金属材料表面改性处理 第一页，共26页。 5.1 转化膜处理 转化膜处理是将工件浸入某些溶液中,在一定条件下使其表面 形成一层致密的保护膜,提高工件防腐蚀的能力,增加装饰作用。常 用的转化膜处理有氧化处理和磷化处理. 5.1.1 氧化处理 1.钢的氧化处理(发蓝处理) 定义: 工艺过程: 应用: 2.铝的氧化过程 5.1.2 磷化处理 定义: 工艺过程:★ 应用: 第二页，共26页。 钢铁工件发蓝处理工艺过程 化学除油 水洗 酸洗 水洗 氧化 水洗 补充处理 水洗 吹干 检验★ 影响因素:碱浓度、温度、工件含碳量 第三页，共26页。 钢铁工件发蓝处理工艺过程 溶液组成及质量浓度 温度/℃ 时间/min 1 化学除油并水洗 苛性钠30~50、碳酸钠30~50、磷酸三钠30~40、水玻璃5~10 ＞60 10~15 2 酸洗后水洗 硫酸150~200、缓蚀剂0.5~1 50~60 5~10 3 氧化并水洗 苛性钠550~650、硝酸钠130~180 135~145 15~20 4 补充处理 重铬酸钾或肥皂30~50 85~90 10~15 5 水洗 6 吹干 7 检验 第四页，共26页。 铝的氧化处理 铝的氧化目的： 化学氧化工艺：碱性溶液化学氧化 酸性溶液化学氧化 铬酸盐化学氧化 磷酸盐—铬酸盐化学氧化 电化学氧化工艺（阳极氧化）： 常用电解液有：硫酸（WH2SO4为15%~20%）、 铬酸（WCrO3）为3%~10%）、 草酸（WH2CO4为2%~10%） 为了防止阳极氧化生成的多孔结构被腐蚀和污染，必须进 行封闭处理。常用蒸汽封闭法、盐溶液封闭法、石蜡或油类 或树脂类封闭法。 第五页，共26页。 磷化工艺 分类 溶液成分的质量浓度 /g。L-1 溶液温度/oC 处理时间/min 低温磷化 磷酸锰铁盐 30~40 硝酸盐 140~160 氟化钠 2~5 室温 30~45 中温磷化 磷酸二氢锌 25~40 硝酸锌 80~100 50~70 15~20 高温磷化 磷酸锰铁盐 30~35 硝酸锌 55~65 90~98 10~15 第六页，共26页。 5.2 电镀 定义:在电解液中- 零件表面镀上金属薄层, -保护和装饰作用, 也可用于部分修复. 对非金属材料电镀,应先进行金属化处理,如化学镀. 电镀工艺过程: 工件预处理(除锈、除油、清洗） 工件作阴极 被镀金属作阳极 在电解液中电镀 普通镀铬工艺: 应用:①修复磨损、增大尺寸; ②提高耐腐蚀性; ③提高耐磨性; ④提高表面美观装饰性; ⑤特殊用途,如:防局部渗碳的镀铜、 防局部渗氮的镀锡、 提高导电性的镀银等. 刷镀 第七页，共26页。 普通镀铬工艺 预处理和镀前处理 电镀 标准镀铬溶液 铬酐250 g/L、硫酸2.5 g/L 电镀温度 42~50 oC、 阳极 铅（常加 6%锑或锡）、 电压 6~12 V， 电流密度 16~40 A/dm2， 补充铬酐 使溶液成分保持稳定. 电镀后 处理 漂洗 烘烤除氢 175~180 ℃ 第八页，共26页。 刷镀示意图 1—工件 2—镀液 3—供液瓶 4—棉花包套 5—阳极 6—镀笔 7—直流电源 8—接液盘 第九页，共26页。 镀铬的刷镀液的组成和工艺条件 组成和工艺条件 质量浓度 /g.L-1 硝酸铬Cr(NO3) 氨水NH4OH 水合肼 草酸 丁二酸 F-53 PH值 阳极 380~420 110 30~40 180~220 160~180 0.05 6.8~7.5 石墨 第十页，共26页。 5.3.1 化学气相沉积法 定义:化学气相沉积是在高温下将炉内抽成真空或通入氢气, 然后通入反应气体并在炉内产生化学反应,使工件表明产生覆 层的方法,简称CVD法. 