表面处理工艺概述_图文

表面处理工艺概述
培训讲师:贾建东


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1、表面处理的目的 2、表面处理分类 3、常见金属的表面处理方法 4、表面处理的工艺流程 5、不同表面处理方法对零件尺寸的影响 6、不同表面处理对外观的影响 7、常见的表面处理缺陷

1、表面处理的目的
? 提高零件的抗腐蚀性能 ? 改善零件外观 ? 修补零件尺寸
如模具和滚轴的修理,常用电镀或者电铸的方法

? 增加产品性能
提高零件的表面硬度,增加耐磨性(铝氧化、镀硬铬等) 提高零件的焊接性能(镀镍、镀锡) 提高零件的润滑性(镀锡铅、铁氟龙喷涂、光油喷涂)

……….

不同表面处理方法的抗腐蚀效果
? ? ? ? 避免材料与氧气的接触 抗腐蚀层的微观致密程度 抗腐蚀层的厚度 抗腐蚀层的材料选择

? 电镀/电铸 ? 阳极氧化/电泳 ? 化学保护膜

2、表面处理的分类
? 表面机械强化 ? 表面转换膜 ? 表面喷涂

表面机械强化
? 工业中常采用机械处理方法来清理、强化 及光整金属表面,如喷丸/砂处理、滚压加 工、内孔挤压、拉丝、磨光和抛光等,其 中喷丸/砂处理、拉丝、磨光和抛光处理在 生产中应用很广泛。

喷砂处理
? 喷砂是采用压缩空气为动力,以形成高速喷射束将喷料高 速喷射到被需处理工件表面,使工件表面的外表面的外表 或形状发生变化,由于磨料对工件表面的冲击和切削作用, 使工件的表面获的一定的清洁度和不同的粗糙度,使工件 表面的机械性能得到改善,因此提高了工件的抗疲劳性, 增加了它和涂层之间的附着力,延长了涂膜的耐久性,也 有利于涂料的流平和装饰。

? 喷丸种类
石英砂/玻璃砂、金刚砂、铁砂、海砂、铜矿砂/铜砂

表面喷涂
? 喷油(溶剂型涂料) ? 喷粉(粉末涂料) ? 喷涂技术
空气喷涂 高压无气喷涂 静电喷涂 加热喷涂

表面转换膜
? ? ? ? ? 氧化处理 磷化处理 电镀 化学镀 电铸、电泳与电抛光

表面转换膜——氧化处理 表面转换膜——氧化处理
? 化学氧化处理
钢铁件的化学氧化处理 铝及铝合金的化学氧化处理 镁合金的化学氧化处理

? 电化学氧化处理
铝及铝合金的阳极氧化 钛的阳极氧化

钢铁件的化学氧化处理
? 钢铁的化学氧化处理是将钢铁件在化学药物中加热到适当 温度,使其表面形成一层致密蓝色(或黑色)的氧化膜,与 外界的氧气隔绝,以改善钢的耐蚀性和外观,这种工艺又 叫发蓝/黑处理。氧化膜是一层致密而牢固的Fe3O4薄膜, 只有0.5~1.5微米厚,对钢件的尺寸精度无影响。氧化处 理后的钢件还要进行肥皂液浸渍处理和浸油处理,以提高 氧化膜的防腐蚀能力和润滑性能。 ? 不同材料成份的钢铁件,氧化时使用的化学药水配方不同。 ? 氧化处理过程中溶液中的氧化剂含量越高,生成氧化膜速 度也越快,而且膜层致密、牢固。溶液中碱的浓度适当增 大,获得氧化膜的厚度增大,碱含量过低,氧化膜薄而脆 弱。溶液的温度适当升高,可以提高氧化致密度。 ? 工件含碳量越高,越容易氧化,氧化时间越短。氧化处理 时间主要根据钢件的含碳量和工件氧化要求来调整。 ? 氧化处理工艺不影响零件的精度,常用于仪器、仪表、工 具、枪械及某些机械零件的表面,使其达到耐磨、耐蚀以 及防护与装饰的目的。

