《防腐蚀表面层技术汇总课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《防腐蚀表面层技术汇总课件.ppt（39页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、10 防腐蚀表面层技术,覆盖层保护的特点(1)基底材料和覆层材料组成复合材料，可以充分发挥基底材料和覆层材料的优点，满足耐蚀性，物理、机械和加工性能，以及经济指标多方面的需要。(2) 覆盖层的保护效果和使用寿命取决于以下因素： 覆层材料在使用环境中的耐蚀性 、强度、塑性和耐磨性。,保护性覆盖层基本要求： (1) 覆盖层本身耐蚀、化学稳定, 结合牢固, 附着力好; (2) 覆盖层致密, 孔隙率小; (3) 覆盖层良好物理机械性能 (硬度、耐磨性); (4) 一定厚度和均匀性。,覆盖层保护技术的主要种类,电镀 喷涂 渗镀 金属镀层 热浸 金 属 化学镀 覆 盖 层 金属衬里 双金属复合板,阳极氧化
2、 化 学 化学氧化 转化膜 磷酸盐处理,草酸盐处理 铬酸盐处理 油漆涂料 塑料涂覆 非金属 搪瓷 覆盖层 钢衬玻璃 非金属材料衬里 暂时性防锈层,10.1 金属镀层防护技术,在使用环境中，覆层材料的电位比基体金属的电位负，比如铁表面上用锌作覆层。 在覆层缺陷处形成的腐蚀电池中，覆层是阳极，能够对基体金属起到阴极保护作用。 阳极性覆层常用作防护性覆层。,一、阳极性覆层,二、 阴极性覆层,在使用环境中，覆层材料的电位比基体金属的电位正，如铁表面上覆盖铬、镍。如果覆盖层存在缺陷，将加速基体金属的腐蚀。因此阴极性覆层必须足够完整、无孔隙，才能取得好的保护效果。机械隔离作用。 覆层的极性不是绝对的，当环
3、境条件改变时，覆层和基体金属的电偶关系可能发生反转。,镀层金属纯度高，分布均匀，与基体金属结合牢固。 镀层具有较高硬度和耐磨性能。 为获得同样保护效果所需要的覆层金属最少。 镀层厚度容易控制，一般在常温下进行， 电镀适应范围很宽，从正电性金属到负电性金属，从低熔点金属到高熔点金属，从高纯金属到合金，都可以进行电镀。,三、几种金属镀层技术简介,1、电镀,电镀优点,电镀是一种电化学和氧化还原过程。以镀镍为例：将金属制件浸在金属盐(NiSO4)的溶液中作为阴极，金属镍板作为阳极，接通直流电源后在制件上就会沉积出金属镀镍层。,电镀原理, 在阳极上的反应为： Ni 2eNi2+(阴极溶解) 4OH4e2
4、H2O+O2 2Cl-2eCl2, 在阴极上的反应为： Ni 2+ +2eNi(形成镀层) 2H+ +2eH2,镀液的组成,钢铁零件上镀锌主要作用是防腐蚀，用量占全部电镀零件的1/3至1/2，是所有电镀品种中产量最大的一个镀种。镀锌具有成本低、抗蚀性好、美观和耐贮存等优点，在轻工、机电、农机和国防等工业中得到广泛应用。,钢铁零件上镀镉，在海洋和湿热大气环境中，其保护性能 比锌好，航空、航海及电子工业中的零件大多采用镀镉。但镉 盐有毒，且对环境污染严重，使镀镉的应用受到限制。,锡的腐蚀产物对人类无害，且易于钎焊，镀锡广泛用于食品罐头包装制品、饮具、餐具及电子工业中很多需要钎焊的零件。,1) 镀锌
5、,2) 镀镉,3) 镀锡,4) 镀铜,铬在大气中能长久保持光泽，在碱液、硝酸、硫酸及许 多有机酸中不发生反应，镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨 性及较低的摩擦系数，故镀铬常用于防护装饰性镀层，防止 基体金属生锈和美化外观，也常用于提高制品的耐磨性或修 复磨损。,镀铜常作为其他镀层的中间层，以提高表面镀层和基体 金属的结合力。在电力工业中，也可用铁丝镀厚铜来代替纯 铜导线，以减少铜的耗用量。,镀镍的应用面很广，可用于防护装饰性和功能性两方面。 前者主要用于自行车、钟表、家用电器、五金产品、汽车、照 相机等零件的防护装饰性镀层；后者主要用于易磨损产品的 修复电镀。,5) 镀镍,6) 镀铬,2. 化学
