后一起沿软管输送到喷枪，从喷嘴高速射出撞击工件表面，从而达到加工目。这种喷砂机合用于大、中型工件，生产效率高，多用于大批量生产。当前国内管道除锈大多数采用这种方式（见图2－11）。湿喷砂湿喷砂是将水与磨料混合成砂浆（磨料体积普通占20％～30％），并不断搅拌以防沉淀，用压缩空气压力喷枪，喷向工件；也可将砂和水分别置于罐中，在流入喷枪前混合，然后喷向工件。为防止钢铁件锈蚀，水中可加入亚硝酸钠、碳酸钠、重铬酸钠等作缓蚀剂。湿喷砂所用磨料与干喷砂相似，与干喷砂相比，湿喷砂长处是可以避免产生大量粉尘，对操作人员健康危害不大，不污染环境。湿喷砂普通有雾化喷砂、水－气喷砂和水喷砂3种，喷砂方式和喷砂机构造各不相似，其工作原理和特点见表2－7。表2－7各种湿喷砂工作原理和特点办法工作原理特点水－气喷砂由泥沙泵以高压将水－砂料经软管输送到喷枪，并在喷枪通人压缩空气，以喷出高速水－砂流冲击工件表面变化压缩空气压力，就能变化喷砂表面粗糙度水喷砂不使用压缩空气水－砂流喷砂只能通过变化水压、才干变化喷砂表面粗糙度雾化喷砂即低压喷砂。磨料从装有文氏管压缩空气系统送至喷枪，以雾化水－砂流冲击工件表面只有通过变化磨料粒度才干变化被喷砂工件表面粗糙度3喷丸喷丸与喷沙相似，只是用钢铁丸或玻璃丸代替喷沙用磨料。常用喷丸重要有如下几种：铸钢丸硬度普通为HRC40—50，韧性较好，使用广泛，其使用寿命是铸铁丸几倍。铸铁丸硬度为HRC58—65，质脆而易于破碎，寿命短，使用不广。重要用于喷丸强度高场合。玻璃丸硬度较前两者低，重要用于不锈钢﹑钛﹑铝﹑镁及其她不容许铁质污染材料。也可在钢铁丸喷丸之后作第二次加工之用，以除去铁质污染和减少零件表面粗糙度。喷丸粒度普通选在6—50目之间。喷丸加工设备与喷沙设备基本相似，只是需要某些辅助装置来更严格控制喷丸加工过程。喷丸与喷沙相比有许多长处，设备生产率高，解决表面质量好，磨料损失少。电镀电镀：在具有欲镀金属离子溶液中，以被镀材料或制品为阴极，通过电解作用，在基体表面上获得镀层办法。电镀技术应用已有很长历史，最初开发是为满足人们防腐和装饰需要，随着科学技术不断进步，电镀技术还可以用来制取特定成分和功能金属覆盖层，提供电、磁、光、热等方面特性。依照镀层功能可分为防护性镀层、装饰性镀层、功能性镀层。被镀材料可以是金属也可以是非金属，电镀是以电化学过程为根据，因此电镀要有三个必要条件：电源、镀槽（镀液）、电极。第一节电镀基本原理电化学反映阴极：Mn++neM阳极：M-neMn+法拉第电解定律1、法拉第第一定律电流通过镀液时，电解质溶液发生电解反映，阳极发生氧化反映，阳极金属不断溶解，阴极发生还原反映，不断有金属析出，金属溶解或析出量与通过电荷量关于。内容：电解时，电极上析出或溶解物质量与通过电量成正比。M=kQ式中M－电极上析出或溶解物质量k－比例常数Q－通过电量Q=ItM=KIt只要懂得K，就可以依照测得电流强度I和时间t，计算电极上析出或溶解物质量。2、法拉第第二定律内容：在不同电解液中，通过相似电荷量时，在电极上析出或溶解物物质量相等，并且析出或溶解1mol任何物质所需电荷量都是9.65×104C。把这一常数称为法拉第常数。即F＝9.65×104C＝26.8A.h(1C=1A.s)电化当量：电极上通过单位电量所形成产物重量，称为电化当量。电极上通过1F电流量，经反映形成各种物质量都是1mol，但重量是不同。