表面处理技术

表面处理技术

第一节概论

人们使用表面技术已经有悠久的历史。我国早在战国时代已进行钢的淬火，使钢

的表面获得坚硬曾。欧洲使用类似的技术也有很长的历史。但是，表面技术的迅速发

展是从工业革命开始的，尤其是最近30多年发展更为迅速。一方面人们在广泛使用和

不断试验的过程中积累了丰富的经验；另一方面自60年代末形成的表面科学使表面技

术进入了一个新的发展时期。

1.1 表面处理技术的涵义

广义地说，表面技术是直接与各种表面现象或过程有关的，能为人类造福活被人

们利用的技术。

表面处理的对象非常广泛,从传统工业到现在的高科技工业,从以前的金属

表面到现在的塑料,非金属的表面.它使材料更耐腐蚀 ,更耐磨耗,更耐热,它使材料之寿延长,此外改善材料表面之特性,光泽美观等提高产品之附加价值,所有这些改变材料表面之

物理,机械及化学性质之加工技术统称为表面处理 (surface treatment) 或称为表面加工(surface finishing)。

1.2 使用表面处理技术的目的

现在表面技术的应用十分广泛。对于固体材料来说，使用表面技术的主要目的是：（1）提高材料抵御环境作用的能力；

（2）赋予材料表面某种功能特性。包括光、电、磁、热、声、吸附、分离等

各种物理和化学性能；

（3）实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件等

1.3 表面处理技术的重要性

表面处理工业虽然不是工业之主流,但只有透过表面处理,制品的特性及价值才能充

份发挥出来.应用电镀(plating),阳极处理(anodizing),化成处理(convesion coating),涂装(coating) 等工业技术,达到防蚀,增进可焊性,润滑性,耐磨性,附着性及钢材防止渗碳等的多项目的.

所以表面处理为各种加工制造工业不可或缺的过从传统工业到近代高科技,表面处理技术一直扮演非常重要性之角色.例如宇宙飞船,人造卫星,集成电路等之发展表面处理技术都有决定性之影响.由于表面处理对材料月异,带动相关科技工程之进步。

1.4 表面处理技术的分类

表面处理技术可以从不同的角度进行归纳、分类。例如按照作用原理可以分为以下四种基本类型：

（1）原子沉积。沉积物以原子、离子、分子和离子团等原子尺度的粒子形态在材料表面上形成覆盖曾，如电镀、化学镀、物理气相沉积等。

（2）颗粒沉积。沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层，如热喷涂、搪瓷涂敷等。

（3）整体覆盖。它是将涂敷材料余同一时间施加余材料表面，如包、贴片、热浸镀、涂刷、堆焊等。

（4）表面改性。用各种物理、化学等方法处理表面，使之组成、结构发生变化，从而改变性能，如表面处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理、离子注入等。

又可以按工艺来分为以下几部分：表面覆盖技术、表面改性技术、复合表面处理技术。后续章节我们将主要探讨我们经常要用到得一些表面处理技术。如电镀、涂装、

喷砂、阳极处理等。

第二节电镀

2.1 前处理

在电镀之前往往要进行一些前处理，这样才能保证镀层的质量。下面首先简单介

绍一下有关前处理的一些基本知识。这只是帮助我们了解到电镀之前要进行清洁等其它

处理。

2.1.1 前处理的意义和目的

1.意义

一般前处理工程过程为,研磨预备洗净水洗电解脱酯水洗酸浸及活性化水中和水洗电镀。

2.目的

前处理的目的是为了得到良好的镀层，由于镀件在制造、加工搬运、保存期间会有油酯、氧化物锈皮、氢氧化物、灰尘等污物附着于镀件表面上，若不去除这些污物而进行电镀将得不到良好的镀层。镀件质量，前处理占很重要的地位。

