1、表面处理技术表面处理技术一、金属的腐蚀按原理分：1.化学腐蚀（缓慢的、均匀的、没有腐蚀电流产生）化学 浸蚀溶解2.电化学腐蚀（有腐蚀电流产生，快速的、不均匀的）是最广 泛的腐蚀形式按破坏形式分：点蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、腐蚀 疲劳、丝状腐蚀、磨损腐蚀等。按腐蚀介质分：大气腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀、生物腐蚀、 融盐腐蚀等二、电化学腐蚀原理1.阴极，阳极、腐蚀介质（电解液） 构成原电池，阳极发生腐蚀溶解，产生腐蚀电流。铜锌电池原 理图2.金属的标准电极电位 金属活动性顺序表（钾钙钠镁铝锌铁锡铅（氢）铜汞银铂金） 活性越强，电位越负，自然界没有金属态存在（如钠、钾、铝） ；电 位越正，自然
2、界有金属态存在（如铜、银、金） 。稳态能级原子序数小的碱金属、碱土金属很容易失去电子 达到稳态能级，形成金属离子。大原子序数金属表面电子多，能级较 高，较小的能量不容易引起电子跃迁，稳态发生变化，因此，性质很稳定。3.电位差两种材料由于标准电极电位的不同，导致两者之间形成电位差。 如果有腐蚀介质存在，就会发生电化学腐蚀。如钢材，是由铁和碳组 成，如果将钢材直接暴露在潮湿的空气中， 钢材就会很快的腐蚀生锈。 电位差越大的合金材料，越容易腐蚀，如硬铝 12（铝铜合金）和铝镁合金相比，铝镁合金耐蚀性明显好于铝铜合金。另如铝压铸件、锌 铝压铸件。三、金属的防护1.电镀/ 化学镀几种保护方式1牺牲阳极一
3、一阳极性镀层（钢铁表面各种镀锌、铜表面镀镍等）2惰性隔离层阴极性镀层 （铝合金化学镀镍， 铜合金镀银、 金）镀层必须致密无空隙，否则，腐蚀将会加剧。3镀层组合铜 +镍（双层或三层） +铬，铜 +镍+金，利用层 间电位差将纵向大电流腐蚀转化为横向小电流分散的均匀腐蚀，2.转化膜 钝化层表面形成一层致密的惰性膜层，阻止了底层的进一 步腐蚀。钢铁的发蓝，磷化、铝的化学氧化和阳极氧化，不锈钢的钝 化，铜的氧化3.涂层各种有机涂料通过固化成膜，在金属表面形成一层致密的有机保护膜。按成膜物质来分：酚醛树脂涂料、醇酸涂料、丙烯酸涂料、聚酯涂料、环氧树脂涂料、聚氨酯涂料等。按分散形式来分：有 机溶剂涂料（单组
4、分、双组分）、水性涂料、无溶剂涂料（粉末涂料）。4.表面改姓化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗） ，物理气相沉积（真空蒸 发镀、真空溅射镀、离子注入） ，激光改姓、电子束改性。四、镀覆层的设计选择1. 环境条件分类良好条件：不暴露在大气中，相对湿度不大于 70%，密封条件下， 不受腐蚀介质作用。一般条件：非露天，一般大气条件，相对湿度不大于 95%。 恶劣条件：户外、露天，受各种腐蚀介质作用，相对湿度会大 于 95%。特殊条件：高温、低温、耐磨、特殊介质环境。2. 接触偶 两种材料的电位差大小决定了接触偶得大小。电位差越大，腐 蚀越快。一般条件下，标准电极电位差不超过 0.5 伏时，可以安全使
5、用。接触偶等级：0 级不引起接触腐蚀可安全使用1 级引起接触腐蚀， 但影响不严重，在多数场合下可以使用， 热带海洋环境例外。（需进行涂装）2 级引起严重的接触腐蚀， 除在有空调的干燥室内或密封良 好的条件下，一般不宜采用。 （必须用绝缘垫片隔离）接触偶设计过程中，应尽量避免大阴极小阳极现象出现。3.镀覆层设计原则 镀覆层设计时须考虑以下各项因素：1零件的材料、结构、形状、配合公差2零件储存和使用环境条件特征3金属镀覆层的特性和分类、应用范围、厚度系列与选择原则4金属材料接触偶级别5镀覆的目的和各种性能要求6镀覆层的表示方法根据电化学特征，结构设计中尽量避免两端盲孔等溶液无法进 入或流动的区域和
