涂料开发中常见金属表面处理介绍

电
泳
电泳的基本原理
电泳是电泳涂料在阴阳两极，施加于电压作 用下，带电荷之涂料离子移动到阴极，并与 阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物， 沉积于工件表面的过程。也叫电着或电著 （因翻译不同）。
电泳施工过程
1）电解（分解） 在阴极反应最初为电解反应，生成氢气及氢氧根离子，此反应造成阴极面形 成一高碱性边界层，当阳离子与氢氧根作用成为不溶于水的物质，涂膜 沉积。 2）电泳动（泳动、迁移） 阳离子树脂及H+在电场作用下，向阴极移动，而阴离子向阳极移动过程。 电泳漆液中除带负电荷的树脂粒子可以电泳外，不带电荷的颜料和体质 颜料粒子吸附在带电荷的胶体树脂粒子上也随着电泳动。 3）电沉积（析出） 在被涂工件表面，阳离子树脂与阴极表面碱性作用，中和而析出不沉积物， 沉积于被涂工件上。它是电泳涂装过程中的主要反应，电沉积首先在电 力线密度特别高的部位，如被涂工件的边缘棱角和尖端处进行，而一旦 沉积发生时，被涂工件（阴极）就具有一定程度的绝缘性，电场于是随 着被涂覆的表面向后移动，直到最后得到完全均匀的涂层。 4）电渗（脱水） 涂料固体与工件表面上的涂膜为半透明性的，具有多数毛细孔，水被从阴极 涂膜中排渗出来，在电场作用下，引起涂膜脱水，而涂膜则吸附于工件 表面，而完成整个电泳过程。
第二步：吸附于催化表面上的活性氢化物与镍离子进行还原反应而沉积镍，而本身氧化成氢 气 Ni2++2[H]→Ni0+H2↑ 部分次磷酸根被氢化物还原成单质磷，同时进入镀层 H2PO2-+[H](催化表面) → P+H2O+OH上述还原反应是周期地进行的，其反应速度取决于接口上的pH值。 2.其它常见化学镀有铜、钴、银等金属
阳极处理
阳极处理原理
阳极处理又称为阳极着色处理，也被称做腐蚀处理,俗称:氧化处理。 铝的阳极处理是金属表面借由电流作用而形成的一层氧化物膜，颜 色丰富、色泽优美、电绝缘性好并且坚硬耐磨，抗腐蚀性极高。其基 本原理为：在电极和电解液的作用下，表层的铝离子会被分解到电解 液中和颜料离子混合后，再将电极反转，使铝离子和颜料离子再重新 附着到铝件的表面上，这样就能镀上颜色均匀、附着力强的氧化物薄 膜。在这个过程中要注意控制电极作用的时间，以保持铝件的厚度不 变。 封孔（Sealing）为阳极处理的后处理，是将吸附染料的微孔状氧化 层与水反应，生成水含氧化铝，使氧化铝的体积增加；封闭表面微孔， 形成非导电性膜层；还可防止再吸附造成的膜层污染；增加着色的牢 固性；提高表面耐磨性和耐气候性等。
涂料开发中常见金属处理介绍
研究员:郑伦生 报告日期：2011年9月22日
目录
前言 化学镀 电镀 PVD 铝板拉丝 阳极处理(氧化) 电泳（电着，电着)
前言
金属表面常见处理工艺有印刷、电铸、铝 板拉丝、阳极处理(氧化)、喷砂、高光切 削、IMD、加工中心、线切割、电镀、 PVD等多种工艺。本文仅从涂料开发的 角度来介绍我们在开发金属表面涂料时可 能遇到的一些表面处理工艺以供开发涂料 过程中参考。
电泳的特点
（1）涂装工艺容易实现机械化和自动化。 （2）电泳涂装成膜均匀。 （3）电泳涂装漆膜的耐水性很好，漆膜的附着力也 比采用其它方法的强。 （4）油漆利用率高，特别是超滤技术应用电泳涂装 后，漆的利率均在95%以上。 （5）电泳漆中采用纯水作为溶剂，因而节省了大量 的有机溶剂，而且又没有溶剂中毒和易燃等危 险，从根本上清除了漆雾，改善了工人的劳动 条件和环境污染。 （6）提高了漆膜的平整性，减少了打磨工时，降低 了成本。
不同处理方法的比较
化學鍍 基材 是否自發 非自發基 材所處電 極 金屬 界面物質 (非晶 態) 界面活性 化學穩 定 金屬(晶 態) 化學穩 定
TiN, ALTIN, TiALN, CrN,CrCN,TiCN 和 ZrN 等
電鍍 一般為 金屬 否 陰極
PVD 常見為不鏽鋼 否 -
鋁板 拉絲 鋁板 否 -
PVD
PVD原理
