常用表面处理技术介绍

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1、常用表面处理技朮介绍陈怀超电镀（电沉积）化学镀电化学及化学转化阳极氧化（铝、镁、钛及它们的合金）化学氧化（铝及其合金，钢铁等等） 铬酸盐处理（钢铁上的锌、铬镀层，铝， 镁，铜）磷酸盐处理（磷化）热浸镀（常用的有热浸锌、锡、铝、铅）火焰喷涂热喷涂一气喷涂电喷涂爆炸喷涂电弧喷涂 等离子喷涂 高频感应喷涂非金属涂覆-橡胶涂层 -塑料涂层 油漆涂层扩散涂镀渗镀化学气象沉积真空镀膜 包镀达克罗（Dacromet，浸入锌-铝，锌-铬等浆液中，形成涂层，然后烘 烤干燥成膜）1. 磷酸盐皮膜处理大陆称为磷化处理11磷酸盐皮膜机理2H3PO4+MT(h2po4)+h23M(H2PO4)24H3PO4+M sb0

2、)MPXLMHPO 4+H3P04生成的M 3(H2PO4)2和MHPO 4为磷酸盐膜的主要成分1.2磷酸盐皮膜的性质和用途(1) 耐蚀性在大气条件下很稳定，在有机油类，苯，甲苯及各种气体燃料中有 很好的耐蚀性。但磷酸盐皮膜不耐酸，硷，氨，海水及水蒸气等。磷酸 盐膜经过封闭处理后能大大提高其耐蚀性。磷酸盐皮膜的耐蚀性高于发蓝膜。(2) 吸附性磷酸盐膜具有多孔构，有很好的吸附性，因此常用作油漆的底层和 吸附润滑油后作为减摩层和润滑层。(3) 电绝缘性磷酸盐膜是高电阻膜层 有很好的电绝缘性 击穿电压为240250V, 涂绝缘漆后可耐10001200V,又由于磷酸盐膜不影响透磁性，因此常用作电 磁装

3、置的硅钢片。(4) 不粘附熔融金属的特性此特性用于在热浸锌、锡铅合金时保护不需要浸涂部分。在浇铸减 摩合金和电机铸铝转子时，将钢膜作磷酸盐处理，以防粘附。1.3磷酸盐膜成膜机理和构成1.4分类钢铁用化成处理剂 铝用化成处理剂 锌用化成处理剂 不锈钢用化成处理剂 铜用化成处理剂 镁用化成处理剂 其他化成处理剂涂装打底用的化成处理剂 塑性加工用化成处理剂 防锈用化成处理剂 耐磨用化成处理剂 绝缘用化成处理剂 塑胶叠片用化成处理剂涂装打底用皮膜特点：致密，均匀，薄得适当结晶粗大会吸入涂料而减少光泽；不均匀会降低涂装后 的耐蚀性；由于磷酸盐膜很硬很脆，皮膜过厚的话，涂装后遭到弯曲或冲击等外 力时，即使

4、别无缺陷，也可能脱落。防锈用皮膜特点致密，均匀，厚度越厚越好，孔隙率越低越好。表1.1美军规格MIL-C-16173C要求的磷酸盐皮膜的防锈性类型等级补助加工盐水喷雾试验磷酸铁1施行另外规定的防锈油2施行MIL-L-3150的润滑油243不补助加工1.54A进行无机密封，不进行补助加工244B进行无机密封，施行MIL-L-3150的润滑油72磷酸锌1施行另外规定的防锈油2施行MIL-C-16173, Grade 2的不干性防锈油483不补助加工24A进行无机密封，不进行补助加工244B进行无机密封，施行防锈油或咼熔点蜡724C进行无机密封，且染上规定色244D进行无机密封及染色，施行防锈油或蜡

5、724E进行无机密封，施行规定的防锈油241.5磷酸盐皮膜构成:皮膜化成溶液磷酸盐膜的成分及结构形态钢铁表面锌表面锌系磷酸盐皮膜剂Zn(PO4).4H2OZnFe(PO4)2.4 H2OZn3(PO4).4H2O形态呈树枝壮，晶粒垂直 于金属表面锰系磷酸盐皮膜剂(Mn，Fe)5H2(PO4).4H2O形态呈圆球形晶系的层状 结构，晶粒排列平行于金 属表面Zn3(PO4).4H2OMn5H2(PO4).4H2O铁系磷酸盐皮膜剂Fe3(PO4)2ZnFe(PO4)2.4 H2O1.6磷酸盐化成工艺过程及监控脱脂一水洗一除锈)一表面调整一化成一水洗一封闭处理或烤漆化成工序的监控参数：游离酸度，全酸度

