金属材料表面改性处理

金属材料表面改性处理5.1转化膜处理

转化膜处理是将工件浸入某些溶液中,在一定条件下使其表面形成一层致密的保护膜,提高工件防腐蚀的能力,增加装饰作用。常用的转化膜处理有氧化处理和磷化处理.5.1.1氧化处理

1.钢的氧化处理(发蓝处理)

定义:

工艺过程:

应用:2.铝的氧化过程5.1.2磷化处理定义:

工艺过程:★

应用:第2页,共24页，2024年2月25日，星期天钢铁工件发蓝处理工艺过程化学除油水洗酸洗水洗氧化水洗补充处理水洗吹干检验★影响因素:碱浓度、温度、工件含碳量第3页,共24页，2024年2月25日，星期天钢铁工件发蓝处理工艺过程溶液组成及质量浓度温度/℃时间/min1化学除油并水洗苛性钠30~50、碳酸钠30~50、磷酸三钠30~40、水玻璃5~10＞6010~152酸洗后水洗硫酸150~200、缓蚀剂0.5~150~605~103氧化并水洗苛性钠550~650、硝酸钠130~180135~14515~204补充处理重铬酸钾或肥皂30~5085~9010~155水洗6吹干7检验第4页,共24页，2024年2月25日，星期天铝的氧化处理铝的氧化目的：化学氧化工艺：碱性溶液化学氧化酸性溶液化学氧化铬酸盐化学氧化磷酸盐—铬酸盐化学氧化电化学氧化工艺（阳极氧化）：常用电解液有：硫酸（WH2SO4为15%~20%）、铬酸（WCrO3）为3%~10%）、

草酸（WH2CO4为2%~10%）为了防止阳极氧化生成的多孔结构被腐蚀和污染，必须进行封闭处理。常用蒸汽封闭法、盐溶液封闭法、石蜡或油类或树脂类封闭法。第5页,共24页，2024年2月25日，星期天磷化工艺分类

溶液成分的质量浓度

/g。L-1溶液温度/ºC处理时间/min低温磷化磷酸锰铁盐30~40硝酸盐140~160氟化钠2~5

室温

30~45中温磷化磷酸二氢锌25~40硝酸锌80~10050~7015~20高温磷化磷酸锰铁盐30~35硝酸锌55~6590~9810~15第6页,共24页，2024年2月25日，星期天5.2电镀

定义:在电解液中-零件表面镀上金属薄层,-保护和装饰作用,

也可用于部分修复.

对非金属材料电镀,应先进行金属化处理,如化学镀.电镀工艺过程:

工件预处理(除锈、除油、清洗）工件作阴极被镀金属作阳极在电解液中电镀普通镀铬工艺:应用:①修复磨损、增大尺寸;②提高耐腐蚀性;③提高耐磨性;④提高表面美观装饰性;⑤特殊用途,如:防局部渗碳的镀铜、防局部渗氮的镀锡、提高导电性的镀银等.

刷镀第7页,共24页，2024年2月25日，星期天普通镀铬工艺

预处理和镀前处理电镀标准镀铬溶液铬酐250g/L、硫酸2.5g/L

电镀温度42~50ºC、阳极铅（常加6%锑或锡）、电压6~12V，电流密度16~40A/dm2，补充铬酐使溶液成分保持稳定.

电镀后处理漂洗烘烤除氢175~180℃第8页,共24页，2024年2月25日，星期天刷镀示意图1—工件2—镀液3—供液瓶4—棉花包套5—阳极6—镀笔7—直流电源8—接液盘第9页,共24页，2024年2月25日，星期天镀铬的刷镀液的组成和工艺条件组成和工艺条件质量浓度/g.L-1硝酸铬Cr(NO3)氨水NH4OH水合肼草酸丁二酸F-53PH值阳极380~42011030~40180~220160~1800.056.8~7.5石墨第10页,共24页，2024年2月25日，星期天5.3.1化学气相沉积法

定义:化学气相沉积是在高温下将炉内抽成真空或通入氢气,然后通入反应气体并在炉内产生化学反应,使工件表面形成覆层的方法,简称CVD法.