6、结构，当孔较小、较深时，要增加工艺横孔，以提 高溶液流动性和改善电场分布，提高镀层均匀性和可镀性。黑色金属电镀后会不同程度的产生氢脆抗疲劳性能下降，需要受力的高强度钢和薄壁零件，要注意氢脆、疲劳和应力集中等。镀层组合不可随意设计，必须经过试验验证性能满足各项要求 的镀层组合才可以采用。带有螺纹连接、压合、搭接、铆接、电焊、单面焊等组件，因 存在缝隙，原则上不可以进行镀覆。应注意镀覆层的使用温度范围，超过允许的使用范围时，不仅 会导致性能无法达到，甚至可能引起基体金属的开裂和脆断。 在密闭情况下，应考虑有机挥发气氛对锌镉镀层的腐蚀作用。五、结构设计中常见镀覆层介绍1.镀锌镀锌层为银白色，钝化后具
7、有不同的颜色。 彩虹色钝化耐蚀性好，膜层导电，装饰性差。工艺成熟， 应用最广泛，蓝白色钝化装饰性好，耐蚀性差，适用于使用环境好、要 求不高的零件银白色钝化装饰性好，耐蚀性差，适用于使用环境好、要 求不高的零件黑色钝化有一定的装饰性、耐磨性好、耐蚀性好，适用于 有一定装饰和耐磨要求的零件。军绿色钝化有一定的装饰性、耐蚀性很好、导电性差，适 用于有一定外观装饰和好的防腐性能要求的零件。对于钢和铜，锌是阳极性镀层，在一般环境下有较好的防护性 能。但在海水、海雾直接接触的情况下，其防护性能不如镉镀层。20sMrM化处理2S 釜K24炭積H钱2含金钳r划4218grM化处現僉、化处理i215141W合金
8、化他理2*化处理化处理和 ST935ttAs不傅ww化处理Ms3 Sa2 -制賈育9|Il-4rlrsrlrl!一1-2 2 21 金&、値31幽2126不赁!o0DZwaw.Rft 处理30_9 I钢做窮ToTiTfi i?j 7r13 I IT*砖铁16ia幽 l:停合轨饨化处用 219快合金、钝化处理 220 I帳钳、氧化处理 H |怛愎件惋化处理一22 !伫 M1 0 |1彳 22TFT- 02二 2 2 二 2 R tt ttM1H110-10钢機件、代化处理U1523伍与具合金24貴 MZ32）H.WX 合 U5h合金4）杠、饲复合层）5lCrl8Ni9Ti 的不傍钢$地区（无工址
9、大气形响用lb7）JtK（无工业大0-1 .使用温度不应超过 250 度，否则会产生镉脆，再低于 70度的环境和高于 70 度的水中，耐蚀性显著下降。在密封和空气不流通时， 非金属挥发物 （低分子羧酸、 酚、醛、 氨气）能腐蚀锌镀层。促使其迅速产生“白霜” 。2.镀镍 镀层为稍带淡黄的银白色，对于钢为阴极性镀层，因此，单层 镍不宜作防护层，常以铜 +镍+铬复合镀层作为防护层具有良好的抗氧化性，在 300 600度条件下能防止零件氧化， 常温下具有磁性，加热到 360 度失去磁性。硬度低于铬，只能承受轻微的磨擦。但镀层较硬不易扩善，因 此经常做为贵金属电镀和许多装饰性镀层的中间层。由于不同的添加
10、剂可以镀出成分不同镍镀层，因此派生出许多 性能不同的镀镍层并可以进行组合：暗镍、半光亮镍、光亮镍、高硫 镍、黑镍、珍珠镍。镀层特性目前，暗镍已很少使用， 其优点：镀层无应力，缺点：外观差， 不耐指纹，镀液对杂质敏感，工艺不稳定。半光亮镍：优点是镀层基本无应力，可取代暗镍。缺点是使用 添加剂，含量难以化验，只能根据试片和经验判定，精确控制有一定 的难度。光亮镍：优点是外观装饰性好，可以达到镜面光亮，镀层硬度 较高，缺点：镀层有脆性，不适用于需弯曲或垂直受力的零件，表面如果不在镀装饰铬，外观很容易氧化变色，耐磨性也不如铬层。高硫镍：镀层夹杂的硫含量较高，镀层活性较强，作为半亮镍 和两镍的中间层，提
11、高镍层间的电位差， 将纵向腐蚀转化为横向腐蚀， 起到牺牲阳极的作用，现在已很少采用。黑镍：有一定硬度和消光性，可以缓解视觉疲劳。但镀层颜色 不耐久，适用于光学、武器和铭牌等相关部件，缺点耐蚀性差，须有 后处理。工艺稳定性也不太好。珍珠镍：又叫缎面镍，沙镍。外观装饰性镀层， 具有雾面效果。 底层需亮镍打底。缺点是工艺稳定性较差。3.镀硬铬和镀装饰铬 镀铬层的颜色为稍带浅蓝色调的的银白色，铬的标准电极电位 比铁低，但由于铬在大气中具有钝化能力， 所以铬镀层对于钢是阴极 性镀层，对于铜合金（黄铜除外）是阳极性镀层，对于铝合金是阴极 性镀层。硬铬硬铬层硬度为 HV900 1200。硬铬镀层具有较高的耐
