材料防护

材料表面防护一. 为什么要表面防护，就像人为什么要穿衣服1.防止腐蚀。

铁生锈、铝合金门窗发出盐花、铜绿、防盗窗不光亮甚至生锈2.美观，耐用，增加强度、伪装……。

二. 讲解产生腐蚀的原因对于这么多答案，我想防腐是我们对材料做表面处理的最初原因，那我们着重讲讲腐蚀腐蚀可以分为化学腐蚀或电化学腐蚀。

不同点: (1)化学腐蚀金属与氧化剂直接得失电子，电化学腐蚀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。

化学腐蚀比较缓慢，在自然界也较少。

自然界主要的腐蚀型式是电化学腐蚀，电化学原理如图腐蚀需要符合的条件：阴极，阳极、腐蚀介质（电解液）构成原电池，阳极发生腐蚀溶解，产生腐蚀电流。

铜锌电池原理图以上是实验室的模型，自然界中这个原电池又是什么型式呢？钢铁暴露在潮湿的空气中，表面会附着一层水膜，空气中的二氧化碳、二氧化硫及沿海地区空气中的氯化钠等物质都可能溶到水膜中形成电解质溶液，这样。

铁和碳与电解质溶液接触形成了原电池。

发生电化学腐蚀！2.金属的标准电极电位为什么电流会流动，原电池中活泼金属被氧化，那金属的活泼顺序又是怎么样呢？金属活动性顺序表（钾钙钠镁铝锌铁锡铅（氢）铜汞银铂金）活性越强，电位越负，自然界没有金属态存在（如钠、钾、铝）；电位越正，自然界有金属态存在（如铜、银、金）。

3.电位差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。

如钢材，是由铁和碳组成，如果将钢材直接暴露在潮湿的空气中，钢材就会很快的腐蚀生锈。

电位差越大的合金材料，越容易腐蚀，如硬铝12（铝铜合金）和铝镁合金相比，铝镁合金耐蚀性明显好于铝铜合金。

三.列出金属防护的种类了解了金属是怎么腐蚀的，那就可以想办法去防护了。

1.电镀/化学镀几种保护方式①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②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。

③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，如钥匙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）。

四.如何选择防护种类，如何选择合适的衣服了解了腐蚀产生的原因，防护的方法，接下来就是如何选择防护种类了。

刚刚开始的时候讲到的电线杆为什么是喷漆，喷粉较多，水龙头是电镀或热镀锌较多首先给环境分几个等级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。

腐蚀有外因和内因，那内因就是它们2个的懒惰差距或活泼差距，学名叫接触偶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。

3.镀覆层设计原则衣服改如何设计镀覆层设计时须考虑以下各项因素：①零件的材料、配合公差材料，如塑料件要电镀，那就要选择可镀级ABS，铝合金的氧化需要锻铝或铝型材。

尼龙就不能被电镀了。

配合公差，如喷漆之后表面会增大0. 1左右，电泳厚度是0.015-0.03，氧化厚度一般在几个丝，这些都在设计的时候考虑好，不然会导致无法处理或者无法装配。

②零件储存和使用环境条件特征比如我们的摇轮，分为海钓轮和淡水轮，就有不同的表面要求金属零件在室内用和室外用，表面喷粉粉末的等级就不同，分室内粉和室外粉还有温度的高低对镀层的悬着也是不同的，不同的镀层能耐高温的程度有所不同③金属材料接触偶级别④镀覆的目的和各种性能要求，环保要求，符合RoHSRoHS是由欧盟立法制定的一项强制性标准现在不能用重金属材料该标准的目的在于消除电机电子产品中的铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚共6项物质，并重点规定了铅的含量不能超过0.1%。

⑥镀覆层的表示方法根据电化学特征，结构设计中尽量避免两端盲孔等溶液无法进入或流动的区域和结构，当孔较小、较深时，要增加工艺横孔，以提高溶液流动性和改善电场分布，提高镀层均匀性和可镀性。

黑色金属电镀后会不同程度的产生氢脆抗疲劳性能下降，需要受力的高强度钢和薄壁零件，要注意氢脆、疲劳和应力集中等。

镀层组合不可随意设计，必须经过试验验证性能满足各项要求的镀层组合才可以采用。

带有螺纹连接、压合、搭接、铆接、电焊、单面焊等组件，因存在缝隙，原则上不可以进行镀覆。

应注意镀覆层的使用温度范围，超过允许的使用范围时，不仅会导致性能无法达到，甚至可能引起基体金属的开裂和脆断。

在密闭情况下，应考虑有机挥发气氛对锌镉镀层的腐蚀作用。

五.结构设计中常见镀覆层介绍以上讲了材料的腐蚀原因，防护方法，防护种类以及如何选择，接下来我给同学们介绍一些常见的表面防护方法■1.镀锌■镀锌可分为冷镀锌和热镀锌1.1热镀锌的方法简单的说就是将被镀零件浸入锌液中，等锌包裹到被镀件上后取出。

