電鍍,電鑄,電泳,濺鍍,陽(yáng)極處理

1、電鍍 , 電鑄 , 電泳 , 濺鍍 , 陽(yáng)極處理的區(qū)別電鑄大致可分 為三類(lèi),即裝飾性電鍍(以鍍鎳 -鉻、金、銀為代表、防護(hù) 性電鑄(以鍍 鋅為代表和功能電鍍 (以鍍硬鉻為代表 . 電 鑄是利用電鍍 法來(lái)制造產(chǎn)品 的功能電鍍之一。電鑄據(jù)稱(chēng)電鑄 始于 1838年。當(dāng)時(shí),蘇聯(lián)的 Jacoli 在石膏母型上涂敷石臘 , 通過(guò)石墨使其 表面具有導(dǎo)電性,然后表面鍍銅 ,鍍后脫模,以此制成銅的 復(fù)制品。日本 昭和初年,京都市工業(yè)研究所和 大板造幣司等單位就已積極 開(kāi)展了在石膏 母型上鑄銅,在絕緣體上電鍍等 方面的研究,并制作了許多 精美的金屬工 藝品。但是,以石膏或臘等作為 母型模進(jìn)行電鑄時(shí),不僅制 造技藝

2、要求高 、操作麻煩,而且母型易破損, 難以制出精致的復(fù)制品,所 以電鑄的應(yīng)用 范圍十分有限。后來(lái),由 于塑料母型材料的問(wèn)世以及電鍍 水平的提高,電鑄技術(shù)也得 到很大發(fā)展, 并廣泛應(yīng)用于制造那些采用其它 方法不能制造的或加工有困 難的急需產(chǎn)品 。特別是最近幾年,由于電鑄用 于制造宇航或原子能的某些 零件,它已作 為一種尖端加工技術(shù)而為人們所 矚目。(此外通過(guò)電鍍使金 屬與金屬相結(jié) 合的所謂“電結(jié)合技術(shù)”也進(jìn)行 了研究。這種電結(jié)合的金屬 不會(huì)因熱而改 變金屬材質(zhì)的機(jī)械性能和物理性 。利用金屬 的電解沉積原理來(lái)精確復(fù)制某些 復(fù)雜或特殊形狀工件的特種 加工方法。它是 電鍍 的特殊 應(yīng)用。電鑄是俄國(guó)學(xué)者

3、 . . 雅可比 于 1837年 發(fā)明的。最初 主要用于復(fù)制金屬藝術(shù)品和印刷 版, 19世紀(jì)末開(kāi)始用 于制造 唱片壓模,以 后應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。圖為電鑄 的基本原理。把預(yù)先按所需形狀 制成的原模作為陰極,用電 鑄材料作為陽(yáng) 極,一同放入與陽(yáng)極材料相同的金屬鹽溶液中,通以直流電 。 在電解作用下 ,原模表面逐漸沉積出金屬電鑄 層,達(dá)到所需的厚度后從溶 液中取出,將電鑄層與原模 分離,便獲得與原模形狀相對(duì)應(yīng)的金屬?gòu)?fù)制件 。 電鑄的金 屬通常有銅、鎳和鐵 3種 , 有時(shí)也用金、銀、鉑鎳 -鈷、鈷 -鎢 等合金,但以鎳的電鑄應(yīng)用 最廣。電鑄層厚度一般為 0.026毫米 , 也有厚 達(dá) 25毫米的。電鑄

4、件與原模 的尺寸誤差僅幾微米。電鑄的主 要用途是精確復(fù)制微細(xì)、復(fù)雜和 某些難于用其他方法加工的 特殊形狀模具 及工件等,例如制作紙幣和郵票 的印刷版、唱片壓模、鉛字 字模、玩具滾 塑模、模型模具、金屬藝術(shù)品復(fù) 制件、反射鏡、表面粗糙度 樣塊、微孔濾 網(wǎng)、表盤(pán)、電火花成型加工用電 極、高精度金剛石磨輪基體 等。原模的材 料有石膏、蠟、塑料、低熔點(diǎn)合 金、不銹鋼和鋁等。原模一 般采用澆注、 切削或雕刻等方法制作,對(duì)于精 密細(xì)小的網(wǎng)孔或復(fù)雜圖案,可采用照相制 版技術(shù)。非金屬材料的原模須經(jīng) 導(dǎo)電化處理,方法有涂敷導(dǎo) 電粉、化學(xué)鍍 膜和真空鍍膜等。對(duì)于金屬 材料的原模,先在表面上形成氧 化膜或涂以石墨粉