依照M=kQ当Q＝1F时，K＝M/F，K称为电化当量，单位是mg/C，如果取1F＝26.8A.h,K单位是g/A.h。惯用元素电化当量数值可以在关于手册中查到。例如：Au+电化当量2.04mg/C，Zn2+电化当量0.339，Cr3+电化当量0.18mg/C，Cr6+电化当量0.0898mg/C，Cu+电化当量0.658mg/C，Cu2+电化当量0.329mg/C。二元合金电化当量，应依照各成分在合金中所占比例计算K合金＝1/（x%/kx+y%/ky）K合金为合金电化学当量，x%﹑y%为x﹑y在合金中所占质量比例，kx﹑ky为x﹑y物质电化当量电量效率按照法拉第电流定律电镀时，每通过1F电量，在阴极上应当得到1mol金属镀层，但在事实上却不到1mol物质，这是由于在电极上处了主反映，还存在副反映缘故。主反映：Mn++neM副反映：2H++2eH2副反映消耗了某些电量，使电量效率减少。电量效率就是实际析出物质质量与理论计算析出物质质量之比。η＝（M¹/M）×100％＝M¹/KIt×100%η为电流效率，M¹为阴极实际析出物质质量，M为理论上应析出物质质量。阴极电流效率总是不大于100％。关于电镀计算1、镀层厚度和电镀时间计算由η＝＝M¹/KIt，知M¹＝ηKItM¹＝V×γ＝S×δ×γV－金属体积（cm3）γ－金属密度(g/cm3)S－金属镀层面积(cm2)δ－金属镀层厚度(cm)由以上两式可得，ηKIt＝S×δ×γ，在电镀生产中，δ习惯上用μm(10-6)作单位，面积用dm2作单位ηKIt＝S×δ×γ/100，δ=KItη×100/(Sγ)t单位是小时设D为单位面积流过电流，D＝I/S，阴极电流密度用DK表达，电流效率用ηK表达，阳极电流密度用DA表达，电流效率用ηA表达，t单位在电镀生产中惯用min表达δ＝kDKtηK×100/60γ电镀一定厚度镀层所需时间t=60γδ/kDKηK×1002、沉积速度计算沉积速度就是单位时间内所镀镀层厚度，用U来表达U＝δ/t＝KItηK×100/(Sγ)/t＝KDKηK×100/γ,单位是μm/h。电镀液主盐主盐就是镀液中能在阴极上沉积处所规定镀层金属盐，是用来提供金属离子。对于拟定镀液，主盐浓度要有一种适当范畴，或者与镀液中其他成分维持恰当浓度比值。主盐浓度升高，沉积速度加快。但是主盐浓度升高，金属容易在阴极析出，极化下降，得到镀层结晶较粗，咱们但愿得到是细小结晶，因而主盐浓度要维持一种恰当范畴。二、络合剂络合剂就是能络合主盐中金属离子物质。络合反映是金属离子和中性分子或阴离子洛合，形成络合物反映。有些状况下，若镀夜中主盐金属离子为简朴离子时，则镀层晶粒粗大，因而，要采用络合离子镀液。获得络合离子办法是加入络合剂，即能络合主盐中金属离子形成络合物物质。络合物是一种由简朴化合物互相作用而形成分子化合物。络合物在溶液中可分离为简朴离子和复杂络合离子。络合离子中，中心离子占据中心位置，配位体配位于中心离子周边。由于配位体与中心离子结合牢固，络合离子在溶液中溶解限度不大，仅某些溶解，它比简朴盐离子稳定，在电解液中有较大阴极极化作用。在含洛合剂镀液中，影响电镀效果重要是主盐和络合剂相对含量，即络合剂游离量，而不是络合剂绝对含量。络合剂游离量升高，阴极极化作用升高，有助于镀层结晶细化﹑镀层分散能力和覆盖能力改进。不力是减少阴极电流效率，从而减少沉积速度。与对阴极过程影响相反，络合剂游离量升高，使阳极极化减少，从而提高阳极开始钝化电流密度，有助于阳极正常溶解。