表面处理及腐蚀试验简介
⏹表面处理的定义
⏹表面处理的目的与作用
⏹表面处理的分类
⏹电镀的定义 , 目的以及分类
⏹电镀锌的介绍
⏹机械镀锌简介
⏹热镀锌简介
⏹粉末涂层简介
⏹腐蚀实验相应标准介绍
⏹腐蚀试验评级标准简介
表面处理的定义
表面处理的对象非常广泛，从传统工业到现在的高科技工业，从以前的金属表面到现在的塑料，非金属的表面. 它使材料更耐腐蚀 ，更耐磨耗，更耐热，它使材料的寿命延长，此外改善材料表面的特性，光泽美观等提高产品的附加价值，所有这些改变材料表面的物理，机械及化学性质的加工技术统称为表面处理 (surface treatment) 或称为表面加工(surface finishing)。
表面处理的作用与目的
表面处理的目的可以分4大类
∙美观
为了提高制品的附加价值，赋予制品表面美观，例如装饰性电镀(decorative plating) Au， Ag， Rh， Ni， Cr，黄铜等电镀 (electroplating)
∙防护
为了延长制品的寿命，再制品表面披覆(coating)耐腐蚀的材料例如保护性电镀(protective plating) Zn，Cd ，Ni ，Cr ，Sn 等电镀 ∙特殊表面性质
1. 提高制品的导电性(electrical conductiuity)，例如电镀Ag ，Cu 。
2. 提高焊接性(soderability)在通讯急电子工业应用，例如Sn-Pb 合金 电镀。
3. 提高光线的反射性(light reflectivity ) 例如宇宙飞船，人造卫星的外壳需反射光线，Ag 及Rh 的镀层被应用上。
4. 减小接触阻抗(contact resistance)例如在电子组件的Au 及Pd 电镀
表面处理的作用与目的
机械或工程的性质
1. 提高制品的强度(strenth)，例如塑料电镀
2. 提高制品的润滑性 ( bearing propertries ) 例如多孔铬电镀
(porous chromium plating)， 内燃机的铝合金活塞 (piston) ，镀锡Sn 以防止汽缸 (cylinder)壁刮伤
3. 增加硬度(hardness)及耐磨性(wear resistance) ，例如硬铬电镀(hard chromium plating)
4. 提高制品的耐热性，耐候性，抗幅射线，例如塑料，非金属的电镀
5. 渗碳(carburizing) ，氮化(nitriding) 的防止，例如钢铁表面硬化(case hardening)时在不要硬化部份镀Cu 。
表面处理的作用与目的
⏹表面上的行为
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⏹腐蚀从表面开始 磨损在表面进行 装饰美化在表面 疲劳因表面损伤显著加速 表面上进行功能转换 抗均匀腐蚀 防晶间腐蚀与剥蚀 防电偶腐蚀 抗点碜业, 耐磨蚀 抗高温氧化与热腐蚀 延缓腐蚀疲劳 抗应力腐蚀与氢脆
⏹提高耐腐蚀能力
表面处理的作用与目的
⏹提高耐磨与减磨能力
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⏹抗摩擦磨损 减磨, 润滑 抗冲刷 防粘结, 防咬合 声. 光. 电. 磁的转换 导电. 绝缘. 超导 存储记忆 发光. 消光. 光反射. 光选择吸收 红外波. 雷达波吸收与反射 ⏹赋予表面特殊功能