PVD是英文PhysicalVaporDeposition（物理 气相沉积）的缩写，是指在真空条件下，采 用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气 体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都 发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发 物质及其反应产物沉积在工件上。一般可以 分为：１.真空蒸发镀、２.磁控溅射镀、３. 多弧离子镀等。
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PVD的特点
1.高硬 （HighHardness） 2.高 组织（DenseStructure） 3.fi&) （SmoothSurface） 4.ø^ （LowFrictionCoefficient） 5. 学稳 应 6. 热传导（Lowthermalcomductivity) Lowthermalcomductivity) 7.·˛t （Excellentadhesion) 8.缺 溅 ， 气 积 组 控 较困难。
电镀的缺点
1.受工件表面的清洁和镀液纯净程度的影响大，造成电镀后 缺陷较多 2.极易受电镀挂具和在镀缸中位置不同的影响，造成均镀能 力差 3.对于形状复杂或有细小的深孔或盲孔的工件不能获得较好 的电镀表面 4.对于形状复杂、尺寸较小、数量多的生产情况下，需耗费 大量的人力操作繁琐 5.产生大量废水废渣污染严重且后处理麻烦，不环保。
化学镀
化学镀原理
化学镀是在无电流通过（无外界动力）时借助还 原剂在同一溶液中发生氧化还原作用，从而使 金属离子还原沉积在零件表面上的一种镀覆方 法。所以化学镀可以叙述为一种用以沉积金属 的、可控制的、自催化的化学还原过程，其反 应通式为：
化学镀特点
（1）可以在由金属、半导体和非导体等各种材 料制成的零件上镀覆金属； （2）无论零件的几何形状如何复杂，凡能接触 到溶液的地方都能获得厚度均匀的镀层； （3）对于自催化的化学镀来说，可以获得较大 3 厚度的镀层，甚至可以电铸； （4）无需电源； （5）镀层致密，孔隙少； （6）镀层往往具有特殊的化学、机械或磁性能。 （7）能用化学镀获得纯金属、合金及复合镀层
化学镀的缺点
1.化学镀的缺点是溶液稳定性较差，溶 液维护、调整和再生等比较麻烦，成本比 电镀高；镀层常显示出较大的脆性。 2.此外，化学镀费时较长，效率较低。 3.相对而言，化学镀种类较少，常见的仅镍， 此外还有Cu，Ag,Au等少数金属，总体而言， 颜色较少。
化学镀应用实例
1.化学镀镍 第一步：溶液中的次磷酸根在催化表面上催化脱氢，同时氢化物离子转移到催化表面，而本 身氧化成亚磷酸根 [H2PO2]－+H2O [HPO3]2-+H++2[H]（吸附于催化表面）
PVD膜种类及特性比较 膜种类及特性比较
涂层膜 颜色 硬度(Hv) 硬度 耐磨性 耐蒸着性 耐腐蚀性 耐散化性 使用
TiN
金色
~2,500
★★
★★
★★
★★
切割工具，金属，技能型配件， 切割工具，金属，技能型配件，装饰
TiAlN
黑色
~3,000
★★★
★★
★★
★★★
切割工具
CrN
Metal
~2,000
陽極處理 鋁、鎂、鈦 及其合金 否 陽極
電泳 金屬 否 一般為 陰極 樹脂 （漆 膜） -
几乎所 有素材 是 -
-
金屬氧化 物 化學穩定
化學穩定
-
其它补充内容
1.关于水镀 并没有严格意义上的水镀说法。水镀是相对热浸镀或俗语说的火镀而言 的，就是指的电镀（因其一般都用水稀释而得名，包括化学镀，也有 的场合专指化学镀） 2.IP电镀就是真空电镀 3.IP电镀与PVD的区别 IP电镀一般附着力较差，故通常需要预涂层来提高附着力，普通的仿金 工艺只有2-3层工艺电镀层，而通过PVD技术，可以进行多道工艺和 电镀层，形成颜色恒久不褪色、均匀一致的表面，在各种条件下能永 久保持良好外观，不脱落和爆裂，高度耐磨损，耐刮擦，不易划伤。 其它的技术，包括电镀，喷涂都不能与其相比。可以蚀刻出任何能够 想象出的设计图案。可以使用在内装修或者室外抗氧化，抗腐蚀。