这个过程共三个步骤，铁基表面被锌液溶解形成锌—铁合金相层；合金层中的锌离子进一步向基体扩散形成锌—铁互溶层；合金层表面包络着锌层。

■特点，具有较厚致密的纯锌层覆盖在被镀件表面上，它可以避免钢铁基体与任何腐蚀溶液的接触，保护钢铁基体免受腐蚀。

在一般大气中，锌层表面形成一层很薄而密实的氧化锌层表面。

它很难溶于水，故对钢铁基体起着一定保护作用。

热镀锌常用于钢板自来水管等，■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。

彩锌—耐蚀性好，装饰性差。

工艺成熟，应用最广泛，蓝白锌和银白锌—装饰性好，耐蚀性差，适用于使用环境好、要求不高的零件黑锌—有一定的装饰性、耐磨性好、耐蚀性好，适用于有一定装饰和耐磨要求的零件。

一般是为螺丝钉做镀层。

军绿锌—有一定的装饰性、耐蚀性很好、导电性差，适用于有一定外观装饰和好的防腐性能要求的零件。

对于钢和铜，锌是阳极性镀层，在一般环境下有较好的防护性能。

但在海水、海雾直接接触的情况下，其防护性能不如镉镀层。

使用温度不应超过250度，否则会产生镉脆，在低于70度的环境和高于70度的水中，耐蚀性显著下降。

总的来说镀锌层工艺比较成熟，价格低廉，但装饰性和抗腐蚀能力不是很强，只能做一般要求不是很高的表面防护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、易于脱模。

b、不会生锈，一点锈斑都不会有。

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。

应用于摩擦的零件，摇轮上传动的零件，外露的既要保证好看又要耐磨就选择它了。

一些量具需要耐磨又不能被轻易腐蚀，镀硬铬是很好的选择。

北仑的模具业也应用此项技术，如果模具尺寸稍微小了几丝，电镀一下就能精确的达到需要的尺寸。

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。

由于铬镀层本身具有微裂纹且多孔，因此，单层铬镀层不宜作防护层用。

要提高耐蚀能力，必须先镀铜再镀双层镍。

底层采用酸性镀铜或氰化镀铜，然后镀半光亮镍+光亮镍（半光亮镍厚度至少要达到镍层总厚度的三分之二），最后镀0.3微米的铬即可。

镀装饰铬必须达到镜面光亮才可镀铬，否则达不到装饰效果。

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HV130—150，在一般的大气条件下较稳定，有良好的消光性能，适用于光学零件，使用时颜色会逐渐减退。

■3.镀镍■电镀镍和化学镍两种■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具有良好的抗氧化性，在300——600度条件下能防止零件氧化，常温下具有磁性，加热到360度失去磁性。

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。

镀层特性目前，暗镍已很少使用，其优点：镀层无应力，缺点：外观差，不耐指纹，镀液对杂质敏感，工艺不稳定。

高硫镍：镀层夹杂的硫含量较高，镀层活性较强，作为半亮镍和两镍的中间层，提高镍层间的电位差，将纵向腐蚀转化为横向腐蚀，起到牺牲阳极的作用。

半光亮镍：优点是镀层基本无应力，可取代暗镍。

光亮镍：优点是外观装饰性好，可以达到镜面光亮，镀层硬度较高，缺点：镀层有脆性，不适用于需弯曲或垂直受力的零件，表面如果不在镀装饰铬，外观很容易氧化变色，耐磨性也不如铬层。

黑镍：有一定硬度和消光性，可以缓解视觉疲劳。

但镀层颜色不耐久，适用于光学、武器和铭牌等相关部件，缺点耐蚀性差，须有后处理。

工艺稳定性也不太好。

珍珠镍：又叫缎面镍，沙镍。

外观装饰性镀层，具有雾面效果。

底层需亮镍打底。

缺点是工艺稳定性较差。

3.2化学镀镍化学镀镍的特点：1 厚度均匀性厚度均匀和均镀能力好是化学镀镍的一大特点，也是应用广泛的原因之一，化学镀镍避免了电镀层由于电流分布不均匀而带来的厚度不均匀。

化学镀时，只要零件表面和镀液接触，镀液中消耗的成份能及时得到补充，镀件部位的镀层厚度都基本相同，即使凹槽、缝隙、盲孔也是如此。

2. 镀件不会渗氢，没有氢脆，化学镀镍后不需要除氢。

3. 很多材料和零部件的功能如耐蚀、抗高温氧化性等比电镀镍好。

钢表面化学镍层经400度热处理后，硬度可以达到HV900-1000,可以取代硬铬层。

4. 可沉积在各种材料的表面上，例如：钢镍基合金、锌基合金、铝合金、玻璃、陶瓷、塑料、半导体等材料的表面上，从而为提高这些材料的性能创造了条件。

5.缺点是工艺较复杂，成本较高。

因此，特别适用于形状复杂，表面要求耐磨和耐蚀的零部件的功能性镀层等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。

新的镀锡层易钎焊，随着时间的延长，特别是在潮湿的环境下，易氧化变得不易钎焊。