表面处理的作用与目的
⏹赋予表面其他无力特性
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⏹传感 亲油. 亲水 可焊. 粘着 疏某种介质 耐热. 导热. 隔热. 吸收. 热反射
⏹赋予表面其他化学特性
⏹耐水. 耐酸. 耐碱. 耐盐
⏹耐特种介质
⏹催化
表面处理的作用与目的
⏹提高表面完整性
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⏹光洁度 清洁度 致密度 损伤程度 美丽的图案 鲜艳的色彩 金属的陶瓷化 非金属制件表面的合金化 非金属材料的抗老化 ⏹赋予制件表面装饰特征
表面处理的分类
简单分类可以分以下两种
表面形成：
机械法 __ 珠击法，切削，搪磨，撒砂，精磨，研磨，超加工。 冶金法 __ 表面硬化，(淬火，渗碳，氮化) ，扩散皮膜法。 化学法 __ 电解研磨，酸洗，化学研磨，酸蚀雕刻。
表面披覆：
表面披覆__ 电镀，无电镀，热浸镀，熔射镀，真空蒸着，阴极喷溅， 无机披覆__ 阳极处理，化成处理，着色，珐琅处理。 有机披覆__ 涂装，橡胶加衬，塑料加衬。
表面处理的分类
具体分类如下
表面处理的分类
表面处理的分类
电镀的定义, 目的以及分类
⏹定义:
电镀是直流电通入一定的电解质溶液(镀液) 中, 使金属或合金沉积到阴极(镀件) 表面上的过程
⏹目的:
电镀的目的是在基材上镀上金属镀层(deposit)，改变基材表面性质或尺寸。例如赋予金属光泽美观、物品的防锈、防止磨耗、提高
导电度、润滑性、强度、耐热性、耐候性、热处理的防止渗碳、氮化 、尺寸错误或磨耗的另件的修补。
⏹分类:
电镀的种类很多, 分类方法也不同, 有单金属电镀(包括电镀, 贵金属电镀) 和合金电镀 (二元合金, 三元合金, 四元合金电镀等) 以及功能性电镀 (赋予镀层某些特殊的性能的电镀) 等, 还有一些特殊的电镀工
艺如非晶态电镀, 复合电镀, 电刷度, 化学镀等. 下表为常见的单金属
和合金电镀的种类
电镀的定义, 目的以及分类
目前常用的单金属和合金电镀的种类
电镀锌
锌的简介
锌是一种银白色的既能与酸作用又能与碱作用的两性金属, 常温下较脆, 相对原子量为65.39, 密度为7.17g/cm3, 熔点为
419.5°C. 纯净的锌在干燥的空气中比较稳定， 在潮湿的空
气或二氧化碳和含氧的水中, 表面会形成一层以碱式碳酸锌
为主的膜层, 这层膜可以延迟锌层的腐蚀速度. 锌的标准电极电位为-0.762V, 比铁负. 当与铁连接而形成原电池时, 锌是
阳极, 它自身发生溶解而保护钢铁基体. (原理见图)
电镀锌
对镀锌层厚度的一般要求
在室内或腐蚀环境比较轻微的条件下镀锌层只产生轻微腐蚀, 而在工业大气和海洋性气候中受到的腐蚀比较显著. 镀锌层应用于250°C 以下要求耐腐蚀而不要求装饰和耐磨的零件,
厚度一般要求为6 ~ 12 um, 在环境比较恶劣的条件下, 镀锌
层需要20 um, 最高达到50 um, 抗拉强度大于1240MPa 的钢制零件不宜镀锌.
在汽车制造中, 电镀锌应用很广, 占汽车电镀面积的70 ~ 80%, 汽车的中小冲压件, 甚至个别大型冲压件, 标准件都采
用镀锌层, 一般汽车内饰零件的镀锌层厚为9 ~ 13 um, 汽车
标准件镀锌层厚度为6 ~ 9 um, 汽车底盘的镀锌厚度为13 ~ 25 um.
