金属材料表面改性处理1

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1、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5.4热喷涂5.5涂装5.6表面着色和染色5.1转化膜处理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。5.1.1氧化处理1.钢的氧化处理(发蓝处理)在空气（蒸）或化学药物中加热，使其表面产生一层兰色或黑色氧化膜Fe3O4，以改善钢的耐磨性和外观。膜厚0.5-1.5微米。氧化处理工艺常用于仪表、工具和武器等的表面。2.铝的氧化过程a)化学氧化法放入化学溶液中进行氧化处理而获得牢固的氧化膜，其厚度为0.3-4微米。提高铝和铝合金的耐磨性和耐蚀性。

2、b)电化学氧化法在电解液中使铝合金表面产生一层氧化膜，这种工艺又称阳极氧化，这层氧化膜具有强吸附能力，较高的硬度，良好的耐磨性和耐蚀性，膜层无色透明，极易染成各种美丽的颜色。5.1.2磷化处理把钢件浸入磷酸盐为主的溶液中，形成不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程。磷化处理后的磷化膜厚度为5-15微米，有较好的防腐能力和润滑作用。磷化处理所需设备简单，操作方便，成本低，生产效率高。常用作为钢铁材料零件的防护层。5.2电镀电镀是在电解液中使零件表面镀上一层金属薄层。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。电镀的应用:①修复磨损零件、增大零件尺

3、寸。如刷镀②提高零件的耐腐蚀性，如镀锌。③覆盖耐磨性镀层,提高耐磨性，如镀铬。④提高零件表面美观装饰性，如镀装饰锌。⑤其他特殊用途，如镀银。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:半导体薄膜制备；刀具、模具、工具、零件等。SiCl4+2H2Si+4HClTiCl4+CH4+H2TiC+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.5.3离子沉积渗陶活塞环5.3.2物理气相沉积法把金属蒸气离子化后在高

4、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。沉积温度低，速度快，覆层成分和结构可控制，无公害。1.真空溅射(以沉积TiC为例）2.离子镀磁控溅射5.4热喷涂将合金、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。工艺过程：表面制备、预热、预喷粉、喷熔、冷却、后期加工热喷涂方法：电弧喷涂、等离子弧粉末喷涂等应用：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

5、合金后，在800~900℃加热扩散。用于修理磨损曲轴和机床传动轴等。加工超差采用热喷涂工艺修复喷涂耐磨陶瓷喷涂合金层5.5涂装利用喷射、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。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、粉末涂装法等。涂装生产线5.6表面着色和染色1.金属的着色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

6、变化并保持金属光泽的工艺.①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。②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。③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。④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。无铬铝材氧化着色金属外壳喷砂工艺，氧化着色处理。2.金属的染色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

7、成色彩。铜染蓝色铜染黑色钢铁工件发蓝处理工艺过程化学除油水洗酸洗水洗氧化水洗补充处理水洗吹干检验★影响因素:碱浓度、温度、工件含碳量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30~50、碳酸钠30~50、磷酸三钠30~40、水玻璃5~10＞6010~152酸洗后水洗硫酸150~200、缓蚀剂0.5~150~605~103氧化并水洗苛性钠550~650、硝酸钠130~180135~14515~204补充处理重铬酸钾或肥皂30~5085~9010~155水洗6吹干7检验铝的氧化处理铝的氧化目的：化学

8、氧化工艺：碱性溶液化学氧