应用:刀具、模具、工具、零件等,目的是提高其耐磨性.TiCl4+CH4+H2TiC+4HCl+H2

特点:反应温度高,需通入大量氢气,工件易产生氢脆,且不安全,废气HCl有毒.第11页,共24页，2024年2月25日，星期天5.3.2物理气相沉积法定义:物理气相沉积法是把金属蒸气离子化后在高压静电场使离子加速并沉积于金属表面形成覆层的方法,简称PVD法.特点:沉积温度低,速度快,渗层成分和结构可控制,无公害.1.真空溅射:(以沉积TiC为例）工艺方法：在真空钟罩内通入氩气，在真空度为1。33×10-1Pa的氩气中，作为阴极的碳化钛带有负1~4kV的高压。在阴极靶与工作台之间的两侧有两根钨丝作为灯丝，灯丝被加热到白热状态并使其带有0~100kV负偏压时发射电子，使钟罩内氩气电离氩离子（Ar+）以极快速度轰击碳化钛靶，使碳化钛以分子状态溅射并沉积于安装在工作台上作为阳极的工作表面，在工件表面涂覆一层高硬度碳化钛。速度:1.1~1.5μm/h、刀具碳化钛的厚度达4~6μm、模具的厚度达6~8μm，其硬度达2500-4000HV。第12页,共24页，2024年2月25日，星期天高频离子镀装置示意图1—工件2--高频激励线圈3—钛4—气体入口5—针阀6—测温热电偶第13页,共24页，2024年2月25日，星期天5.4热喷涂定义:在高温热源作用下,将金属、合金、金属陶瓷、陶瓷等材料熔化或部分熔化,并通过高速气流使其成为雾化微粒,喷向工件表面后构成喷涂层的方法称为热喷涂.热喷涂工艺过程：表面制备、预热、预喷粉、喷熔、冷却、喷层后期加工热喷涂方法：电弧喷涂、火焰喷涂、等离子弧粉末喷涂应用：用于钢材抗大气腐蚀时，喷铝层0.1mm，喷锌层0.15mm，在静止状态下可保护基体达10年之久。用于耐热构件上，如工作温度≤500℃，则喷铝0.175mm后不需其他处理；工作温度≤900℃，喷铝合金后，在800~900℃加热扩散；工作温度≤1000℃，则喷镍铬合金0.375mm后再喷0.10的铝层，并涂煤膏沥青溶液，干后再进行加热扩散。用于修理磨损曲轴和机床传动轴时，先用镍拉毛后再用电弧热喷涂法喷钢（45钢、弹簧刚），修复磨损表面。第14页,共24页，2024年2月25日，星期天电弧热喷涂原理1—送丝枪2--喷头3—防光罩4—空气帽5—工件6—空气喷嘴7—前导管8—金属丝第15页,共24页，2024年2月25日，星期天火焰喷涂原理1—工件2—金属丝喷孔3—氧-乙炔喷孔4—空气帽5—混合室6—送丝滚轮7—金属丝第16页,共24页，2024年2月25日，星期天等离子弧粉末喷涂示意图1—涂层2—电源3—钨极4---喷嘴5—冷却水6—等离子焰7—飞行中的粉末粒子8—工件第17页,共24页，2024年2月25日，星期天5.5涂装

定义:利用喷射、涂饰等方法，将有机涂料涂覆于工件表面并形成与基体牢固结合的涂覆层过程称为涂装。目的：提高耐磨性、美化工件表面（掩饰表面缺陷、丰富色彩）、保护表面免受外界（空气、水分、阳光及其他腐蚀介质）侵蚀。还可色彩伪装、防红外伪装、电气绝缘等。涂料一般由成膜材料、颜料、溶剂、助剂四部分组成。方法：浸涂法、空气喷涂法、静电喷涂法、电泳涂装法、粉末涂装法第18页,共24页，2024年2月25日，星期天浸涂法

浸涂法是将工件浸入漆槽中进行涂装的方法，自动浸涂是将工件置放在悬链上，借悬链沿轨道的运动自动浸入漆槽中涂漆。特点：工艺简单、省工省料、，便于实现自动化，常用于大批量生产的流水线上。第19页,共24页，2024年2月25日，星期天空气喷涂法

喷涂法是利用压缩空气，用喷枪将油漆雾化并喷射到工件上的方法。特点：漆膜均匀、平滑、喷射灵活。适合各种大小的工件。但漆的利用率低。第20页,共24页，2024年2月25日，星期天静电喷涂

静电喷涂是用静电喷枪使油漆雾化并带有负电荷，与接地的工件间形成高压静电场，静电引力使漆雾均匀沉积在工件表面，形成均匀的漆膜。特点：漆膜均匀、生产率高（比空气喷涂高1~3倍）、油漆利用率高（可达80%~90%）、污染少、易于实现自动化。第21页,共24页，2024年2月25日，星期天电泳涂装

电泳涂装是将电泳漆用水稀释到固体成分为10%~15%工件作为直流电正极浸入电泳槽内，电泳漆中的树脂和颜料在电场作用下移向阳极并沉积于工件表面，形成不溶于水的漆层，然后用水冲去附于工件表面的残液，烘干后形成均匀的漆层。特点：漆膜厚度均匀、质量好、边缘覆盖好，涂料利用率高（可达95%以上），生产率高，便于实现自动化，污染小。第22页,共24页，2024年2月25日，星期天粉末涂装

粉末涂装的基本方法有静电喷涂法和硫化床法两种。1）粉末静电喷涂的电源由高压静电发生器供给，其产生的高电压接到喷枪的内部或前端。粉末在供粉器中与空气流混合，进入喷枪，在喷枪内部和出口处带上电荷。在静电场的作用下，粉末粒子飞向接地的工件上，当粉末涂覆一定厚度时，后来的粉末由于同性相斥而不能被吸附，使膜厚均匀地覆盖工件。