材料表面技术

电镀应用
§2 电镀和化学镀
（8）耐蚀镀： ①镀Zn，如镀Zn钢板；还可电镀Zn合金，如Zn-Ni（13％）， Ni4Zn3金属间化合物。 ②镀Sn，美丽的光泽，对含果实类耐有机酸耐蚀能力很好，对 Sn的钎焊性能好，用于食品罐头盒、无线电接插件及引线等 元件。 ③镀Ni，常存在孔隙，需多层电镀，用于汽车、仪表等。 ④镀Cu，用于多层电镀的底层或中间层。 ⑤镀Mn，用于海水中混凝土钢筋。
材料表面技术§1 材料表面技术述§2 电镀和化学镀§3 化学转化膜技术
§4 表面涂敷技术 §5 气相沉积技术 §6 高能束表面技术简介
§1 材料表面技术概述
表面工程是利用物理的、化学的、物理化学的以及机械 的等工艺方法，使工件表面获得可要求的成分、组织和性能， 以提高产量质量的工程。始于20世纪80年代 。 主要包括： （1）热处理，表面淬火、化学热处理等，以提高表面强度、硬度、
（10）复合镀：在金属基体上分布一些高硬度氧化物、碳化物 质点，常以Ni、Co为主体金属，如化学镀Ni-P、Ni-B为主体 金属，分散硬颗粒是SiC等，Ni-P-SiC复合镀层的耐磨性比镀 Ni层高70％，已用于汽车发动机。
电镀应用
硬币的设计
§2 电镀和化学镀
第五套人民币硬币 1元硬币 白铜、钢芯镀镍 5角硬币 黄铜、钢芯镀铜 1角硬币 不锈钢
电镀实验演示视频
电镀生产实例视频 1 2
电镀应用
§2 电镀和化学镀
（1）镀Mo显著提高发动机QT缸体的耐磨性。 （2）汽油机铸铝活塞裙部外表面镀Sn。 （3）活塞环用合金ZT，第一道环镀Cr，第二道环镀Sn或P化。 （4）拉伸钢质零件，毛坯表面需镀Cu或P化，使毛坯表面形成 一层隔离层，能储存润滑剂，具有自润性能。 （5）电镀黄铜（仿金电镀），如Cu-Zn、Sn-Cu-Zn，可能到 18K～24K黄颜色仿金电镀层，可用于：灯饰、日用五金制品；汽 车轮胎子午线钢丝的电镀，提高橡胶与钢丝的结合强度；节约Au， 在镀Au前先镀黄铜。 （6）减摩镀—轴承电镀，电镀软金属如Sn、Pb、In等，在摩擦 表面上改善磨合性能。
（三）涂装方法
1. 一般涂装方法 包括刷涂、淋涂、压缩空气喷涂、高压无空气喷涂等。
2. 静电涂装法 3. 电泳涂装法
§4 表面涂敷技术
二、粘涂
材料表面粘涂技术是粘接技术的一个分支，它是将特种功能的胶粘剂
（通常是在胶粘剂中加入有机或无机填料，如二硫化钼、金属粉末、陶瓷 粉末和树脂粉末）直接涂敷于材料表面，使之具有耐磨、耐蚀、耐热、绝 缘、导电、导磁、防辐射等功能的一项新技术，主要用于零件的表面强化 与修复，也可使其获得某种特殊功能。
（一）钢铁的磷化处理 除油脱脂 水洗 磷化后处理（如封闭处理）
④减摩用磷化膜 ；⑤电绝缘用磷化膜。
酸洗 水洗
水洗 干燥
磷化
主要应用：①防护用磷化膜； ②涂装用磷化膜 ；③冷加工润滑用磷化膜；
（二）有色金属磷化处理
§3 化学转化膜技术
三、磷化处理
P化应用： （1）柴油机铸铝活塞裙部外表面P化。 （2）活塞环用合金ZT，第一道环镀Cr，第二道环镀Sn或P化。 （3）拉伸钢质零件，毛坯表面需镀Cu或P化，使毛坯表面形成 一层隔离层，能储存润滑剂，具有自润性能。
喷丸
§1 材料表面技术概述
风电设备表面处理方案： （1）风机叶片 ：喷丸强化 （2）风电齿轮箱：低Ra超精研磨 （3）风机轮毂：抛丸处理 （4）风机塔架：抛丸/喷砂除锈等＋涂防腐涂层
喷丸
§1 材料表面技术概述
喷丸
§1 材料表面技术概述
§2 电镀和化学镀
一、电镀 将零件作为阴极放在含有欲镀金属的盐类电解质溶液中，通 过电解作用而在阴极上（即零件）发生电沉积现象形成电镀层。 （一）单金属电镀 （二）合金电镀 （三）复合电镀 （四）非金属材料的电镀
§2 电镀和化学镀
二、化学镀
（一）基本原理 在无外加电场的情况下，镀液中的金属离子在还原剂的作用下，通过催化 在镀件（金属或非金属件）表面上的还原沉积过程。 （二）基本特点 ①均镀能力和深镀能力好，可在形状复杂的镀件表面产生均匀厚度的镀层 ；
②镀层晶粒细，空隙小，力学性能、物理性能和化学性能优良；
3. 表面涂层很薄，涂层用料少。