此外，络合剂游离量还会影响镀层沉积速度。三、附加盐（导电盐）是指能提高溶液导电率，对主盐金属离子不起络合伙用碱金属和碱土金属盐类，或者是其他导电性物质。碱金属：IA族元素，锂、钠、钾、铷、铯、钫。碱土金属：IIA族元素，铍、镁、钙、锶、钡、镭。惯用导电盐有硫酸Na2SO4、MgSO4、铵盐、导电盐能改进镀液深镀能力，分散能力、得到细致镀层。但导电盐含量过高，会减少其他盐类溶解度。因而，导电盐含量也要恰当。四、缓冲剂缓冲剂是用来稳定溶液PH值(酸碱度)物质。普通由弱酸和弱酸盐或弱碱和弱碱盐构成。能使溶液在遇到酸或碱时，溶液PH值变化幅度缩小。普通用量为每升几十克。电镀时，阴极表面除了有金属析出，还会有析氢反映，导致局部ＰH值下降，缓冲剂能起到较好缓冲作用。阳极活化剂阳极活化剂是指镀液中能处进阳极活化物质，也叫阳极去极化剂。能使阳极电位变负。阳极活化剂作用是提高阳极开始钝化电流密度保证阳极处在活化状态而能正常溶解，惯用阳极活化剂有卤素离子、铵盐和某些有机络合剂，如酒石酸盐、硫氰酸盐、柠檬酸盐。添加剂添加剂指不会明显变化电性，而能明显变化镀层性能物质。依照在镀液中所起作用可分为：防针孔剂、抑雾剂、光亮剂、整平剂。第三节电极反映机理电极电位当把一种金属电极浸入具有该金属离子溶液中时，存在如下平衡Mn++neM金属失去电子溶解于溶液反映和金属离子得到电子而析出金属反映同步存在，当没有外电压时，这个可逆反映不久达到动态平衡。由于在反映平衡建立此前，以失去电子氧化反映为主，电极上就有多余电子存在，这样溶液中电极附近正离子就会被吸引集中到金属表面附近，同步，由于热运动，这种集中了离子又会向远方扩散。当静电引力与热运动平衡时，在电极与溶液界面就形成了一种双电层。溶液层中与金属靠得紧密一层称为紧密层，别的扩散到溶液中称为扩散层。由于形成了双电层，就产生了电位差，咱们就把由金属与该金属盐溶液界面之间产生电位差叫做该金属电极电位。如果规定溶液本体电位为零，电极相电位为ε，那么电极和溶液界面电位差就是ε。规定溶液温度为25℃、金属离子浓度为1mol/L时，测得电位叫原则电极电位。原则电极电位高低反映了金属氧化还原能力，原则电极电位负值较大金属容易失去电子被氧化，原则电极电位正值较大金属容易得到电子被还原。也就是电极电位越低，越容易氧化，电极电位越高，越容易被还原。二、极化极化就是当有电流通过电极时，电极电位偏离平衡电极电位（没有电流通过时电位）现象。阳极极化，阳极电位向正方向移动，不断变正，阴极极化，阴极电位向负方向移动，不断变负。过电位：把某一电流密度下，电极电位与平衡电位差值，称为过电位。产生极化作用重要是由电化学极化和浓差极化引起。1、电化学极化:是由于电极上电化学反映速度不大于电子运动速度导致。阴极上还原反映速度不大于外电源供应电子速度，从而使电极电位向负方向移动而引起极化作用，称为电化学极化。阳极极化：金属离子进入溶液速度不大于电子由阳极进入外导线速度，阳极上由过多正电荷积累，因而引起电极双电层上负电荷减少，于是阳极电位就向正方向移动，产生阳极极化。2、浓差极化：由于溶液中离子扩散速度不大于电子运动速度导致。电解过程当中，浓差极化是由于电极附近溶液浓度与本体溶液（离电极较远，浓度均匀溶液）浓度发生差别产生。例如，在阴极附近金属离子沉积到电极上去，使该处金属离子浓度不断减少，而溶液本体中金属离子扩散到该处进行补充速度赶不上沉积速度从而使电极附近金属离子浓度比本体溶液中金属离子浓度要低，这样就形成了浓度梯度，由此引起电位移动。