5、,以便于 剝離電鑄層。電鑄設(shè)備 由電鑄槽、直流電源 (一般 是 12伏 , 幾百至幾千安 以及電鑄 溶液的恒溫、 攪拌、循環(huán)和過(guò)濾等裝置組成。 電鑄溶液采用含有電鑄金屬 離子的硫酸鹽 、氨基磺酸鹽、氟硼酸鹽和氯化 物等的水溶液。電鑄的主要 缺點(diǎn)是效率低,一般每小時(shí) 電鑄金屬層的厚度為 0.020.05毫米。采用高 濃度電鑄溶液 ,并適當(dāng)提高溶液溫度和加強(qiáng)攪 拌等措施,可以提高電流密 度,縮短電鑄 時(shí)間,從而可以提高電鑄效率。 這種方法在鎳的電鑄中已獲 得應(yīng)用。電鑄工 藝電鑄工藝 屬現(xiàn)代技術(shù),其原理與電鍍相同 。在鑄液中,陰模為鑄件, 表面活化處理 后有導(dǎo)電層,接通電流,在電場(chǎng) 中 電泳 使金逐

6、漸沉積在陰模 的鑄件上,達(dá) 到一定厚度即可取出。然后打磨 焊接,進(jìn)行表面處理,即成 為一件漂亮的 電鑄首飾。電鑄的 產(chǎn)品適用行業(yè)范 圍電鑄過(guò)的產(chǎn)品 適應(yīng)于很多行業(yè):手機(jī)、數(shù)碼、 家電、電腦、汽車(chē)、五 金、玩具、高檔禮品等。電鑄過(guò)的 產(chǎn)品一般不會(huì)退色 , 相當(dāng)適用于:手機(jī)按 鍵、數(shù)碼按鍵 、攝像頭裝飾、電腦導(dǎo)光板、汽 車(chē)車(chē)燈、道路反光板、 DVD 、 音響、玩具、 模型等。電泳 涂裝 (electro-coating是利用外加電場(chǎng)使懸浮于電泳液中的顏料 和樹(shù)脂等微粒定向遷移并沉積于電極之一的基底表面的涂裝方法。 電泳涂裝的原 理發(fā)明于是 20世紀(jì) 30年代末,但開(kāi)發(fā)這一技術(shù)并獲得工業(yè)應(yīng)用是在 1

7、963年以 后,電泳涂裝是近 30年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種特殊涂膜形成方法,是對(duì)水性涂料最 具有實(shí)際意義的施工工藝。 具有水溶性、 無(wú)毒、 易于自動(dòng)化控制等特點(diǎn), 迅速在 汽車(chē)、建材、五金、家電等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。電泳涂裝是把工件和對(duì)應(yīng)的電極放入水溶性涂料中, 接上電源后, 依靠電場(chǎng) 所產(chǎn)生的物理化學(xué)作用, 使涂料中的樹(shù)脂、 顏填料在以被涂物為電極的表面上均 勻析出沉積形成不溶于水的漆膜的一種涂裝方法。 電泳涂裝是一個(gè)極為復(fù)雜的電 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,其中至少包括電泳、電沉積、電滲、電解四個(gè)過(guò)程。電泳涂裝按 沉積性能可分為陽(yáng)極電泳 (工件是陽(yáng)極, 涂料是陰離子型 和陰極電泳 (工件是 陰極, 涂料是陽(yáng)離

8、子型 ; 按電源可分為直流電泳和交流電泳; 按工藝方法又有 定電壓和定電流法。 目前在工業(yè)上較為廣泛采用的是直流電源定電壓法的陽(yáng)極電 泳。1-經(jīng)表面處理后的工件; 2-電源; 3-工件; 4-噴水沖洗; 5-槽液過(guò)濾; 6-沉積槽; 7-循環(huán)泵電泳涂裝與其他涂裝方法相比較,具有下述特點(diǎn):(1采用水溶性涂料,以水為溶解介質(zhì),節(jié)省了大量有機(jī)溶劑,大大降低了大 氣污染和環(huán)境危害,安全衛(wèi)生,同時(shí)避免了火災(zāi)的隱患;(2涂裝效率高,涂料損失小,涂料的利用率可達(dá) 90%95%;(3涂膜厚度均勻,附著力強(qiáng),涂裝質(zhì)量好,工件各個(gè)部位如內(nèi)層、凹陷、焊 縫等處都能獲得均勻、 平滑的漆膜, 解決了其他涂裝方法對(duì)復(fù)雜形