6、，杂质含量。脱脂工序的监控参数：游离硷度，全硷度。表面调整：由于脱脂溶液中的硅酸盐使膜结晶粗糙，膜重增加，不适合涂装；同 时强硷溶液如NaOH也使锌盐磷化膜粗糙变厚，并且降低磷化膜的耐 蚀性和柔韧性。活化晶核由于生成氢氧化物或氧化物的薄膜而减少， 因此用弱硷性的磷酸钛盐溶液或稀草酸溶液对钢铁表面进行处理，可 使大多数的晶核重新活化和复原，细化晶粒，增加晶粒数。2、阳极氧化又称为电化学氧化，阳极化2.1铝及铝合金的阳极化2.1 1氧化膜特性(1) 多孔性硫酸阳极化膜每平方微米大约有800个孔，草酸阳极化膜每平方微米大约有60 个孔。由于氧化膜具有多孔状结构，所以膜层有很好的吸附性，对各种染料表现

7、 出很好的吸附能力，故氧化膜能进行化学着色，染成不同的颜色；另外也可在膜 孔底部电沉积金属，进行电化学着色，使氧化膜不仅具有防护作用，还有装饰作 用。良好的耐磨性由于阳极化膜硬度高，因此耐磨性好。(3)氧化膜的电绝缘性和绝热性良好的电绝缘性使阳极化产品可作为电机和变压器的绕线圈，但其缺点是弹 性小。良好的绝热性使有氧化膜存在的情况下，可防止零件在瞬间高温的情况下熔化。2.1.2分类硫酸阳极化 草酸阳极化 铬酸盐阳极化 磷酸阳极化硼酸阳极化普通阳极化硬质阳极化：膜层硬度高，具有很好的耐磨性和耐蚀 性。硬氧化膜大多用于铝的活塞、汽缸、液压设备、减震器、齿轮及其它铝制零 件。超硬铝(LC4)经硬质阳

8、极化后可以代替钢使用。同时耐热性很好，能经受住 短时间的2000 C高温。因此硬氧化膜常作为一种能满足特殊要求的功能性膜层。2.1.3阳极化的反应过程和膜的构成阳极反应：Al-3eAb+2A13+ +30Al 023阴极反应：60H-3H 20+30 2-2H+2eH22.1.4膜的组成未封闭膜： A10 78.9% AlO * H 0 0.5% Al (SO4X 20.2%2323223H 0 0.4%2水封闭后的膜：AlO 61.7% AlO * H 0 17.6% A12(SO4)317.9%2323223H 0 2.8%22.2其他材料的阳极氧化钛和钛合金的阳极氧化，3、化学氧化化学氧

9、化阳极氧化工艺特点(1)成本低，生产效率高， 收效快，可以大批量连续化 生产(1)成本较咼。工艺稳定，操作方便， 设备简单，溶液易维护，零 件大小和形状不受限制(2)由于需外加电源，零件 大小和形状影响电力线和 电流的分布对钢铁，铝，铜，银， 锌，锡，镉以及它们的合金 均可进行化学氧化。此外化 学氧化在某些功能性应用 领域也得到了令人满意的 效果。因此，近年来化学氧 化技朮得到了很大的发展。(3)常用的为铝及其合金， 镁及镁合金，钛及其合金 的等材料阳极氧化。膜层特性(1)膜薄，一般厚度为0.5-4 微米膜厚质软，不耐磨，抗蚀性和 耐磨性低于阳极氧化膜耐蚀性好，硬度咼，用 于提咼(3)可得到某

10、些阳极化膜不 能具有的功能性膜层 如导电性氧化膜层(3)可得到某些特殊功能性 的膜层，如在多孔膜中沉 积磁性合金作记忆元件。 太阳能吸收板，超高硬质 膜等31铝的化学氧化311分类纯水氧化法磷酸盐氧化法铬酸盐氧化法 磷酸盐-铬酸盐氧化法碱性氧化法酸性氧化法，可得到透明膜层。312后处理有填充处理，钝化处理，喷涂处理等后处理以提高耐蚀性。3.2钢铁的化学氧化因为得到膜层由呈现蓝黑色的四氧化三铁组成，所以又叫发蓝。发蓝膜薄， 通常为0.6-1.5微米，因而耐蚀性差。但是由于其有很好的吸附性，经过填充处 理的发蓝膜有较好的耐蚀性。如早期的枪炮管大多使用化学氧化后涂油，乌黑的 油亮外表。发蓝膜薄，不影