12、热性， 400 度时开始氧化，并且，硬度随 之降低。硬铬镀层具有高硬度和低的磨擦系数。有很高的耐磨性，但 镀层脆不能承受弯曲和冲击。镀铬过程对钢基体的力学性能有影响，疲劳性能下降幅度较大。 装饰铬装饰铬镀层具有很高的反光性能，并能长时间保持其反光性。由于铬镀层本身具有微裂纹且多孔，因此，单层铬镀层不宜作 防护层用。要提高耐蚀能力，必须先镀铜再镀双层镍。底层采用酸性 镀铜或氰化镀铜，然后镀半光亮镍 +光亮镍（半光亮镍厚度至少要达 到镍层总厚度的三分之二） ，最后镀 0.3 微米的铬即可。镀装饰铬必 须达到镜面光亮才可镀铬，否则达不到装饰效果。镀黑铬镀层呈深灰色至黑色，比黑镍镀层耐磨性好，镀层硬度
13、 HV130 150，在一般的大气条件下较稳定，有良好的消光性能，适用于光 学零件，使用时颜色会逐渐减退。4.化学镀镍化学镀镍层对于钢、铝及铝合金是阴极性镀层，对于铜及铜合 金（黄铜除外）是阳极性镀层。化学镀镍层是层状结构，孔隙率低， 其耐蚀性比镀镍好得多。镀层硬度比较高，稍有脆性，镀层中含有磷，因此对导电性和 导磁性有显著影响。磷含量越高，镀层硬度越高，耐蚀性越好。钢表面化学镀镍层经 400度热处理后，硬度可以达到 HV900-1100， 可以取代硬铬层。 镀层具有类似于不锈钢的外观， 镀层抗氧化性也比 较强。由于是化学沉积， 镀层均匀性比电镀好很多， 适用于形状复杂， 要求镀层均匀且有防腐
14、或耐磨要求的零件。 缺点是工艺较复杂， 成本 较高。5.铝合金化学导电氧化氧化膜比较薄，硬度低，不耐磨，不能锡焊（能点焊） ，具有较 小的接触电阻，根据膜厚和工艺不同，颜色有无色、浅黄色、黄绿色 和彩虹色。 有一定的耐腐蚀性。 适用于要求导电且有一定耐蚀性要求 的零件。6.铝合金阳极氧化硫酸阳极氧化 阳极氧化是一般铝合金最常用的防护和装饰方法。膜层具有较 高的防护能力，膜层多孔，与油漆的结合力良好，经重铬酸钾、热水 封闭空隙，可以提高膜层的耐腐蚀性，用染料填充孔隙，可以得到所 需要的各种颜色（含硅铝合金除外） ，但着色后的膜层防护性能低于 重铬酸钾、热水填充的膜层。膜层经 150 度以上烘烤时
15、，会出现发纹， 随着温度升高发纹变短变细，数量增多，但对耐蚀性无明显影响。膜 层不导电，有一定的耐磨性，膜较脆，基体变形后，膜会出现裂纹。 经抛光表面，可以得到光亮美观的膜层，有较好的装饰性。阳极氧化 对铝合金的疲劳性能有影响。对疲劳性能要求高的零件不宜采用。硬质阳极氧化 硬质阳极氧化是使铝合金零件表面达到耐磨和防腐蚀的有效办法。膜层硬度高HV250-400,具有良好的耐磨性、耐热性、绝缘性和 耐蚀性。膜层脆，随着膜厚增加脆性增大。膜层厚度 20-80 微米。瓷质阳极氧化 膜层外观似搪瓷，颜色为浅灰色至钢灰色。膜层薄，很致密， 不透明，具有良好的耐磨性、耐蚀性和电绝缘性，膜层还有一定的韧性，基
16、体变形是不容易崩裂。适用于精密零件的防护与装饰。7.镀锡和锡铅 镀锡层为银白色或浅灰白色。新的镀锡层易钎焊，随着时间的 延长，特别是在潮湿的环境下，易氧化变得不易钎焊。锡镀层较软， 在干燥的环境下，化学稳定性好。镀层导电性能和焊接性能好。适合 于需要焊接或导电的零件。镀锡铅合金层为灰白色。镀层经热熔后能大大降低孔隙率，易 于焊接。在钢铁件表面镀锡时，要有足够厚的铜层打底。适用于钎焊 的零件。8.磷化和发蓝 钢铁零件发蓝膜是由不同的氧化铁所组成，膜层颜色随合金成 分不同而不同，钢铁法蓝的零件适合在油中工作，防护能力较低。生 产成本很低。工艺很稳定。 适用于不适于电镀的精密机械零件，武器 等。磷化
17、膜为灰色至暗灰色。 膜层具有晶体结构， 不导电，硬度低， 不耐磨，弹性极小，基体变形时膜层容易脱落。磷化膜与油漆结合力 较好，常用来做油漆的底层。单独的磷化膜防护能力较差，表面涂漆 后装饰和防护性能大大提高。9.达克罗涂覆 达克罗涂层又叫水基锌铬涂层，是由超微锌片、铝片及特殊有 机物结合在一起形成的层状结构的膜层。 由于锌的阳极保护作用和铬 酸的钝化效应， 铝对锌腐蚀的抑制作用， 使达克罗涂层具有超强的耐 腐蚀性。由于没有经过酸洗，不会产生氢脆。膜层耐候性良好，有一 定的导电性。适用于户外工作的大型结构件和各种用途的紧固件。取代热镀锌和电镀锌的最佳工艺之一。缺点是：膜层是层状结构，不 太适合作底层使用。
