表面处理技术(20201219125623)

表面处理技术

一、金属的腐蚀

按原理分：

1. 化学腐蚀（缓慢的、均匀的、没有腐蚀电流产生）——化学浸蚀溶解

2. 电化学腐蚀（有腐蚀电流产生，快速的、不均匀的）是最广泛的腐蚀形式

按破坏形式分：点蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、丝状腐蚀、磨损腐蚀等。

按腐蚀介质分：大气腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀、生物腐蚀、融盐腐蚀等

二、电化学腐蚀原理

1. 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

2. 金属的标准电极电位金属活动性顺序表（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）。

稳态能级——原子序数小的碱金属、碱土金属很容易失去电子达到稳态能级，形成金属离子。大原子序数金属表面电子多，能级较高，较小的能

量不容易引起电子跃迁，稳态发生变化，因此，性质很

稳定。

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。另如铝压铸件、锌铝压铸件。

三、金属的防护

1. 电镀/ 化学镀

几种保护方式

①牺牲阳极一一阳极性镀层（钢铁表面各种镀锌、铜表面镀镍

等）

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，

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）。

4. 表面改姓

化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗），物理气相沉积（真空蒸发镀、真空溅射镀、离子注入），激光改姓、电子束改性。

四、镀覆层的设计选择

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。

2. 接触偶两种材料的电位差大小决定了接触偶得大小。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. 镀覆层设计原则镀覆层设计时须考虑以下各项因素：

①零件的材料、结构、形状、配合公差

②零件储存和使用环境条件特征

③金属镀覆层的特性和分类、应用范围、厚度系列与选择原则

④金属材料接触偶级别

⑤镀覆的目的和各种性能要求

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

1. 镀锌

镀锌层为银白色，钝化后具有不同的颜色。彩虹色钝化——耐蚀性好，膜层导电，装饰性差。工艺成熟，应用最广泛，

蓝白色钝化——装饰性好，耐蚀性差，适用于使用环境好、要求不高的零件

银白色钝化——装饰性好，耐蚀性差，适用于使用环境好、要求不高的零件

黑色钝化——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。

军绿色钝化——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。

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