11、响零件的装配尺寸；对表面光洁度高或抛光的精密件， 发蓝后表面既亮又黑，具有防护和装饰的双重效果。因此发蓝膜在精密仪器，光 学仪器以及机械制造上广为应用。4化学镀4.1化学镀的特性(1) 不需要通电，将镀件直接浸入溶液即可。(2) 可在金属，半导体和非导体材料上直接进行。(3) 可在零件表面获得厚度均匀的镀层。(4) 通过自催化特性可得到任意厚度的镀层。(5) 膜层空隙少，致密，具有很好的耐蚀性，很高的硬度和耐磨性。(6) 镀液稳定性差，更新快，成本比电镀高4.2化学镀种类镍，铜，银，钻，金，钯，铂，铑等均可经过化学镀沉积到镀件表面。但最常用 的主要有化学镀镍和化学镀铜。4.2.1化学镀镍4.2

12、.1.1化学镀镍膜层特性化学镀镍膜层电镀镍层空隙少，致密多孔，只有达到一定厚度(25微米以 上)才能做到无孔耐蚀性好，12.5微米厚的耐蚀性优于25微 米厚的电镀镍层耐蚀性不如化学镀镍层光亮化学镀镍层的亮度不如电镀亮镍层的 亮度管理，只能得到半光亮镀层可得到全光亮的镀层镀层为镍磷合金层，含磷10%以上的镀层为 非晶态镀层。镀层为纯镍组成，晶体结构无论是半光亮还是不光亮镀层脆性均较大光亮镀层脆性大，延性小。半光亮层 有一定的韧性，暗镍有较好的韧性。成本高，在得到相同镀层的条件下，大约为 电镀镍层价格的5倍成本比化学镀镍低4.2.1.2化学镀镍的沉积机理以次磷酸盐镀液为例，首先是次磷酸根在固体催化

13、表面上氧化脱氢，并生成亚磷 酸根，反应为：H2PO2-+H2OfH+HPO32-+2H吸附于催化表面上的活泼氢原子使镍离子还原成金属镍，而本身则氧化为氢离 子，Ni2+2HNi+2H +同时溶液中的部分次磷酸根也被吸附在催化表面上的活泼氢原子还原成单质磷， H3PO2-+HP+H 2O+OH -因此化学镀镍得到的是镍磷合金层，而不是单一的镍层。化学镀镍过程中会发生析氢副反应：2HH24.2.1.3化学镀镍的工艺过程脱脂一活化一化学镀4.2.1塑胶电镀与化学镀塑胶电镀的工艺过程：脱脂一粗化微观粗化）一敏化吸附易氧化的物质）一活化 侈用胶体钯，通过与敏化步骤吸附的氧化物反应而获得一层具有催化作用的

14、金 属膜）一还原处理（消除残余活化物质）一化学镀镍或镀铜一电镀4.2.1化学镀镍的用途石油管道，计算机硬盘，耐磨元件等4.2.淇它化学镀的用途化学镀铜主要用于非金属材料表面金属化，特别是印制电路板的孔金属化，实现 孔两边导通。化学镀银用于生产保温瓶银镜反应），装饰物等5防锈油脂5.1概述防锈油脂是在矿物油（或合成油）中加入油溶性缓蚀剂和其它辅助添加剂而 组成的一种防锈材料。具有取材容易，成本较低，工艺简单，适应性广，防锈效 果显着等优点。广泛用于机械制造过程及金属制品的储存、运输过程中。它与气 相防锈材料，可剥性塑料共称为暂时防锈中的三大防锈材料。5.2防锈油防锈的原理防锈油一般由油溶性缓蚀剂

15、和溶解缓蚀剂的油类组成油溶性缓蚀剂在分子结构 上都同时具备极性和非极性基团。非极性基团使其能溶于油中，极性基团则使其 能吸附在金属表面，延缓金属腐蚀。油主要起保护缓蚀剂吸附分子，弥补吸附膜 不完整之处，保障油膜的厚度等作用。由缓蚀剂和油在金属表面形成致密的吸附 膜，有效阻止水分子、氧气、和其它腐蚀性介质的浸入，从而阻止金属腐蚀。5.3防锈油应具备的性能(1) 防锈性能良好(2) 无腐蚀性，与其所接触的金属或非金属部件不其作用。(3) 对人体无害、无特殊臭味或其它刺激性气味(4) 具有很好的化定性，在长期储存中不变质、不氧化、效果恒定。能有效防止 有害气体和水扩散到金属表面，同时对手汗有一定的置