6、镀(也称为“无电镀”),化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。 化学镀常用溶液：化学镀银、镀镍、镀铜、镀钴、镀镍磷液、镀镍磷硼液等。,化学镀镍层与电镀硬铬层相比，硬度和耐磨性能相近，但化学镀不需要电源，无电镀硬铬层中出现的脆性和网状裂纹，而且比电镀镍层孔隙率低，化学稳定性高。 近年来又开发了脉冲化学镀，进行化学镀时迭加脉冲电流，可使镀层更致密，更光亮，组织均匀，结合牢固，因而较薄镀层就能达到较厚的普通化学镀层相同的技术指标。,3. 热浸镀层,将工件浸入熔融的液态镀层金属中，经短时间取出，便形
7、成金属覆层。这种施工方法最古老，简单，但难以控制覆层厚度，操作时金属损耗也大。 使用热浸法的条件是：基体金属与覆层金属之间能生成化合物或固溶体，才能具有足够的结合力且不起皮脱落。一般用于钢铁管、板、带、丝的镀锌、锡、铝、铅锡合金等。,渗 镀,手表表面的金属镀层,热浸有花镀锌板,热浸镀锌钢卷板,电镀亚克力钻,热喷镀,将金属部件置于选定的介质条件下，使表层金属和介质中的阴离子反应，生成附着牢固的稳定化合物。这样得到的保护性覆盖层叫做化学转化膜。 其反应一般式可写成 m M + n AZ - = MmAn + nze形成化学转化膜的方法有两类：一类是电化学方法，称为阳极氧化或阳极化。另一类是化学方法
8、，包括化学氧化，磷酸盐处理，铬酸盐处理，草酸盐处理。,10.2 金属表面转化层技术,1. 铝的阳极(氧)化,铝是易钝化金属，表面有天然氧化物膜，但只有0.020.14微米厚，经阳极化处理可使氧化膜增厚至2030微米，这层氧化膜与基体金属结合十分牢固，具有很好的保护性能。 铝阳极化生成的氧化膜包括密膜层和孔膜层。密膜层(阻挡层)厚度很小，孔膜层存在大量孔隙，因此可以着色处理，获得装饰性外观。着色方法主要有：染料着色和电解着色。,说明：, 阳极氧化是将铝或铝合金制件浸沉于酸性电解液中，在外 电流作用下作为阳极，在制件表面上形成与基体牢固结合 的防蚀氧化膜层。, 阳极氧化和着色处理常用于汽车、飞机的
9、某些装饰性零件 及工艺品和日用五金制品作装饰性处理。, 阳极氧化前要经抛光、除油、清洗等预处理，其后要进行 冲洗、着色和封闭等处理。, 阳极氧化的氧化膜可染成黑色、红色、蓝色、绿色、金黄 色和茶色等。,封闭处理：,不管是着色或不着色的阳极化膜都需要进行封闭，使孔闭合以提高膜的保护性能和保持着色效果。 封闭的方法有：蒸汽封闭热水封闭(90100C)镍盐和钴盐溶液封闭重铬酸盐溶液封闭等,2. 钢铁的化学氧化,将钢铁部件放入选定的溶液中，发生化学反应，生成一层致密的氧化物膜这种方法在工厂中叫做“发蓝”或“煮黑”。 钢铁的化学氧化有碱性法和酸性法。,非金属涂层在化工防腐中普遍应用。特点 施工简便, 适
10、应性广, 重涂容易, 成本、施工费用低。有机涂料最重要非金属涂覆层，利用有机涂料的胶粘性和粘附性，在表面固化成薄覆盖层，使金属(材料)与腐蚀环境隔离而起到防腐，发展迅猛。,10.3 非金属覆盖层,1.涂层保护机理,阻挡作用高聚物结构间隙平均直径104106 mm, 而H2O, O2分子直径为几个埃, 涂料应选用结构致密成膜物质和屏蔽大固体填料，增加涂覆层数和厚度, 厚度为0.30.4mm时, 抗渗大为提高。,电化学保护涂料内活性填料如锌电位较负, 可起牺牲阳极保护作用, 而锌腐蚀产物又可填塞空隙, 腐蚀下降。,缓蚀作用涂料内组分如红丹, 铬锌黄使金属钝化, 或具缓蚀剂作用。,2.涂层破坏形式,
11、涂层存在各种缺陷, 引起金属局部腐蚀, 导致涂层鼓泡、剥离、脱落等腐蚀破坏： 涂层下残碱, 残盐或氧化物等使腐蚀发生而导致涂层脱落; 介质渗透到涂层下, 引起浓差电池, 腐蚀使涂层破坏; 涂层受水浸渍后吸收水分，体积增加, 内应力使涂层鼓泡; 光照、温度、化学介质、磨损、机械损伤等引起涂层本身的破坏; 施工不当而引起的破坏。,涂料,主成膜物质,辅成膜物质,次成膜物质（填料）,油料和树脂,半干性油,干性油,天然/合成树脂固化剂固化,氧与油料不饱和双键聚合而固化,溶剂挥发固化聚乙烯、聚过氯乙烯等,环氧、酚醛、呋喃、聚脂等,着色颜料防锈颜料红丹(Pb3O4)、锌铬黄、锌粉、磷酸盐等体质颜料（Fe2O
