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RoHS

RoHS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