电流增大，引起浓差极化越大。浓差极化也是使阴极电极电位变得更负，阳极电位变得更负。三、金属电沉积过程电镀过程是电解液中金属离子在外电场作用下，在阴极上放电沉积过程。完毕沉积过程分三个环节液相传质：液相中水化金属离子或络合金属离子从溶液内部向阴极界面迁移，到达阴极双电层溶液一侧。电化学反映：水化金属离子或络合金属离子通过双电层，并去掉水化分子或配位体层，从阴极上得到电子而变成金属原子。电结晶：金属原子延金属表面扩散到达结晶生长点，以金属原子态排列在晶格，形成镀层。电镀时，这三个环节是同步进行，但是进行速度不同，速度进行最慢一种被称为整个沉积过程控制性环节。哪一种环节作为控制性环节，最后电沉积成果是不同样。1、液相传质环节三种方式：电迁移、对流和扩散。电迁移液相中带电粒子在电场作用下向电极迁移一种传质过程。带电粒子也许是进行电极反映离子，也也许是不参加电极反映离子。例如导电盐、或是过剩络合剂，它们解离出大量带电粒子参加电迁移过程，而参加电极反映带电粒子仅占其溶剂一小某些，因而，电迁移作用可以忽视不计。对流物质粒子随着液体流动而传送，就是对流传质。镀液在不搅拌状况下，镀液流速很小，近似出于静止状态，这时对流影响也可以忽视。扩散溶液中某一组分存在浓度差，该组分物质就会从高浓度区向低浓度区迁移，这个过程叫扩散传质。电镀时，阴极表面附近参加电极反映金属离子，不断得电子而析出，使参加电极反映金属离子不断被消耗，这样阴极表面附近这种金属离子浓度就会下降，在阴极表面附近就浮现了参加电极反映金属离子浓度高低逐渐变化溶液层，称为扩撒层，扩散两端这种金属离子浓度差推动金属离子不断通过扩散层扩散到阴极表面。溶液不需要流动就可以发生传质过程，扩散总是存在，它是液相传质重要控制环节。如果传质作为电沉积控制环节，则电极以浓差极化为主。由于在发生浓差极化时，阴极电流密度要较大，并且达到极限电流密度时，阴极电位才急剧向负偏移，这是很容易产生镀层缺陷。因而，电镀生产不但愿传质环节作为电沉积过程控制环节。2、电化学反映水化金属离子或络离子通过双电层到达阴极界面后，不能直接放电生成金属原子，而必要通过在电机表面转化过程。水化限度较大简朴金属离子转化为水化限度较小简朴离子，配位数较高络合离子转化为配位数较低络合金属离子，然后，才干进行得电子电化学反映。例如，在碱性氰化物镀锌时，Zn(OH)42-=Zn(OH)2+2OH-（配位数减少）Zn(OH)2+2e=Zn+2OH-(脱去配位体)金属离子在电极上通过与电子电化学反映生成吸附原子。如果电化学反映速度无穷大，那么电极表面上剩余电荷没有任何增减，金属与溶液界面间电位差无任何变化，电极反映在平衡电位下进行。事实上，电化学反映速度不也许无穷大，金属离子来不及把外电源输送过来电子及时完全消耗掉。于是，电极表面上积累了更多电子，相应变化了双电层构造，电极电位向负方向移动，偏离了平衡电位，引起电化学反映。如果电化学环节作为电沉积过程控制环节，则电极以电化学极化为主。电化学极化对获得良好结晶镀层非常有利，它是人们谋求最佳工艺参数理论根据。3电结晶环节它是吸附原子在阴极表面按一定规律列成新晶体过程。金属离子放电后形成吸附原子在金属表面移动，寻找一种能量较低位置，在脱去水化膜同步，进入晶格。如图3—1所示中a﹑b﹑c三个位置，晶粒自由表面不同，金属原子在自由表面多位置上受到晶格中其她原子所吸引较小，其能量较高。