9、狀工件的涂裝 難題;(4生產(chǎn)效率高,施工可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn),大大提高勞動(dòng)效率;(5設(shè)備復(fù)雜,投資費(fèi)用高,耗電量大,其烘干固化要求的溫度較高,涂料、 涂裝的管理復(fù)雜,施工條件嚴(yán)格,并需進(jìn)行廢水處理;(6只能采用水溶性涂料,在涂裝過(guò)程中不能改變顏色,涂料貯存過(guò)久穩(wěn)定性 不易控制。一、電泳涂裝的設(shè)備電泳涂裝的設(shè)備是由電泳槽、 攪拌裝置、 涂料過(guò)濾裝置、 溫度調(diào)節(jié)裝置、 涂 料管理裝置、直流電源裝置、電泳涂裝后的水洗裝置、超濾裝置、烘烤裝置、備 用罐等組成。電泳槽槽體的大小及形狀需根據(jù)工件大小、 形狀和施工工藝確定。 在保證一 定的極間距離條件下,應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)小些。槽內(nèi)裝有過(guò)濾裝置及溫度調(diào)節(jié)裝置,

10、以保證漆液一定的溫度和除去循環(huán)漆液中的雜質(zhì)和氣泡。 攪拌裝置可使工作漆液 保持均勻一致,多采用循環(huán)泵,漆液的循環(huán)一般每小時(shí) 46次,當(dāng)循環(huán)泵開(kāi)動(dòng) 時(shí), 槽內(nèi)漆液液面應(yīng)均勻翻動(dòng)。 涂料管理裝置的作用在于補(bǔ)充調(diào)整涂料成分, 控 制槽液的 PH 值,用隔膜電極除去中和劑和用超濾裝置排除低分子量成分等。電 泳電源的選擇, 一般采用直流電源。 整流設(shè)備可采用硅整流器或可控硅。 電流的 大小與涂料的性質(zhì)、溫度、工作面積、通電方式等有關(guān),一般為 3050A/m2。 水洗裝置用于電泳涂裝前后工件的沖洗, 一般用去離子水, 但需加壓設(shè)備, 常用 的是一種帶螺旋體的淋洗噴嘴。 烘烤裝置用來(lái)促進(jìn)電泳涂料的干燥成膜,

11、 可采用 電阻爐、感應(yīng)電熱爐和紅外線烘烤設(shè)備。烘房設(shè)計(jì)要有預(yù)熱、加熱和后熱三段, 應(yīng)根據(jù)涂料的品種和工件的情況制訂。二、影響電泳涂裝的主要工藝參數(shù)1、電壓電泳涂裝采用的是定電壓法, 設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單, 易于控制。 電壓對(duì)漆膜的影響 很大; 電壓越高, 電泳漆膜越厚, 對(duì)于難以涂裝的部位可相應(yīng)提高涂裝能力, 縮 短施工時(shí)間。但電壓過(guò)高,會(huì)引起漆膜表面粗糙,烘干后易產(chǎn)生“橘皮”現(xiàn)象。 電壓過(guò)低, 電解反應(yīng)慢, 漆膜薄而均勻, 泳透力差。 電壓的選擇由涂料種類(lèi)和施 工要求等確定。 一般情況下, 電壓與涂料的固體分及漆溫成反比, 與兩極間距成 正比。 鋼鐵表面為 4070V , 鋁和鋁合金表面可采用 60

12、100V , 鍍鋅件采用 70 85V 。2、電泳時(shí)間漆膜厚度隨著電泳時(shí)間的延長(zhǎng)而增加, 但當(dāng)漆膜達(dá)到一定厚度時(shí), 繼續(xù)延長(zhǎng) 時(shí)間,也不能增加厚度,反而會(huì)加劇副反應(yīng);反之,電泳時(shí)間過(guò)短,涂層過(guò)薄。 電泳時(shí)間應(yīng)根據(jù)所用的電壓, 在保證涂層質(zhì)量的條件下, 越短越好。 一般工件電 泳時(shí)間為 1至 3分鐘, 大型工件為 3至 4分鐘。 如果被涂物件表面幾何形狀復(fù)雜, 可適當(dāng)提高電壓和延長(zhǎng)時(shí)間。3、涂料溫度涂料溫度高,成膜速率快,但漆膜外觀粗糙,還會(huì)引起涂料變質(zhì);溫度低, 電沉積量少, 成膜慢, 涂膜薄而致密。 施工過(guò)程中, 由于電沉積時(shí)部分電能轉(zhuǎn)化 成熱能, 循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)械摩擦產(chǎn)生熱量, 將導(dǎo)致涂料溫