电镀锌
电镀锌
⏹镀锌溶液的分类
⏹碱性溶液镀锌
氰化物溶液, 锌酸盐镀锌, 焦磷酸盐镀锌等
⏹酸性溶液镀锌
硫酸盐镀锌
⏹弱酸性溶液镀锌
氯化钠(钾) 溶液镀锌, 氯化铵镀锌
其中以氰化物镀锌, 锌酸盐镀锌和氯化物镀锌应用最多
电镀锌
⏹镀锌层的钝化处理
实际使用的镀锌层是要经过钝化处理的. 因为将镀锌层在含铬酸的溶液中钝化, 可以在镀锌层表面获得一层化学稳定性较高的各种色彩的铬酸盐膜, 其防护能力可提高5-8倍, 而且表面美观, 增加了装饰效果.(彩虹色, 军绿色, 白色, 黑色等)
⏹镀锌后的除氢处理
除氢处理对于弹簧, 高强度钢等重要结构零件来说是非常重要的工序. 零件在酸洗, 阴极电解除油以及电镀过程中都可能在镀层和基体金属的晶格中渗氢, 造成晶格扭歪, 内应力增大, 产生脆性 (称为氢脆). 氢脆对材料的力学性能危害很大, 如不除去会影响到零件的寿命, 甚至造成设备的损坏. 除氢的方法是进行热处理, 将氢从零件里赶出来, 除氢的效果和温度, 时间有关, 除氢通常在烘箱内进行的, 温度一般为180 ~ 230°C, 时间为2 ~ 3小时, 有些是需要3小时以上. 控制温度的高低和时间的长短应由基体材料和电镀工艺决定.
机械镀锌简介
⏹定义:
机械镀锌是在锌粉及分散剂, 孕育促进剂, 液体介质等化学药品存在的条件下, 利用冲击介质 (如玻璃珠) 冲击碰撞钢铁零件表面, 在零件表面形成镀锌层, 是一种利用机械能和化学能作用镀覆锌的方法 ⏹与其他镀锌方法相比的优点
（1） 无“氢脆”发生，属常温操作，适合高强度的标准件和弹性组件；
（2） 生产加工数量大，每批可以数百千克计； （3） 工件一次合格率高，可达98%以上；
（4） 加工时间短，锌层厚度在10-100μm范围内时，整个操作可平均在40-60min 内完成；
（5） 同等镀层厚度机械镀锌制件耐腐蚀性能明显高于电镀锌和热浸镀锌；
（6） 不会产生废水，所用水可循环使用。
（7） 电能消耗是电镀的30%，生产成本低于电镀或热浸镀。
机械镀锌简介
⏹工艺
工件除油除锈→冲洗→预镀铜→冲洗→机械镀锌→冲洗→晾干→成品 ⏹盐雾测试要求 (参照ASTM B695-00)
类型 等级 ⅠⅡ 等级
A=无要求
白锈
55-110 A 72 55-110
50 A 72 50
40 A 72 40
25 A 72 红锈 25
12
8
5
12 A 72
8 A 72
5 A 72
Ⅰ Ⅱ
无要求 无要求
300 300
250 250
192 192
96 96
56 72
36 72
热镀锌简介
⏹热镀的定义
热镀是将金属材料浸于熔点较低的其他液态金属或合金中进行镀层的方法 ⏹热镀的特征
热镀的基本特征是在金属基体与镀层金属之间有合金层形成，被镀金属材料一般为钢, 铸铁, 及不锈钢等. 用于热镀的低熔点金属有锌, 铝, 铅, 锡及其合金等
⏹热镀工艺的分类
分为溶剂法和氢还原法, 溶剂法又分为干法和湿法
热镀锌简介
热镀锌的抗腐蚀性能
热镀锌层一般比电镀锌层厚, 而且与钢的基体有着互渗的冶金结合, 附着很强, 这是热镀锌比电镀锌层具有更优耐蚀性的原因. 虽然热镀锌层耐蚀性与环境有关, 但粗略而言, 镀层为610g/m2时, 其使用寿命为15-20年
热喷涂技术简介
热喷涂技术的定义
利用各种热源, 将欲喷涂的固体涂层材料加热至熔化或熔融状态, 借助于高速气流的雾化效果使其形成微细熔滴, 喷射沉积到经过预处理的工件基体表面堆积结构涂层的技术称为热喷涂技术
在喷涂过程的同时或随后, 对形成的涂层加热重熔处理, 获得与基体表面形成冶金结合特征的涂层称为喷熔层或喷焊层,
其相应的技术为喷熔或喷焊工艺也属于热喷涂工艺技术之一