2.1.2 前处理不良往往会造成成品镀层有些缺陷，实践经验告诉我们主要是一下一些缺陷：

(1)剥离，(2)气胀，(3)污点，(4)光泽不均，(5)凹凸不平，(6)小孔，(7)降低耐蚀性，(8)脆化。电镀之不良，前处理占很大的原因。

2.1.3 电镀前需要去除的典型淤物

不良的前处理会造成缺陷，那我们就有必要了解一下前处理的主要对象有哪些，下面简单介绍一下电镀前需去处的典型淤物：

(1) 润滑油(6) 淬火残留物

(2) 切削油(7) 热处理盐

(3) 研磨油(8) 热处理盐

(4) 热斑(9) 污迹

(5) 锈及腐蚀物(10) 油漆及油墨2.1.4 前处理的方法

前处理的方法很多，这里只举例说明一下，具体工作中需要用到时再学习。

1.喷砂除锈(abrasive blasting),

2.滚筒除锈(tumbling),

3.碱剂洗净(alkaline

cleaning),5.溶剂洗净(solvent cleaning)，6.蒸气脱脂(vapor degreasing）

2.2电镀的原理

我们常用的电镀有镀铬、镀镍等。下面我们将重点学习以下几种电镀。

2.3 镀铬

2.3.1 铬的性质

(1) 色泽 : 银白色，略带蓝色。

(2) 原子量 : 51．996 。

(3) 比重 : 7．2。

(4) 熔点 : 1900 。C

(5) 硬度 : 800~10OOHB 。

(6) 标准电位 : 为一0．71 伏特。

(7) 在潮湿大气中很安定，能长久保持颜色。

(8) 硝酸,硫化物,碳酸塭及有机酸中很安定。

(9) 易溶于塭酸及热浓硫酸。

(10)苛性钠溶液中铬阳极易溶解。

(11)铬镀层耐热性佳，在480"C以下不变色，50O ℃以上才开始氧化，700"C则硬度下降。

(12)铬镀层优点为硬度高、耐磨性好、光反射性强。

(13)铬镀层缺点为太硬易脆、易脱落。

(14)铬的电位比铁负,钢铁镀铬是属于阳极性保护镀层，而铬本身于大气中易形成极

薄的钝态膜，所以耐腐蚀。

(15)铬镀层具多孔性，所以对钢铁腐蚀性不很理想，所以一般先镀铜，再镀镍最后

再镀一层铬才能达到防腐蚀及装饰的目的。

(16)铬镀层广泛应用在提高零件之耐腐蚀性、耐磨性、尺寸修补、反射光，及装饰等用途。

2.3.2 镀铬的种类

1.传统式铬酸镀铬。

2.催化物铬酸镀铬。

3.自动催化铬酸镀铬。

5.熙色铬箪镀。

6.滚桶镀铬。

7.多孔铬电镀。

8.微裂铬电镀。

9.无裂铬电镀。

2.3.3 镀铬之特性

(1)须严格控制浴温、电流密度、极距等操作条件

(2)均一性差，对复杂形状镀件需适当处理。

(3)电流效率很低，须较大电流密度。

(4)阳极采用不溶解性阳极，铬须用铬酸补充。

(5)电镀过程中不许中断

(6)形状不同镀件不宜同槽处理，须用不同的挂具‥

(7)镀件预热与浴温一致，附着性才会好。

(8)镀件要彻底活化，要带电入槽，附着性才艮好‥

(9)需用冲击电流(大于正常50-100% ) 在开始电镀较复杂形状镀件

约2-3分钟而后慢慢降至正常电流密度范围内。

2.3.4 镀铬之影响因素

(l) CrO3浓度与导电度关系

(2) 温度兴导电度之关系

(3) CrO3浓度与电流效率之关系

(4) 硫酸浓度之影响

浓度低时，低电流密度下电流效率高，反之电流效率低‥

(5) 三价铬的影响

1. 三价铬很少时，沈积速率减媛。

2. 三价铬很高时，镀层变暗。

3. 三价铬增加，则导电度降低，需较大电压