因此，a﹑b﹑c三个位置能量一次下降。显然，金属原子一方面进入能量低位置，因而，晶面生长只能在c或b﹑c这样“生长点”或“生长线”上。外电流密度大小决定了电结晶按不同生长方式进行。（2.65）在外电流密度较小，过电位较低状况下，金属离子在阴极上还原数量不多，吸附原子能量较小，且晶体表面上“生长点”和“生长线”也不多。吸附原子在电极表面上扩散相称困难，表面扩散控制着整个电结晶速度。电结晶过程重要是在基体原有晶体上继续生长，很少形成新晶核。在这种省长方式下，晶粒长得比较粗大。如果晶面生长完全按照图所示方式进行，则当每一层面长满后来，“生长点”和“生长线”就消失了，晶体继续增长就要形成新晶核。事实上，绝大多数实际晶体生长都不是如此。在实际晶体中，由于包括螺旋位错以及其她缺陷，晶面环绕着螺旋位错线生长，“生长线”就永远不会消失。随着外电流密度增长，过电位增大，吸附原子浓度逐渐增大，晶体表面上“生长点”和“生长线”也大大增长。由于吸附原子扩散距离缩短，表面扩散变得容易，因此来不及规格排列在晶格上。吸附原子在晶体表面上随便“堆砌”，使得局部地区不也许长得过快，所获得晶粒自然细小。这时放电环节控制了电结晶过程。在外电流密度相称大，过电位绝对值很大状况下，电极表面上形成大量吸附原子，她们有也许汇集在一起，形成新电荷。极化越大，精粒越容易形成，所得精粒越细小。为了获得细致光滑镀层，电镀时总是设法使得阴极极化大某些。但是单靠提高电流密度增大电镀过程阴极极化也是不行。由于电流密度增大时，电化学极化增大不多，而浓差极化到增长得很厉害，成果反而得不到良好镀层。第四节影响电镀质量因素影响电镀质量因素诸多，涉及镀液各种成分以及各种电镀工艺参数。下面就某些重要因素进行讨论。1PH值得影响镀液中PH值可以影响氢放电电位，碱性夹杂物沉淀，还可以影响络合物或水化物构成及添加剂吸附限度。但是对各种因素影响限度普通是不可预见。最佳PH值往往是通过实验拟定。在具有络合剂粒子镀液中，PH值也许影响存在各种络合物平衡，因而必要依照浓度来考虑。电镀过程中，若PH值增大，则阴极效率比阳极高，PH值减小则反之。通过加入适量缓冲剂可以将PH值稳定在一定范畴。2添加剂影响镀液中光亮剂﹑整平剂﹑润滑剂等添加剂能明显改进镀层组织。这些添加剂有无机和有机之分。无机添加剂起作用因素是由于她们在电解液中形成高分散度氢氧化物或硫化物胶体，吸附在阴极表面阻碍金属析出，提高阴极极化作用。有机添加剂起作用因素是此类添加剂多为表面活性物质，她们会吸附在阴极表面形成一层吸附膜，阻碍金属析出，因而提高阴极保护作用。此外，某些有剂添加剂在电解液中形成胶体，会与金属离子络合成胶体——金属离子型络合物,阻碍金属离子放电而提高阴极极化作用.3电流密度影响任何电镀液都必要有一种能产生正常镀层电流密度范畴。当电流密度过低时，阴极极化作用减小，镀层结晶粗大，甚至没有镀层。随着电流密度增长，阴极极化作用随着增长，镀层晶粒越来越细。当电流密度过高，超过极限电流密度时，镀层质量开始恶化，甚至浮现海绵体﹑枝晶状﹑“烧焦”及发黑等。电流密度上限和下限是由电镀液本性﹑浓度﹑温度和搅拌等因素决定。普通状况下，主盐浓度增大，镀液温度升高，以及有搅拌条件下，可以容许采用较大电流密度。4电流波形影响电流波形影响是通过阴极电位和电流密度变化来影响阴极沉积过程，她进而影响镀层组织构造，甚至成分，是镀层性能和外观发生变化。