铝及铝合金的化学氧化处理
? 铝及其铝合金在自然条件下很容易生成致密的氧化膜,可 以防止空气中水分和有害气体的氧化和侵蚀,但是在碱性 和酸性溶液中易被腐蚀。为了在铝和铝合金表面获得更好 的保护氧化膜,应该进行氧化处理。常用的处理方法有化 学氧化法与电化学氧化法。 ? 化学氧化法是把铝或铝合金零件放人化学溶液中进行氧化 处理而获得牢固的氧化膜,其厚度为0.3~1微米。此方法 适用于纯铝、铝镁、铝锰合金。化学氧化法主要用于提高 铝和铝合金的耐蚀性和耐磨性,并且此工艺方法操作简单, 成本低,适于大批量生产。 ? 按处理溶液的性质可分碱性和酸性溶液氧化处理。 ? 例如,碱性氧化液为 Na2CO3(50 g/L)、Na2CrO4(15 g/L)、NaOH(25 g/L),处理温度:80~100°C,处理时 间:10~20min。经氧化处理后的铝表面呈现厚度为0.5~ 1微米的金黄色氧化膜。

铝及铝合金的阳极氧化
? 电化学氧化法是在电解液中使铝和铝合金表面形成氧化膜 的方法,又称阳极氧化法,将以铝或铝合金为阳极的工件 置于电解液中,通电后阳极上产生氧气,使铝或铝合金发 生化学或电化学溶解,结果在阳极表面形成一层氧化膜。 阳极氧化膜不仅具有良好的力学性能与抗蚀性能,而且还 具有较强的吸附性,采用不同的着色方法后,还可获得各 种不同颜色的装饰外观。 ? 由于阳极氧化膜的多孔结构和强吸附性能,表面易被污染, 特别是腐蚀介质进人孔内易引起腐蚀。因此阳极氧化膜形 成后,必须进行封闭处理,封闭氧化膜的孔隙,提高抗蚀、 绝缘和耐磨等性能,减弱对杂质或油污的吸附。常用的封 闭方法有热水、热水溶液封闭法和石蜡、油类、树脂封闭 法等。

阳极氧化膜的结构(10000倍俯视图) 阳极氧化膜的结构(10000倍俯视图)

阳极氧化膜的结构(20000倍俯视图) 阳极氧化膜的结构(20000倍俯视图)

阳极氧化膜的结构(10000倍截面图) 阳极氧化膜的结构(10000倍截面图)

阳极氧化膜的结构(15000倍截面图) 阳极氧化膜的结构(15000倍截面图)

表面转换膜——磷化处理 表面转换膜——磷化处理
? 把钢铁件浸入磷酸盐为主的溶液中使其表面沉积,形成不 溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程称为磷化处理。常用 的磷化处理溶液为磷酸锰铁盐和磷酸锌溶液,磷化处理后 的磷化膜厚度一般为1~5微米,其抗腐蚀能力是发蓝处理 的2~10倍。 ? 磷化膜与基体结合力较强,有较好的防蚀能力和较高的绝 缘性能,在大气、油 类、苯及甲苯等介质中均有很好的 抗蚀能力,对油、蜡、颜料及漆等具有极佳的吸收力,适 合做油漆底层。但磷化膜本身的强度、硬度较低,有一定 的脆性,当钢材变形较大时易出现细小裂纹,不耐冲击, 在酸、碱、海水及水蒸气中耐蚀性较差。在磷化处理后进 行表面浸漆、浸油处理,抗蚀能力可较大提高。 ? 磷化处理所需设备简单,操作方便,成本低,生产效率高。 在一般机械设备中可作为钢铁材料零件的防护层,也可作 为各种武器的润滑层和防护层。

表面转换膜——电镀 表面转换膜——电镀
? 电镀是将被镀金属制品作为阴极,外加直流电,使金属盐 溶液的阳离子在工件表面沉积形成电镀层。电镀实质上是 一种电解过程,其阴极上析出物质的重量与电流强度、时 间成正比。欲进行电镀必要的三个条件是:电源、镀槽 (电镀液)及电极。 ? 电镀可以为材料或零件覆盖一层比较均匀致密、具有良好 结合力的镀层,以改变其表面特性和外观,达到材料保护 或装饰的目的。电镀除了可使产品美观、耐用外,还可获 得特殊的功能,可提高金属制品的耐蚀性、耐磨性、耐热 性、反光性、导电性、润滑性、表面硬度以及修复磨损零 件尺寸及表面缺陷等,如在半导体器件上镀金,可以获得 很低的接触电阻;在电子元件上镀锡可以获得很好的焊接 性能;在活塞环及轴上镀铬可以获得很高的耐磨性;防止 局部渗碳的镀铜、防止局部渗氮的镀锡等。 ? 目前,广泛应用的电镀工艺有镀铜、镀镍、镀铬、镀锌、 镀银、镀金等。