4. 可以用于修复已损坏、失效的零件。
表面工程功能
§1 材料表面技术概述
①充分发挥材料潜力。 六缸柴油机曲轴喷丸处理后强度提高30％～38％。 冷作模具承受冲击载荷大，其表面耐磨性与心部韧性之 间的矛盾更加突出，经渗B后表面耐磨性由高硬度的硼化物 层承担，再适当地提高回火温度将基体硬度降低到60HRC以 下，使心部韧性得到改善，既发挥了硼化物层的耐磨优势， 又避免发生脆性断裂，可使模具寿命延长十几倍。 气相沉积如CVD沉积α-Al2O3的硬质合金，在1000～ 1500℃时刃部仍保持高硬度，使用寿命比沉积TiC、TiN高2 倍。
二、粘涂
表面粘涂技术的应用
§4 表面涂敷技术
2. 零件的防腐蚀
涂料涂覆于物面上能保护其不受环境的侵蚀，而且涂装施工方便，不 必像搪瓷需大型烘炉、电镀需电镀槽等设备，也不必像阴极保护只限用于 水下、地下浸没部位。 我国某油田埋地管线中，集油管线孔腐蚀速率为2.4mm/a（毫米/年） 不断出现，在经济上造成的损失极大。安徽省化工研究所陈向普等开发了 管道内壁粉末涂装设备和工艺，不仅防腐蚀，且可减少阻力，增加了流量， 减少了维护费用。 为了减少腐蚀的损失，人们采取了许多措施，但迄今仍以有机涂层为 最有效、最经济、应用普遍。
粘涂的一般工艺过程：表面预处理（清洗、粗化、活化）
涂敷（刮涂法、刷涂法、模压法等）
配胶
固化（室温或加热固化）
后处理（如清理、修整或表层机械切削、磨削加工）。
§4 表面涂敷技术
二、粘涂
表面粘涂技术的应用
1. 零件的减磨润滑
粘涂技术获得的涂层通常称为粘结固体润滑膜。在空间技术方面应用 广泛。例如，人造卫星的天线驱动系统、太阳电池帆板机构、光学仪器的 驱动机构和温控机构、星箭分离机构及卫星搭载机械等都使用了粘接固体 润滑膜润滑。 此外，粘接固体润滑膜在高低温条件下的应用已经非常广泛，如火箭、 飞机和汽车等的高温发动机的滑动件、汽缸、活塞环和飞机上的其它高温 滑动件，以及远程炮的炮膛、金属热加工模具、原子核反应堆的有关部件 和耐高温烧蚀螺丝等。
表面工程功能
§1 材料表面技术概述
③制作新材料。表面强化处理是制造复合材料的预处理手段。 ④维修与修复。 用刷镀修复的坦克零件，耐磨性是原产品的4.3倍； 刷镀修复万匹马力柴油机的定时齿圈； 热喷涂处理运输船尾轴套； 用化学粘接高温涂料修复船用柴油机排烟管等。
⑤装饰。沉积TiN代替黄金，化学镀仿制各类文物及装饰品以 及各类涂料的装饰等。
电镀应用
§2 电镀和化学镀
（7）车身某些部位，如5门1盖、焊接形成的内腔等，不能 上面漆，甚至不能上电泳漆，往往成了车身整体防腐蚀的 薄弱点。可采用单面镀 Zn或双面镀 Zn钢板，翼子板、车顶 盖也可使用Zn钢板。
镀Zn钢板的镀Zn层7.5～10μm。
双面镀Zn板车身，使用寿命12年。
中高档轿车白车身一般使用镀Zn板，但其表面粗糙度、 清洁度影响镀Zn层附着力。
二、材料表面技术的应用
1. 在结构材料及工程构件、机械零件上的应用 2. 在功能材料及元器件上的应用
3. 在新材料的研究与生产上的应用
4. 在环境保护方面的应用
§1 材料表面技术概述
三、表面技术的分类
1. 表面覆层技术
2. 表面合金化技术 3. 表面组织转变技术
四、材料表面技术的特点
1. 只需进行表面改性或强化，可以节约材料。 2. 可以获得特殊的表面层。
③设备简单、操作容易，适合于金属与非金属镀件。
（三）应用及举例
应用
§2 电镀和化学镀
镀铬系列 电镀黑镍系列
镀铜系列 仿古铜系列
电镀锌系列
§3 化学转化膜技术
引言
一、化学氧化
二、铝及铝合金的阳极氧化
三、磷化处理 四、铬酸盐处理
引言
膜层的方法。
§3 化学转化膜技术
化学转化膜：通过化学或电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物
表面工程功能
§1 材料表面技术概述