应用:刀具、模具、工具、零件等,目的是提高其耐磨性. TiCl4+CH4+H2 TiC+4HCl +H2 特点:反应温度高,需通入大量氢气,工件易产生氢脆,且不安全, 废气HCl有毒. 第十一页，共26页。 5.3.2 物理气相沉积法 定义:物理气相沉积法是把金属蒸气离子化后在高压静电场使离 子加速并沉积于金属表明产生覆层的方法,简称PVD法. 特点:沉积温度低,速度快,渗层成分和结构可控制,无公害. 1.真空溅射: (以沉积TiC为例） 工艺方法：在真空钟罩内通入氩气，在线 Pa的氩气中，作为阴极的碳化钛带有负1~4kV的高压。在阴极 靶与工作台之间的两侧有两根钨丝作为灯丝，灯丝被加热到白 热状态并使其带有0~100kV负偏压时发射电子，使钟罩内氩气 电离氩离子（Ar+）以极快速度轰击碳化钛靶，使碳化钛以分子 状态溅射并沉积于安装在工作台上作为阳极的工作表面，在工 件表面涂覆一层高硬度碳化钛。 速度:1.1~1.5μm/h、刀具碳化钛的厚度达4~6 μm、模具的厚度 达6~8 μm，其硬度达2500-4000HV。 第十二页，共26页。 高频离子镀装置示意图 1—工件 2--高频激励线—测温热电偶 第十三页，共26页。 5.4 热喷涂 定义:在高温热源作用下,将金属、合金、金属陶瓷、陶瓷等材料 熔化或部分熔化,并通过高速气流使其成为雾化微粒,喷向工件表 面后构成喷涂层的方法称为热喷涂. 热喷涂工艺过程：表面制备、预热、预喷粉、喷熔、冷却、喷层 后期加工 热喷涂方法：电弧喷涂、火焰喷涂、等离子弧粉末喷涂 应用： 用于钢材抗大气腐蚀时，喷铝层0.1mm，喷锌层0.15mm， 在静止状态下可保护基体达10年之久。 用于耐热构件上，如工作时候的温度≤500℃，则喷铝0.175mm 后不需其他处理；工作时候的温度≤900 ℃，喷铝合金后，在800~900 ℃ 加热扩散；工作时候的温度≤1000℃，则喷镍铬合金0.375mm后再喷0.10 的铝层，并涂煤膏沥青溶液，干后再加热扩散。 用于修理磨损曲轴和机床传动轴时，先用镍拉毛后再用电 弧热喷涂法喷钢（45钢、弹簧刚），修复磨损表面。 第十四页，共26页。 电弧热喷涂原理 1—送丝枪 2--喷头 3—防光罩 4—空气帽 5—工件 6—空气喷嘴 7—前导管 8—金属丝 第十五页，共26页。 火焰喷涂原理 1—工件 2—金属丝喷孔 3—氧-乙炔喷孔 4—空气帽 5—混合室 6—送丝滚轮 7—金属丝 第十六页，共26页。 等离子弧粉末喷涂示意图 1—涂层 2—电源 3—钨极 4---喷嘴 5—冷却水 6—等离子焰 7—飞行中的粉末粒子 8—工件 第十七页，共26页。 5.5 涂装 定义:利用喷射、涂饰等方法，将有机涂料涂覆于工件表面并 形成与基体牢固结合的涂覆层过程称为涂装。 目的：提高耐磨性、美化工件表面（掩饰表面缺陷、丰富色 彩）、保护表面免受外界（空气、水分、阳光及其他腐蚀介质） 侵蚀。还可色彩伪装、防红外伪装、电气绝缘等。 涂料一般由成膜材料、颜料、溶剂、助剂四部分所组成。 方法：浸涂法 、空气喷涂法 、静电喷涂法 、电泳涂装法 、 粉末涂装法 第十八页，共26页。 浸涂法 浸涂法是将工件浸入漆槽中进行涂装的方法，自动浸 涂是将工件置放在悬链上，借悬链沿轨道的运动自动浸 入漆槽中涂漆。 特点：工艺简单、省工省料、，便于实现自动化，常 用于大批量生产的流水线页。 * *

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