第五章金属材料表面改性处理教学提纲.ppt

第五章 金属材料表面改性处理5.1 转化膜处理 5.2 电镀5.3 离子沉积 5.3.1 化学气相沉积法 5.3.2 物理气相沉积法5.4 热喷涂5.5 涂装5.6 表面着色和染色本章小结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:第五章 金属材料表面改性处理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3050、碳酸钠3050、磷酸三钠3040、水玻璃5106010152酸洗后水洗硫酸150200、缓蚀剂0.5150605103氧化并水洗苛性钠550650、硝酸钠13018013514515204补充处理重铬酸钾或肥皂3050859010155水洗6吹干7检验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五章 金属材料表面改性处理磷化处理工艺磷化工艺分类 溶液成分的质量浓度 /gL-1溶液温度/C处理时间/min低温磷化磷酸锰铁盐 3040硝酸盐 140160氟化钠 25 室温 3045中温磷化磷酸二氢锌 2540硝酸锌 80100 5070 1520高温磷化磷酸锰铁盐 3035硝酸锌 5565 9098 1015第五章 金属材料表面改性处理5.2 电镀 定义:电镀是在电解液中使零件表面镀上一层金属薄层,起到保护和装饰作用,有时也可用于零件的部分修复.对非金属材料进行电镀时,应先对非金属表面进行金属化处理,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:电镀的应用:修复磨损零件、增大零件尺寸; 提高零件的耐腐蚀性;覆盖耐磨性镀层,提高耐磨性;提高零件表面美观装饰性;其他特殊用途,如:防止局部渗碳的镀铜、防止局部渗氮的镀锡、提高零件导电性的镀银等. 刷镀第五章 金属材料表面改性处理普通镀铬工艺 金属经过预处理和镀前处理后进行电镀,镀液是标准镀铬溶液(铬酐250g/L、硫酸2.5g/L),电镀温度为4250C、阳极使用铅（常加6%锑或锡）、电压为612V，电流密度为1640A/dm2，在镀铬时，需要向铬酸溶液中不断补充铬酸酐，使溶液成分保持稳定.材料经电镀后要进行漂洗,并在175180烘烤除氢。

第五章 金属材料表面改性处理刷镀示意图第五章 金属材料表面改性处理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值阳极材料38042011030401802201601800.056.87.5石墨第五章 金属材料表面改性处理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+H2 TiC+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.第五章 金属材料表面改性处理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。

3310-1Pa的氩气中，作为阴极的碳化钛带有负14kV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0100kV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:1.11.5m/h、刀具碳化钛的厚度达46 m、模具的厚度达68 m，其硬度达2500-4000HV第五章 金属材料表面改性处理高频离子镀装置示意图第五章 金属材料表面改性处理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800900 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），修复磨损表面第五章 金属材料表面改性处理电弧热喷涂原理第五章 金属材料表面改性处理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金属丝火焰喷涂原理第五章 金属材料表面改性处理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金属丝等离子弧粉末喷涂示意图第五章 金属材料表面改性处理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 、粉末涂装法第五章 金属材料表面改性处理浸涂法 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。

第五章 金属材料表面改性处理空气喷涂法 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五章 金属材料表面改性处理静电喷涂 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13倍）、油漆利用率高（可达80%90%）、污染少、易于实现自动化第五章 金属材料表面改性处理电泳涂装 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，污染小第五章 金属材料表面改性处理粉末涂装 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被喷涂的工件在固化炉中将粉层熔融、流平和固化，形成均匀的膜层2）硫化床法是在容器内装一孔径为0.40.8m的多孔板，在板上的粉末由于板下的压缩空气通入而产生沸腾状，加热后的工件浸入沸腾的粉层而粘上粉末层，其厚度可根据工件浸入时间和工件预热温度来调整，然后再经过烘烤进行固化，形成平滑的膜层第五章 金属材料表面改性处理5.6 表面着色和染色 金属的着色是通过化学或电化学等处理方法,使金属自身表面产生色调的变化并保持金属光泽的工艺. 着色方法：化学法：是利用溶液与金属表面产生的化学反应生成氧化物、硫化物等有色化合物置换法：是溶液中金属离子进行化学置换反应并沉积在工件表面，形成有色薄膜热处理法：是将工件置于一定环境氛围中热处理，使其表面形成具有适当结构和色彩的氧化膜电解法：是将工件置于一定的电解液中进行电解处理，使工件表面形成多孔、无色的氧化膜，然后再进行着色或染色处理，形成各种色彩的膜层 着色前处理：电镀（钢铁） 着色后处理：涂覆一层透明的保护膜 金属的染色是通过金属表面的微孔或吸附作用和化学反应将染料均匀涂覆在金属表面，也可利用电解法使金属离子与染料共同沉积在金属表面形成色彩。

第五章 金属材料表面改性处理铜的着色处理金属颜色溶液备注铜黑色NaOH 50g/L、K2SO5 10g/L古青铜色K2S 1050g/L仿金色Na2S2O3 120g/L、Pb（C2H3O2）2 40g/L黄铜兰色Pb（C2H3O2）2 1530g/L、Na2S2O3 60g/L、HC2H3O2 30mL/L温度：82金属绿色Fe（NO3）26H2O 7.4g/LNa2S2O3 44.7g/L温度：71浅棕色BaS 3.7g/L（NH4）2CO3 1.9g/L第五章 金属材料表面改性处理铝的着色处理颜色溶液备注青铜色-黑色硫酸镍25g/L、硫酸镁20g/L硫酸铵15g/L、硼酸25g/L1017V 0.20.4A/dm2，pH：4.4，215min，温度20浅黄-深古铜硫酸亚锡10g/L硫酸1015g/L、稳定剂适量816V，pH：11.5，2.5min金绿色硝酸银0.5g/L、硫酸10g/L10V，Ph：3 ，3min浅黄色亚硝酸钠0.5g/L、硫酸5g/L8V，Ph2，3min红棕色草酸5g/L、草酸铁580g/L硫酸0.54.5g/L2035V，5.2A/dm2，2022，1525m第五章 金属材料表面改性处理本章小结 本章主要介绍了常见的几种金属材料表面改性处理方法： 转化膜处理（氧化处理、 磷化处理）、电镀、离子沉积（化学气相沉积法、物理气相沉积法）、热喷涂、涂装、表面着色和染色。

表面改性的目的是提高金属材料的耐蚀性、耐磨性，同时，也可对装饰金属表面的外观第五章 金属材料表面改性处理。