实践证明，三相全波整流和稳压直流相称，对镀层组织几乎没什么影响，而其她波形则影响较大。例如，单相半波会使镀铬层产生无光泽黑灰色；单相全波会使焦磷酸盐镀铜及铜锡合金镀层光亮。5温度影响镀液温度升高能使扩散加快，减少浓差极化；此外，升温还能使粒子脱水过程加快。离子和阴极表面活性增强，也减少了电化学极化，导致结晶变粗。另一方面，温度升高能增长盐类溶解度，从而增长导电和分散能力；还可以提高电流密度上限，从而提高生产效率。6搅拌影响搅拌可减少阴极极化，是晶粒变粗，但可提高电流密度，从而提高生产率。此外，搅拌还可增强整平剂效果。电镀工艺一、镀前解决镀前解决：使镀件表面有良好光洁度，去除表面粗糙不平、腐蚀产物和污垢。磨光：运用磨料颗粒尖角磨除工件表面划痕、车削刀纹、砂眼、毛刺、腐蚀产物。磨光要在磨光机上进行。抛光：消除磨光留下磨痕，使工件表面具备镜面般光泽，抛光办法有化学、电化学、机械抛光。喷砂解决：以压缩空气为动力，带动干燥石英砂、钢砂或河砂，形成砂流，喷射到工件表面，来清除工件表面毛刺、氧化皮、焊瘤等。除油：工件表面油污，导致工件与镀液隔离，影响镀层沉积。溶剂除油、化学除油、电化学除油。浸蚀：在酸、酸性盐或碱溶液中解决工件，除去金属表面氧化物。二、镀锌1、镀锌目锌是较活泼金属，锌原则电极电位是-0.76V，它电位比铁负，对铁来说是阳极，用来防止钢铁腐蚀。镀锌有热浸镀和电镀两种办法，热浸镀锌容易获得50g/m2以上厚度镀层，而电镀锌可以经济地获得50g/m2如下镀层厚度。2、电镀锌工艺电镀锌工艺可采用酸性电镀液镀锌、碱性电镀液镀锌两种，使用纯锌作为阳极。酸性电镀液镀锌工艺硫酸锌(g/L)氯化铵(g/L)硫酸铝(g/L)24015－5030PH值电流密度温度3.5-4.51-320-30碱性电镀液镀锌工艺氰化锌(g/L)氰化钠(g/L)氢氧化锌(g/L)602353PH值电流密度温度131-240－50酸性电镀液价廉并且电流效率大，电镀速度快，容易管理，缺陷是均镀能力差。碱性电镀液镀锌价格较高，均镀能力好，如果添加硫脲还可以获得光亮镀层，但氰化物有剧毒。镀锌层后解决：去氢：钢铁制件经除油、浸蚀、电镀过程，有析氢吸附，会形成内应力，引起氢脆，镀锌后要进行加热解决，普通在200℃加热2小时，来消除氢脆和内应力。钝化：为提高锌镀层抗蚀能力，将刚镀过工件放入铬酸及其盐类溶液中，使表面生成稳定性较高铬酸盐薄膜。三、镀铜铜电位比铁正，钢铁件上镀铜层呈阴极性，当镀层有孔隙时，铁会呈阳极加速腐蚀，因此镀铜不单独用作防护和装饰，镀铜重要用于多层电镀，用作防护装饰性镀层体系底层或中间层，来提高基体金属同表面镀层结合力，还可以用于钢铁件防渗碳、印刷线路板、塑料电镀和电铸模等方面。普通硫酸盐镀铜工艺硫酸铜(g/L)硫酸(g/L)150－25045－110电流密度A/dm2温度℃1－320－50硫酸盐镀铜镀液成分简朴，电流效率高，溶液稳定，不产生有害气体，如果加进光亮剂，还可以得到非常光亮镀层，缺陷是均镀能力较差。采用氰化物镀铜液，能得到均匀、附着性好镀层。四、镀镍镍是白色金属，硬度高，具备磁性，易抛光而光泽性好，可以作为表面镀层，也可作为多层电镀底层或中间层，镍在空气中能生成一层钝化膜，耐蚀性较好。应用最广“瓦特”型镀液工艺硫酸镍(g/L)氯化镍(g/L)硼酸(g/L)2404530电流密度A/dm2温度℃PH值2－740－604.5-5.5硼酸调节PH值五、镀铬铬是略带蓝色银白金属，镀铬具备美丽光泽，耐腐蚀，硬度高，摩擦系数小，放光能力强，有较好耐热性。