电镀和化学镀的区别(以镀Ni为例）
比较项目 组成 外观 结构 密度 厚度均匀性 硬度（镀态） 加热硬化 耐磨性 耐蚀性 相对磁化率（%） 电阻率/μΩ·cm-1 热导率/J·cm-1·s-1·℃-1 无润滑油 有润滑油 电镀镍层 99%以上 Ni 暗至光亮 晶态 8.9 差 HV=200～400 无变化 相当好 好（多孔隙） 36 7 0.16 磨损 0.2 化学镀镍层 92%Ni、8%P（平均值） 半光亮至光亮 非晶态 7.9（平均） 好 HV=500～700 HV=900～1300 极好 优良（孔隙少） 4 60～100 0.01～0.02 0.38 0.2
★
★★★
★★★
★★
金属,机械配件 耐腐蚀性 金属 机械配件(耐腐蚀性 机械配件 耐腐蚀性)
PVD涂层特性
涂层类型有 TiN,AlTiN,TiAlN,CrN,CrCN,TiCN和ZrN,复 合涂层包括TiAlYN或W-C:H/DLC 涂层厚度一般2~5um，但在有些情况下，涂 层薄至0.5um,厚至15um装载容量。
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铝板拉丝
铝板拉丝工艺
铝板拉丝其实是一种修复工艺，也可起美观作 用。根据效果可分为直纹、乱纹、波纹、螺旋 纹等。并且一般是先拉丝再电镀。
常见拉丝类型
1.直纹拉丝是指在铝板表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。连续直纹可用百 洁布或不锈钢刷通过对铝板表面进行连续水平直线磨擦获得。改变不锈钢刷的钢 丝直径可获得不同粗细的纹路。 2.乱纹拉丝是在高速运转的铜丝刷下，使铝板前后左右移动磨擦所获得的一种无 规则、无明显纹路的亚光丝纹。这种加工，对铝或铝合金板的表面要求较高。 3.波纹一般在刷光机或磨擦机上制取。利用上组磨辊的轴向运动，在铝或铝合金 板表面磨刷，得出波浪式纹路。 4.旋纹也称旋光，是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床上，用煤油调和抛光 油膏，对铝或铝合金板表面进行旋转抛磨所获取的一种丝纹。多用于圆形标牌和 小型装饰性表盘的装饰性加工。 5.螺纹是用一台在轴上装有圆形毛毡的小电机，将其固定在桌面上，与桌子边沿 成60度作用的角度，另外做一个装有固定铝板的拖板，在拖板上贴一条边沿齐直 的聚酯薄膜用来限制螺纹进度。利用毛毡的旋转与拖板的直线运动，在铝板表面 旋擦出宽度一致的螺纹纹路。
阳极处理与钝化的区别
由某些钝化剂所引起的金属钝化现象，称为 化学钝化。由阳极极化引起的金属钝化现象， 叫阳极钝化或电化学钝化。 金属或合金受一些因素影响，化学稳定性明 显增强的现象，称为钝化，工业上又有人称 之为“发蓝”。由某些钝化剂（化学药品） 所引起的金属钝化现象，称为化学钝化。由 阳极极化引起的金属钝化现象，叫阳极钝化 或电化学钝化。
电
镀
电镀原理
利用电解在制件表面形成均匀、致密、结合 良好的金属或合金沉积层的过程，其原理示 意图如下：
电镀特点
1．可获得热熔法无法得到的合金相，如铜-锡合金和锡-镍合金等 2．可获得热熔法不能制取的性能优异的非晶态合金，如镍-磷和 镍-硼合金等，因为非金属磷和硼是不能单独从水溶液中电沉积出 来的； 3．可获得在水溶液中难以单独电沉积的金属，如镍-钨合金和镍钼合金中的钨和钼等； 4．容易获得高熔点金属与低熔点金属形成的合金，如锌-镍合金 和锡-镍合金等； 5．
阳极处理过程
a.机械抛光； b.化学处理去掉某些合金表面的铜成分； c.清洗去油(对于已经阳极化的零件，想要重新阳极化， 就用碱或者专用药剂去掉原来的阳极化表层)； d.放入稀硫酸中作为阳极进行通电，生成表面氧化层 (是多孔性的，没什么颜色)； e.染色（原来颜色是染的！）； f.固定（加热或者用铬酸盐使表面氧化层的孔封闭）。 如果铝及铝合金采用硫酸阳极氧化，用热水或蒸汽进 行封闭，表面颜色为铝本色，氧化膜为氧化铝，蒸汽 封闭后为一水或三水氧化铝，氧化膜无色，就叫无色 阳极化又叫本色阳极化