12、3、铝粉、有机铬酸盐等）。,各种溶剂、稀释剂、催干剂、固化剂、防雾剂、增塑剂、触变剂、缓蚀剂等。,3.涂料的组成,4. 常用涂料(油漆), 磁漆(树脂漆)：用清漆与着色颜料调配的色漆，有酚醛磁漆、 醇酸磁漆等。, 清漆：不含颜料的透明漆，由树脂、溶剂及催干剂制成的 涂料。, 厚漆：由干性油、颜料混合而成的涂料。使用时用清油调到合 适粘度。该漆干燥慢、漆膜软，炎热潮湿天气有反粘现象, 调合漆：已调制好，不用加任何材料即可使用的涂料，分油性 调和漆和磁性调和漆两种。, 腻子：由各种填料加入少量漆料配制的糊状物。主要用于底漆 前，使基体表面平整。, 烘漆(烤漆)：涂于基体后需经烘烤才能干燥成膜的漆。
13、, 水溶漆、乳胶漆：可用水作稀释剂的涂料。水溶漆是以水溶性 树脂为主要成分的漆；乳胶漆是以乳胶(合成树脂)为主要成分 的漆。, 大漆(天然漆)：特点是漆膜耐久性、耐酸性、耐油性、耐水性、光泽性均较好。, 底漆：直接涂于基体表面作为面漆基础的涂料，有环氧底漆、 酚醛底漆等。,5. 涂料合理选用 介质环境环境条件与涂料适用范围一致, 考虑环境介质酸碱性、氧化性、腐蚀性、温度、光照等。 表面性质针对不同保护对象基体性质, 选择不同保护特性、粘合能力涂料。如酸固化涂料不能涂覆在易被酸腐蚀的钢铁表面，红丹不能用于铝、锌表面。 工程要求主要是针对保护要求年限、投资额等经济指标加以综合参考。 涂料性能合理配
14、套重要，如用环氧基涂料等粘附性好的涂料作底漆，用磷化底漆作过渡中间层，聚乙烯类作面漆等。合理配套可获的具有互补型、功能型，保护效果优良的涂层。,腻子层, 填平，环氧+填料,Fe,底层(环氧).附着力强热膨胀系数小,增强层多层玻璃织物树脂浸润,面层致密,抗渗, 耐蚀, 耐磨,阴极保护 + 表面涂覆 表面涂覆 本身缺陷： 微孔、结构 施工/服役过程- 老化/开裂/损伤 电化学保护 电流大/极化难,6. 联合保护,1 电化学极化有利缓蚀剂成膜 如： 黄铜表面形成-FeOOH, - FeOOH稳定，耐腐蚀2 表面电荷的调整，有利于缓蚀剂吸附作用,热喷涂是将金属或非金属材料加热熔化，靠压缩气体连续吹喷到
15、制件表面上，形成与基体牢固结合的涂层，从制件表层获得所需要的物理化学性能。,1热喷涂原理,10.4 热喷涂技术,说明：, 喷涂的涂层厚度为几十微米至数毫米。, 喷涂热源可用燃气火焰、电弧、等离子弧或激光束等。, 喷涂材料可为金属、合金、金属氧化物和碳化物、陶 瓷和塑料等，材料形态可为线材、棒料或粉末。, 喷涂的基体可为金属、陶瓷、玻璃、塑料、石膏、木 材、布、纸等固体材料。,2热喷涂的特点, 生产效率高。每小时喷涂材料重量从几千克到几十千克，沉 积效率很高。, 工艺灵活，适用范围广。热喷涂施工对象可大可小，小的可到10mm内孔，大的可到桥梁、铁塔(火焰线材喷涂或电孤喷涂)，可在室内喷涂，也可在
16、野外现场作业；可整体喷涂，也可以局部喷涂。, 基体及喷涂材料广泛。可通过喷涂不同材料，使工件表面获 得所需的各种物理化学性能。, 工件应力变形小。基体可保持较低的温度，工件产生的应力 变形很小。,3热喷涂的应用, 特殊功能层:通过喷涂获得表层某些特殊性能，如耐高温、隔热、导电、绝缘、防幅射等，在航空航天和原子能等部门应用较多。, 防腐蚀:主要用于大型水闸钢闸门、造纸机烘缸、煤矿井下钢结构、高压输电铁塔、电视台天线、大型钢桥梁、化工厂 大罐和管道的防腐喷涂。, 防磨损:通过喷涂修复已磨损的零件，或在零件易磨损部位预先喷涂上耐磨材料，如风机主轴、高炉风口、汽车曲轴、机床主轴、机床导轨、柴油机缸套、油田钻杆、农用机械刀片等。,