13、度上升。 一般漆液溫度控 制在某些方面 1530。4、涂料的固體分和顏基比市售的電泳涂料的固體分一般為 50%左右,施工時(shí),需用蒸餾水將涂料固體 分控制在 10%15%。固體含量太低,漆膜的遮蓋力不好,顏料易沉淀,涂料的 穩(wěn)定性差。固體分過(guò)高,粘度提高,會(huì)造成漆膜粗糙疏松,附著力差。一般顏基 比為 1比 2左右,高光澤電泳涂料的顏基比可控制在 1比 4。由于實(shí)際操作中, 涂料的顏料量會(huì)逐漸下降,必須隨時(shí)添加顏料分高的涂料來(lái)調(diào)節(jié)。5、涂料的 PH 值電泳涂料的 PH 值直接影響槽液的穩(wěn)定性。 PH 值過(guò)高,新沉積的涂膜會(huì)再溶 解,漆膜變薄,電泳后沖洗會(huì)脫膜。 PH 值過(guò)低,工件表面光澤不一致,漆

14、液的 穩(wěn)定性不好, 已溶解的樹(shù)脂會(huì)析出, 漆膜表面粗糙, 附著力降低。 一般要求施工 過(guò)程中, PH 值控制在 7.58.5之間。在施工工程中,由于連續(xù)進(jìn)行電泳,陽(yáng)離 子的銨化合物在涂料中積蓄, 導(dǎo)致 PH 值的上升。 可采用補(bǔ)加低 PH 值的原液, 更 換陰極罩蒸餾水,用離子交換樹(shù)脂除去銨離子,采用陽(yáng)極罩等方法降低 PH 值。 若 PH 值過(guò)低時(shí),可加入乙醇銨來(lái)調(diào)節(jié)。6、涂料電阻被涂物件從前一道工序帶入電泳槽的雜質(zhì)離子等引起涂料電阻值的下降, 從 而導(dǎo)致漆膜出現(xiàn)粗糙不均和針孔等弊病。 在涂裝施工中, 需對(duì)涂料進(jìn)行凈化處理。 為了得到高質(zhì)量涂膜,可采用陰極罩設(shè)備,以除去銨及鈣、鎂等雜質(zhì)正離子。

15、7、工件與陰極間距離距離近, 沉積效率高。 但距離過(guò)近, 會(huì)使漆膜太厚而產(chǎn)生流掛、 橘皮等弊病。 一般距離不低于 20cm 。對(duì)大型而形狀復(fù)雜的工件,當(dāng)出現(xiàn)外部已沉積很厚涂膜, 而內(nèi)部涂膜仍較薄時(shí),應(yīng)在距離陰極較遠(yuǎn)的部位,增加輔助陰極。三、電泳涂裝的方法及技巧(1一般金屬表面的電泳涂裝,其工藝流程為:預(yù)清理上線除油水洗除銹水洗中和水洗磷化水洗鈍 化電泳涂裝槽上清洗超濾水洗烘干下線。(2被涂物的底材及前處理對(duì)電泳涂膜有極大影響。鑄件一般采用噴砂或噴丸 進(jìn)行除銹,用棉紗清除工件表面的浮塵,用 80#120#砂紙清除表面殘留的鋼丸 等雜物。 鋼鐵表面采用除油和除銹處理, 對(duì)表面要求過(guò)高時(shí), 進(jìn)行磷化