重要有装饰－防护性镀铬、镀硬铬（耐磨铬）、乳白镀铬（用于汽车、飞机、船舶上零件）、槽孔镀铬（镀铬后，进行阳极槽孔解决，使镀层网状裂纹扩大和加深，以达到能储存润滑油，减少零件摩擦系数，延长使用寿命目，用于内燃机、压缩机活塞环）。配方及工艺条件铬酸酐(g/L)硫酸(g/L)硅氟酸(g/L)2501.258-10电流密度A/dm2温度℃30-6055-60硅氟酸对铬镀层有活化作用，提高电流效率。六、合金镀电镀合金：在阴极上同步沉积出两种或两种以上金属，形成构造和性能符合规定镀层工艺过程，称为电镀合金。与单金属镀层相比，合金镀层可以进一步改进金属镀层性能，还可以获得单金属镀层无法达到特殊功能，例如：外观、颜色、硬度、磁性、半导体性、耐蚀、装饰等方面性能。电镀合金范畴很大，当前可以电镀合金大概有二百各种。电镀合金原理1、金属共沉积条件电镀合金除了具备单金属电镀基本条件，还应当具备两个基本条件：构成合金镀层金属中，至少有一种金属能单独从其盐水溶液中沉积出来。有些金属原则电极电位很负金属，如金属钨不容易被还原，很难从其盐水溶液中以纯金属形式沉积出来，但溶液中有镍离子或钴离子存在，由于形成了合金，使电位较负钨得以还原电极电位向正方向移动，与镍或钴离子共同沉积出来。两种金属析出电位要十分接近，如果它们析出电位相差太大，电位较正金属将优先沉积，甚至完全排斥电位较负金属沉积。要想使活泼金属同步析出，就必要满足在不态高电流密度下，达到它们析出电位。那么，是不是两种金属电极电位相差太大，它们就不能在阴极上共同沉积了呢，固然不是，只要采用适当办法来使它们析出电位接近，它们就可以在阴极共同沉积形成合金镀层。重要办法有：变化镀液中金属离子浓度，增大电位较负金属离子浓度使它电位正移，将低电位较正金属离子浓度使它电位负移。从而使它们电位接近。采用络合剂，能使金属电极电位变负，所选络合剂一定要使电位较正金属析出电位变负幅度不不大于电位较负金属析出电位变负幅度。采用恰当添加剂，有些添加剂，虽然加量很少，却能明显增大或减少阴极极化，而变化金属析出电位。2、合金共沉积类型（1）正则共沉积（2）非正则共沉积（3）平衡共沉积（4）异常共沉积（5）诱导共沉积工艺参数对电镀合金影响（1）镀液组分影响镀液中金属浓度比影响：是影响合金组构成最重要因素，对于正则共沉积，提高镀液中不活泼金属浓度，镀层中不活泼金属含量也按比例增长，对于非正则共沉积，提高镀液中不活泼金属浓度，镀层中不活泼金属含量也随之提高增长，但却不成比例。镀液中金属总浓度影响：在金属浓度比不变状况下，变化镀液中金属总浓度，在正则共沉积时将提高不活泼金属含量。对非正则共沉积，增大总浓度，不活泼金属在合金中含量要看金属在镀液中浓度比而定，也许增长也也许减少。络合剂浓度影响：在单一络合剂同步络合两种离子镀液中，络合物含量增长，如果其中某一金属沉积电位比另一金属沉积电位变负得多，那么该金属在合金镀层中含量就下降。PH值影响：在简朴离子镀液中，PH值对镀层组分影响不大，在含络离子镀液中，PH值变化往往影响络离子构成与稳定性。对镀层构成影响也较大。（2）工艺参数影响电流密度影响：电流密度增长，阴极化限度加大，有助于电位较负金属析出，镀层中较负金属含量升高。温度影响：温度升高会提高阴极电流效率，电流效率提高较多金属，会提高它在沉积合金中含量。温度升高，由于扩散和对流速度加快，镀层中电位较正金属含量增长。搅拌影响：提高电位较正金属在合金中含量。