表面转换膜——化学镀 表面转换膜——化学镀
? 化学镀亦称无电解镀。其原理是:在水溶液中金属离子通 过化学反应(氧化还原)变成金属,沉积在工件表面形成 镀层。 ? 化学镀获得镀层是通过化学反应直接在溶液中产生的,因 此它不受工件表面形状的影响,避免电镀工艺中遇到的高 低电流区域的影响,因此它在工件表面的镀层厚度均匀一 致,尤其适合机械零件的处理。 ? 化学镀的镀层因为是通过化学反应所产生,因此镀层中沉 积的杂质较多,且化学镀层比电镀层疏松,抗腐蚀性能低 于电镀的方法。 ? 目前化学镀镍、镀铜、镀银、镀金、镀钴、镀钯、镀铂、 镀锡等已在工业生产中应用,尤其在电子工业中应用更为 广泛。

表面转换膜——电铸、电泳与电抛光 表面转换膜——电铸、电泳与电抛光
? 电铸——厚镀层的电镀工艺 ? 电泳与电抛光——阳极氧化的分支 ? 在电解反应的过程中,决定电流分布的因 素出现了改变,电镀过程中是工件的形状 占绝对优势,电铸、电抛光和阳极氧化是 溶液的流动性占绝对优势,因此后者的尺 寸变化相对较少。

3、常见金属的表面处理方法
? 铝及铝合金表面处理方法
表面喷砂/拉丝、化学氧化、阳极氧化(普通、铬酸、硬质、微弧、陶瓷)、化学镍、 电镀

? 镁及镁合金表面处理方法
化学氧化、阳极氧化、化学镍、电镀

? 铜及铜合金表面处理方法
化学保护膜、化学氧化(钝化、黑化) 、化学镍、电镀

? 不锈钢表面处理方法
发黑/蓝、电抛光、化学抛光、表面喷砂/拉丝、机械抛光、化学镍、电镀

? 碳钢及铁合金表面处理方法
发黑/发蓝、磷化 、化学镍、电镀

? 钛及钛合金表面处理方法
阳极氧化 、化学镍、电镀

? 锌及锌合金表面处理方法
化学镍、电镀

4、表面处理的工艺流程
? 机械方法前处理
喷砂、拉丝、抛光、磨平、去毛刺、除氢

? 化学方法前处理
除油、除腊、除胶、除氧化膜、活化、化学抛光

? 表面转换膜生成 ? 化学方法后处理
钝化、封闭、中和、涂/浸油

? 机械方法后处理
抛光、除氢

5、不同表面处理方法对零件尺寸的 影响
? ? ? ? ? ? 无影响的表面处理方法:发蓝/黑、化学氧化 磷化 (增加尺寸1-5微米) 阳极氧化 (增加尺寸视氧化膜厚度而定) 化学镀 (增加尺寸视镀层厚度而定) 电镀(增加尺寸视镀层厚度和电镀种类而定) 电抛光 (0.02-0.06mm的减少)

6、不同表面处理对外观的影响
? ? ? ? ? ? ? ? 发黑/蓝------表面呈灰黑色或蓝色 铜钝化/酸洗--------铜件本色(较亮) 铝及铝合金化学氧化-------本色 常用表面处理中英 不锈钢抛光-------材料本色(较亮) 文及膜厚控制履历表 电镀锌、电镀铬-------根据客户需要、蓝白色 电镀镍、电镀铜镍-------灰/银色 化学镀镍-------灰/银色 阳极氧化(普通、硬质)--------本色或灰色

7、常见的表面处理缺陷
? ? ? ? ? ? ? ? 起皮、分层 粗糙、烧边 水绩 色差、色泽不均 生锈、锈斑 麻点、过腐蚀 尺寸不符 划伤、碰伤

完 谢谢!


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