热喷涂技术简介
热喷涂技术的优缺点 1）优点
a. 可喷涂的材料品种多
b. 所喷涂的涂层功能广 c. 适用于各种集体 d. 工艺灵活, 限制少
e. 物耗少, 功效高 f. 对环境污染小
热喷涂技术简介
2） 缺点
a. 热喷涂涂层均存在一定的孔隙率, 在强腐蚀环境中服役, 需要进行适当的封孔处理 b. 常规热喷涂涂层与基体之间形成机械结合, 故结合强度受到一定的限制 c. 喷涂过程中影响涂层质量因素多, 需严格控制过程的工艺 d. 热喷涂操作中存在涂层沉积效率问题和均匀性问题 e. 热喷涂操作环境恶劣, 需采取劳动保护措施和提高机械化, 自动化程度
热喷涂技术简介
热喷涂涂层耐腐蚀性能
评定涂层的耐腐蚀性, 可进行试验室腐蚀试验和户外大气腐蚀试验（如曝晒, 海水浸泡等). 试验室腐蚀试验按腐蚀类型可分为常规试验和特殊加速腐蚀试验. 涂层是保护基体的, 在腐蚀试验中, 由于涂层的多孔性和不能完全覆盖基体, 从而在腐蚀介质中产生电化学腐蚀现象. 盐雾试验
中型盐雾试验是按ISO 3768标准进行的. 将试样或试件按标准要求进行试验前处理, 并对其尺寸及试验面积, 外观, 重量等作好记录. 然后按一定排布方法放置于标准试验箱中进行试验. 并以一定的时间为试验周期, 根据要求经过若干周期的试验, 试验后对试验样品的外观, 失重和尺寸变化进行评级处理.
腐蚀实验相应标准介绍
中国国家标准
GB/T 10125 --- 1997 人造气氛腐蚀试验-----盐雾试验 GB/T 2423.18 --- 2000 电工电子产品环境试验 第二部分： 试验 试验Kb ：盐雾, 交变(氯化钠溶液） QB/T 3826 --- 99 轻工产品金属层和化学处理层的耐腐蚀 试验方法中性盐雾试验 GB/T 1771 --- 91 色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定
腐蚀实验相应标准介绍
⏹美国标准
ASTM B117 --- 07 操作盐雾测试设备的标准规程 ASTM G85 ---02 修改后的盐雾测试的标准规程 ASTM B368 --- 03 铜离子加速腐蚀试验的标准测试方法 ⏹ISO 标准
ISO 9227 --- 2006 人造气氛腐蚀试验-----盐雾试验 ⏹英国标准
BS 7479 --- 1991 (Cancelled) 人造气氛腐蚀试验-----盐雾试验 BS EN 1670 --- 1998 建筑五金 --- 抗腐蚀要求和测试方法
腐蚀实验相应标准介绍
⏹德国标准
DIN 50021 --- 1988 盐雾腐蚀试验
⏹日本标准
JIS H 8502 --- 1999 金属镀层的抗腐蚀测试
⏹客户自己的测试标准
腐蚀试验评级标准简介
⏹美国标准
ASTM D610 --- 01 涂漆钢板表面生锈等级评定 ⏹ISO 标准
ISO 10289 --- 1999 金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级
电极电位与极化
⏹电极电位定义:
当金属电镀时, 金属与溶液间形成的界面电位差称为电极电位. 由于金属的电极电位绝对数值不能从实验中测得, 因此, 一般是将标准氢电极的电极电位作为零的相对值, 即金属的电极电位是相对于氢标电极的电极电位
⏹电极极化定义:
电流通过电极使电极的电极电位偏离平衡电极电位的现象 ⏹原电池的极化:
由于通过电流引起原电池两电极间的电位差减小的现象 极化作用可以减缓金属腐蚀, 腐蚀电池起始电位差形成的电动势E 0=Ec -E a 只是金属的发生腐蚀的原始推动力, 而决定腐蚀速度的主要因素是极化作用