化学镀基本原理什么是化学镀在没有外电流通过状况下，运用化学办法使溶液中金属离子还原并沉积基体表面，形成镀层过程。与电镀区别？与电镀相比，它不需要外电源，操作简朴，不但能在金属上夺获得镀层，还能在非金属（塑料、陶瓷），半导体材料上获得镀层，不论零件形状限制，都能获得均匀镀层。缺陷是溶液稳定性差，使用温度高，寿命短。二、反映原理1、水溶液中金属沉积反映方程式Mn++ne→M溶液中金属离子，接受电子转变为金属原子，并在恰当条件下在工件表面形成镀层。发生是还原反映。化学镀所需电子是通过化学反映直接在溶液中产生，而电镀所需电子是通过外加电源获得。化学镀可分为置换镀和化学还原镀。2、置换镀以电位较负金属工件浸在电位较正金属盐溶液中，使电位较正金属被还原而沉积在工件表面。例如金属锌上化学镀铜Zn2+/Zn原则电极电位-0.763,Cu2＋/Cu原则电极电位0.337,Zn+Cu2+Zn2++Cu铜将会在锌表面形成镀层。当锌表面完全被铜层覆盖，就再无电子产生，铜沉积也就停止。因此，置换镀只能获得较薄镀层。3、化学还原镀还原镀是再金属催化作用下，通过可控制氧化还原反映而产生金属沉积过程。这种办法不是通过金属溶解，而是依托还原剂化学反映Rn++MZ+R(n+z)＋+M再这里还原剂Rn+被氧化成R(n+z)＋，而自由电子使MZ+还原，还原剂电位应当明显低于沉积金属电位。4、镀液重要构成（1）浓度较低金属盐。（2）还原剂，提供电子。酸性溶液使用次磷酸盐、亚磷酸盐、亚硫酸氢盐、亚硫酸盐作还原剂，碱性溶液使用甲醛、甲酸盐、酒石酸钠等作还原剂。（3）络合剂，控制沉积速度、抑制沉淀。乙二酸、柠檬酸、酒石酸、氯化铵。（4）缓冲剂，使镀液PH值保持不便。醋酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钠、（5）稳定剂，提高溶液稳定性，并抑制自发分解反映。含硫化合物。化学镀镍-磷化学镀镍－磷：把用还原剂将水溶液中镍离子还原位金属镍，并沉积到金属表面上去同步金属层中具有一定磷。使用还原剂有，次磷酸钠、硼氢化物、胺基硼烷等。用最多是次磷酸盐。化学镀镍机理关于化学镀镍机理，有两种说法（1）原子氢态理论镀液加热，次亚磷酸盐根再水中脱氢，形成亚磷酸根，同步放出初生态原子氢H2PO2-+H2OHPO3-+2H+H+初生态原子氢，吸附催化金属表面二使之活化，使镀液中镍离子还原，再金属表面沉积金属镍Ni2++2HNi+2H+随着次亚磷酸根分解，还原成磷，镍原子和磷原子共同沉积而形成镍－磷合金H2PO2-+HH2O+OH-+P3P＋NiNiP32HH2（2）电化学理论阳极反映：H2PO2-+H2OHPO3-+2H+＋2e阴极反映：Ni2++2eNiH2PO2-+e2OH-+P2HH2金属化反映：3P＋NiNiP3二、镀镍工艺镀液有两种类型，酸性镀液和碱性镀液次磷酸钠化学镀镍工艺规范镀液构成质量浓度g•••L-1酸性镀液碱性镀液配方1配方2配方3配方4配方5氯化镍硫酸镍次磷酸钠苹果酸柠檬酸钠琥珀酸氟化钠乳酸丙酸氯化铵焦磷酸钠铅粒子中和用碱工艺规范PH值温度/℃沉积速度/μm•h-1212475NaOH690—1001530263018NaOH4—585—95152824272.50.001NaOH4—590—10020202010L35NH4OH9—108517252550NH4OH10—17015三、影响镀层质量因素（1）