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1、材料表面防护,海伯公司 於海凌,一.表面处理的重要性,1.防止腐蚀。2.美观，耐用，增加强度、伪装。,二.产生腐蚀的原因,化学腐蚀或电化学腐蚀。(1)化学腐蚀是金属与氧化剂直接得失电子，而电化学腐蚀则是利用原电池原理得失电子。(2)化学腐蚀反应中不伴随电流的产生，电化学腐蚀反应中伴随电流的产生。(3)化学腐蚀金属被氧化，电化学腐蚀活泼金属被氧化。,电化学腐蚀原理图,三.金属的标准电极电位,金属活动性顺序 钾 钙 钠 镁 铝 锌 铁 锡 铅(氢）铜 汞 银 铂 金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。,四.金属防护的种类,1.电镀/化学镀
2、几种保护方式 牺牲阳极阳极性镀层（钢铁表面各种镀锌、铜表面镀镍等）自来水管表面镀锌、轮船、桥梁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。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，,四.金属防护的种类,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
3、酯涂料等。按分散形式来分：有机溶剂涂料（单组分、双组分）、水性涂料、无溶剂涂料（粉末涂料）。,五.如何选择防护种类,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（见表3）。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
4、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。,六.镀覆层设计原则,镀覆层设计时须考虑以下各项因素：零件的材料、结构、形状、配合公差零件储存和使用环境条件特征金属镀覆层的特性和分类、应用范围、厚度系列与选择原则金属材料接触偶级别镀覆的目的和各种性能要求，环保要求，符合RoHS镀覆层的表示方法,七.结构设计中常见镀覆层介绍,1.镀锌镀锌可分为冷镀锌和热镀锌1.1热镀锌：具有较厚致密的纯锌层覆盖在被镀表面上，它可以避免钢铁基体与任何腐蚀溶液的接触，保护被镀件
5、基体免受腐蚀。1.2冷镀锌就是一般的电镀锌，镀锌层为银白色，钝化后具有不同的颜色。主要有彩锌、蓝白锌、银白锌、黑锌、军绿锌,七.结构设计中常见镀覆层介绍,2.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2.1 硬铬a、表面平整、光洁。b、不会生锈。c、镀的过程中原零件变形小，表层镀铬后可增强硬度（HR65以上），耐高温达500、耐腐蚀、防酸、耐磨损。2.2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。2.3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HV130150，有良好的消光性能，适用于光学零件。,七.结构设计中常见镀覆层介绍,3.镀镍镀镍分电镀镍和化学镍两
6、种3.1 电镀镍：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。硬度低于铬，只能承受轻微的磨擦。由于不同的添加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。3.2 化学镍：特点a.厚度均匀性 b.不会产生氢脆 c.抗腐蚀、抗高温氧化比电镀镍好 d.可沉积在不同材料表面 e.工艺复杂、成本高,七.结构设计中常见镀覆层介绍,4.镀锡和锡铅镀锡层为银白色或浅灰白色。镀锡铅合金层为灰白色。,七.结构设计中常见镀覆层介绍,优点1.超强的耐蚀性能2.无氢脆性3.高耐热性4.结合