②节约材料资源。 用铁基粉末烧结成形后渗锌，代替铜制作弹子锁芯，耐 蚀性好，节约了大量铜。 用低碳钢渗铝，代替高合金耐热钢制作渗碳罐，节约了 铬镍资源并降低了成本。 英国汽车排气系统采用渗铝后，寿命比碳钢延长三倍。 钴合金Hs25叶片于1205℃工作2h后，因氧化起皮而失效， 经铬铝共渗后于1205℃，工作100h，仅失重14g/cm2，表面 刚刚起皮。 有人分析，船舶寿命周期一般为20～30年，报废时实际 失效件只是一部分，大约还有70％可以继续工作，如果用表 面强化处理其中一些薄弱部位，可使船舶寿命延长到30～35 年，船舶的全寿命周期费用降低30％左右。
四、热浸镀
§4 表面涂敷技术
一、涂料与涂装
（一）涂膜的作用
1. 保护作用 2. 装饰作用 3. 标志作用 4. 特殊功能
（二）涂料的组成与类型
涂料一般由四大部分组成：主要成膜物质（如油脂、各类合成树 脂）、颜料、溶剂、助剂。
涂料的主要类型：
1. 普通涂料 2. 水性涂料 3. 粉末涂料 4. 其它涂料
电镀应用
§2 电镀和化学镀
（9）耐磨镀： ①镀硬Cr：用于耐磨性和修复磨损件、切削超差的工件。硬， 热硬性好，μ小。 ②防护装饰性镀Cr：中间镀层为Cu、Ni、Cu-Sn、Ni-Fe等， 在镀Ni层上再镀Cr—银蓝色镜面镀层。 ③镀黑Cr：用于照相机、武器等，采用不同镀液。 ④镀无裂纹Cr（裂纹影响金属腐蚀性能），由于镀Sn钢板价 格上涨，用镀Cr钢板—无锡钢板。
§3 化学转化膜技术
一、化学氧化
（一）钢铁的化学氧化
钢铁在含有氧化剂的溶液中进行化学处理，可在其表面生成一层 0.5 ~ 1.5 μm 厚的坚固致密的以 Fe3O4 为主的氧化膜，称为钢铁的化学氧化。由 于 Fe3O4 膜的颜色可以从蓝到黑变化，故又称发蓝或发黑处理。
（二）有色金属的化学氧化
1. 铝及铝合金的化学氧化：将铝及铝合金置于沸水中，或酸性、碱性溶 液中即可发生化学氧化而生成 Al2O3 为主的氧化膜， 其厚度一般可控制在 0.5 ~ 4 μm。 2. 铜及铜合金的化学氧化：在含有氧化剂的溶液中（ 如 NaOH + K2S2O8 ）， 铜及铜合金表面可氧化生成主要为 CuO 或 Cu2O 的氧化膜， 厚度一般为 0.5 ~ 2 μm。
§3 化学转化膜技术
四、铬酸盐处理
将金属或金属镀层放入含有某些添加剂的铬酸或铬酸盐溶液中， 通
过化学或电化学的方法在金属表面生成以铬酸盐（三价铬或六价铬）为主
的膜的方法，有时也称钝化。
铬酸盐膜的主要特性：
（1）对基体金属的保护作用 （2）表面装饰性
§4 表面涂敷技术
一、涂料与涂装
二、粘涂
三、热喷涂
成膜机理：金属与特定腐蚀液（ 化学介质）接触而在一定条件下发生
（电）化学反应，由于浓差极化和阴极极化作用，在金属表面转化 产生 一层坚固、稳定的化合物膜。
主要用途：
（1）防锈耐蚀 （2）耐磨减摩
（3）其它作用，如绝缘性、吸光性或反射光性、染色性等
引言
§3 化学转化膜技术
高速钢刀具氧化处理（蒸气处理）（属转化膜），氧化 膜是Fe3O4，蓝色，多孔，能贮油，润滑、减磨。 ① 与回火工艺相结合； ② 与渗氮工艺相结合，氧氮化处理，外层是氧化膜，散 热，润滑；内层是氮化层； ③ 硫氮共渗＋蒸气处理，可使刀具防锈。
耐磨性为主，常称为表面硬化（强化）技术。 （2）化学粘接镀、电镀、转化膜等，以提高耐蚀性为主，常称为防 护技术。（1）、（2）有联系有交叉，又相对独立。 （3）气相沉积等，成为制造新材料、机件修复的手段。
§1 材料表面技术概述
一、材料表面技术的目的与作用
1. 提高材料的表面损伤失效抗力
2. 赋予材料表面某种（或多种）功能特性 3. 实施特定的表面加工来制造（或修复）零、部件
二、铝及铝合金的阳极氧化
§3 化学转化膜技术
将金属零件（如铝件）作为阳极放置于适当的电解液 中（如硫酸、铬酸、草酸等水溶液），在外加电流的作用 下，表面生成氧化膜的方法。 铝阳极氧化膜的主要特性： （1）多孔性
（2）耐蚀性
（3）耐磨性
（4）电绝缘性
§3 化学转化膜技术
三、磷化处理
将金属放入含有锰、锌、铁的磷酸盐中进行化学处理，使其表面生成一 层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法，即为磷化处理（简称磷化）。 磷化膜厚度一般在1 ~ 50 μm 之间，呈多孔结构，表现出吸附、耐蚀、减 摩等特性。