16、换性(5) 涂层不因温度变化而流失或龟裂；涂层应有一定的强度；涂层要薄，且除膜 性好，并能适应多种包装材料的包装。5.4防锈油种类工序间防锈油防锈润滑两用油封存防锈油 液体防锈油硬膜油 软膜油溶剂稀释型防锈油 不干性防锈油半干性防锈油干性防锈油6真空镀膜6.1分类真空蒸镀真空溅射镀离子镀共同特点：在真空室内(有时充有负压的惰性气体)实行气相镀覆的一类技朮。6.2真空蒸镀将零件与涂层材料同时放在钟罩形的真空室内，涂层材料受热蒸发，蒸发 出的分子（或原子）在自由行程内与受镀零件表面相遇，并不断凝结成膜。镀件可以是金属，也可以是非金属。涂覆材料只能选择熔点低、蒸气压较 高的材料，如锌，镉，铜，银，金

17、，镍和铬等。对低熔点金属的镀覆效果好，只 能用于镀薄膜。真空蒸镀目前主要用于制作各种薄膜电子元件，沉积各种光学薄膜，以及 在用陶瓷、金属、塑料、人造宝石和纸质制成的工艺美朮品上沉积装饰膜。6.3阴极射镀在真空度不太高的环境中，在强电场的作用下，利用气体放电时产生的高 速正离子轰击阴极靶材料（镀覆材料），从靶表面溅射出原子或分子并沉积到基体 （被镀零件）表面上形成薄膜的技朮，或者说是利用溅射现象的成膜技朮。镀件可以是组成强电场的阳极，也可以是放在灰光放电区域内其它位置的 零件。零件充作阳极的方法是直流双极溅射法，是一种简单而标准的溅射法。溅射镀膜层的附着力比蒸镀强，镀覆材料不受熔点和蒸气压的限制

18、，但溅 射镀的速度不如蒸镀快。溅射镀已经得到了广泛的应用。在表面强化和稳定化方面，溅射镀用于镀覆耐 磨损层、超硬合金层、耐蚀层和抗高温腐蚀合金层等。用溅射镀来装饰塑料制品， 外观美丽，附着力好。在电子和光学方面，溅射镀用于制造大规模和超大规模集 成电路，高能红外激光中的红外反射膜。在磁性记录方面，溅射镀用于高密度和 超高密度记录的磁盘、磁带和磁头的磁性层。在能源方面，可用于溅镀高效太阳 能结晶电池的硅膜，固体电介质燃料电池中的氧化铬薄膜，在太阳能热发电吸附 板上溅镀黑铬等6.3离子镀离子镀是在真空蒸镀和溅射镀的基础上发展起来的一种新技朮。在真空室内，镀覆材料作为蒸发源，并作为阳极，被镀基体作为

19、阴极。在合适的气压和电压下，基体和蒸发源之间会产生灰光放电，一部分氩气 产生电离，由电离生成的氩离子受负高压基体的吸附轰击基体，使基体受到离子 的刻蚀清晰而除去上面吸附的污染层。当清洗完毕后再使蒸发源中的涂覆材料蒸发，蒸发出的粒子进入灰光放 电区，其中一部分电离为正离子，受负高压电场作用沉积在基体上。在发生沉积 时，基体继续受氩离子和蒸发料离子的刻蚀清洗，所以只有沉积速度大于刻蚀速 度的情况下，沉积层才能加厚，获得所需的膜层。膜层有较高的附着力；绕镀能力强，基体各部分都能镀上均匀的镀层；离 子镀膜层有较高的质量；镀前处理简单；可采用的基体材料和镀覆材料简单； 沉积速度与真空蒸镀一样高，可以用于

20、制备厚膜。由于离子镀技朮可以镀覆用其它方法难以镀覆的膜层，且有优异的性能， 因而应用十分广泛。离子镀膜可作为耐蚀、耐热、装饰、和耐磨等各种用途的膜 层，在电子、原子能、航空航天及一般工业中都受到普遍的重视。如镀铝，水溶液电镀铝由于实施困难，因而干镀就显得很重要。在软钢上 镀覆1012微米的铝层，能经受170280小时的盐雾试验。因此非常适合螺栓、 螺母以及飞机、船舶和桥梁结构的表面处理。离子镀能镀覆陶瓷、玻璃、硅及硅的氧化物、铍及铍的氧化物钛合金等耐 高温物质，因而在耐高温涂层方面得到了广泛的应用。离子镀由于能在纸张、塑胶、及各种纤维制品上镀覆，因而在装饰性电镀 方面也得到广泛的应用。离子镀用于镀覆陶瓷或半导体的电极膜，既避免了化学镀造成的残留液， 又有较高的结合强度。离子镀还能镀覆其它方式难以得到的优良耐磨、润滑涂层。总之，离子镀的所有应用与它的特点分不开。