7、力及再涂性能好5.良好的渗透性,缺点1.达克罗中含有对环境和人体有害的六价铬离子2.达克罗的烧结能耗大。3.达克罗的表面硬度不高、耐磨性不好4.达克罗涂层的表面颜色单一，只有银白色和银灰色5.达克罗涂层的导电性能不是太好,5.达克罗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。,七.结构设计中常见镀覆层介绍,6.镀金镀金分为两类，一类呈同质材料镀金，另一类是异质材料镀金。同质材料镀金是指对黄金首饰的表面进行镀金处理。它的意义是提高首饰的光亮性及色泽。异质材料镀金是指对非黄金材料的表面迸行镀金处理，如银镀金，铜镀金。它的意义是欲以黄金的光泽替代被镀材料
8、的色泽，从而提高首饰的观赏效果。镀金的特点镀金层延展性好、易抛光、耐高温，具有很好的抗变色性能。故常用作装饰性镀层，如镀首饰、钟表零件、艺术品等。镀金具有较低的接触电阻、导电性能良好、易于焊接、耐腐蚀性强、并具有一定的耐磨性（指硬金），因而在精密仪器仪表、印制电路板、集成电路、管壳、电接点等方面有着广泛的应用。,七.结构设计中常见镀覆层介绍,7.离子镀离子镀工艺：离子镀在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分电离，并在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，将蒸发物质或其反应物沉积在基片上的方法。优点 镀层质量好，离子镀的镀层组织致密、无针孔、无气泡、厚度均匀。可以镀各种其他镀种无法镀的材料
9、。可镀的固体润滑材料有银、金、铜、铅、铅锡合金、氟化物等；可镀成分较复杂的耐热合金，如铁铬铝钇，钴铬铝钇或镍铬铝钇合金等；可镀防腐能力超强的氧化铝、铬、钛、钽、不锈钢等。广泛应用于航空领域缺点a.镀层厚度控制、工件非镀表面的屏蔽等都有待进一步实验。b.其次是设备容量小，大型零件难镀，c.投资大。,七.结构设计中常见镀覆层介绍,8.铝合金氧化4.1硫酸阳极氧化a.膜层多孔,经重铬酸钾、热水封闭空隙，可以提高膜层的耐腐蚀性;可用染料填充孔隙，可以得到所需要的各种颜色；b.膜层不导电；c.阳极氧化对铝合金的疲劳性能有影响。4.2硬质阳极氧化 膜层硬度高HV250-400，具有良好的耐磨性、耐热性、绝
10、缘性和耐蚀性膜层厚度20-80微米。,七.结构设计中常见镀覆层介绍,9.磷化磷化定义：使金属与磷酸或磷酸盐化学反应，在其表面形成一层稳定磷酸盐膜的处理方法。a.防护用磷化膜 b.油漆底层用磷化膜 c.冷加工润滑用磷化膜 d.减摩用磷化膜 e.电绝缘用磷化膜,七.结构设计中常见镀覆层介绍,10.发蓝或发黑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，抗蚀性和抗摩擦性都有所改善。发蓝时，工件的尺寸和光洁度对质量影响不大。故常用于精密仪器、光学仪器、工具、硬度块等。生产成本很低。工艺很稳定。,七.结构设计中常见镀覆层介绍,11.喷漆喷漆是一种较早使用，较成熟的一种表面处理工艺。
11、12.纳米喷涂它是用传统的喷漆工艺将纳米液直接喷到物体的表面，从而达到真空镀和水电镀的高光金属镜面效果。特点：a.能喷镀到各种固体表面。b.废水远远低于真空镀跟水电镀，较环保。c.纳米喷镀可以做到色彩多样性。,七.结构设计中常见镀覆层介绍,13.静电喷塑用静电粉末喷涂设备（静电喷塑机）把粉末涂料喷涂到工件的表面，在静电作用下，粉末会均匀的吸附于工件表面，形成粉状的涂层；粉状涂层经过高温烘烤流平固化，变成效果各异（粉末涂料的不同种类效果）的最终涂层；喷涂效果在机械强度、附着力、耐腐蚀、耐老化等方面优于喷漆工艺，成本也在同效果的喷漆之下。优点（相对于传统喷漆工艺）a.施工对环境无污染，对人体无毒害
12、；b.涂层外观质量优异，附着力及机械强度强；c.喷涂施工固化时间短；涂层耐腐耐磨能力高出很多；d.不需底漆；施工简便，对工人技术要求低；成本低于喷漆工艺.,七.结构设计中常见镀覆层介绍,14.电泳环氧漆 带电颗粒在电场作用下，向着与其电性相反的电极移动，称为电泳电泳漆膜具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点，电泳漆膜有一定的硬度、附着力、耐腐、抗冲击性能、渗透性能。,七.结构设计中常见镀覆层介绍,15.水转印、水披覆披覆转印技术(Cubic Transfer)使用一种容易溶解于水中的水性薄膜来承载图文。由于水披覆薄膜张力极佳,很容易缠绕于产品表面形成图文层,产品表面就像喷漆一样得到截然不同的外观。披覆在任何形状之工件上,为生产商解决立体产品印刷的问题。,