16、和鈍化表 面處理。 黑色金屬工件在陽(yáng)極電泳前必須進(jìn)行磷化處理, 否則漆膜的耐腐蝕性能 較差。磷化處理時(shí),一般選用鋅鹽磷化膜,厚度約 12m ,要求磷化膜結(jié)晶細(xì) 而均勻。(3在過(guò)濾系統(tǒng)中,一般采用一級(jí)過(guò)濾,過(guò)濾器為網(wǎng)袋式結(jié)構(gòu),孔徑為 2575m 。電泳涂料通過(guò)立式泵輸送到過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾。從綜合更換周期和漆膜質(zhì)量 等因素考慮, 孔徑 50m 的過(guò)濾袋最佳, 它不但能滿足漆膜的質(zhì)量要求, 而且解 決了過(guò)濾袋的堵塞問(wèn)題。(4電泳涂裝的循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)量的大小,直接影響著槽液的穩(wěn)定性和漆膜的質(zhì) 量。加大循環(huán)量,槽液的沉淀和氣泡減少;但槽液老化加快,能源消耗增加,槽 液的穩(wěn)定性變差。將槽液的循環(huán)次數(shù)控制 68

17、次 /h較為理想,不但保證漆膜質(zhì) 量,而且確保槽液的穩(wěn)定運(yùn)行。5 隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng), 陽(yáng)極隔膜的阻抗會(huì)增加, 有效的工作電壓下降。 因此, 生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)電壓的損失情況, 逐步調(diào)高電源的工作電壓, 以補(bǔ)償陽(yáng)極隔膜的電 壓降。(6超濾系統(tǒng)控制工件帶入的雜質(zhì)離子的濃度,保證涂裝質(zhì)量。在此系統(tǒng)的運(yùn) 行中應(yīng)注意, 系統(tǒng)一經(jīng)運(yùn)行后應(yīng)連續(xù)運(yùn)行, 嚴(yán)禁間斷運(yùn)行, 以防超濾膜干枯。 干 枯后的樹(shù)脂和顏料附著在超濾膜上, 無(wú)法徹底清洗, 將嚴(yán)重影響超濾膜的透水率 和使用壽命。超濾膜的出水率隨運(yùn)行時(shí)間而呈下降趨勢(shì),連續(xù)工作 3040天應(yīng) 清洗一次,以保證超濾浸洗和沖洗所需的超濾水。(7電泳涂裝法適用于大量流水線的

18、生產(chǎn)工藝。電泳槽液的更新周期應(yīng)在 3個(gè) 月以?xún)?nèi)。以一個(gè)年產(chǎn) 30萬(wàn)份鋼圈的電泳生產(chǎn)線為例,對(duì)槽液的科學(xué)管理極為重 要,對(duì)槽液的各種參數(shù)定期進(jìn)行檢測(cè),并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)槽液進(jìn)行調(diào)整和更換。 一般按如下頻率測(cè)量槽液的參數(shù):電泳液、超濾液及超濾清洗液、陰(陽(yáng)極液、循環(huán)洗液、去離子清洗液的 PH 值、固體含量和電導(dǎo)率 每天一次;顏基比、有機(jī)溶劑含量、試驗(yàn)室小槽試 驗(yàn) 每周 2次。(8對(duì)漆膜質(zhì)量的管理,應(yīng)經(jīng)常檢查涂膜的均一性和膜厚,外觀不應(yīng)有針孔、 流掛、 橘皮、 皺紋等現(xiàn)象, 定期檢查涂膜的附著力、 耐腐蝕性能等物理化學(xué)指標(biāo)。 檢驗(yàn)周期按生產(chǎn)廠家的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),一般每個(gè)批次都需檢測(cè)。電鍍的涵義電鍍是應(yīng)用電解

19、原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過(guò)程。(2 、電鍍的目的電鍍的目的主要是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。(3 、電鍍的原理電鍍的原理與電解精煉銅的原理是一致的。 電鍍時(shí), 一般都是用含有鍍層金屬離 子的電解質(zhì)配成電鍍液;把待鍍金屬制品浸入電鍍液中與直流電源的負(fù)極相連, 作為陰極; 用鍍層金屬作為陽(yáng)極, 與直流電源正極相連。通入低壓直流電, 陽(yáng)極 金屬溶解在溶液中成為陽(yáng)離子, 移向陰極, 這些離子在陰極獲得電子被還原成金 屬,覆蓋在需要電鍍的金屬制品上。金屬表面容易氧化生銹是世人皆知的現(xiàn)象, 特別是近幾年來(lái), 酸雨及空氣的污染, 更加重了金屬的腐蝕程度。 為此, 金屬表面處

20、理工藝 -電鍍鉻技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。 在我國(guó),傳統(tǒng)的電鍍鉻金屬表面處理工藝已有 180多年的歷史。這種工藝 通過(guò)陽(yáng)極溶解、 陰極吸附的技術(shù)原理, 可在各種易氧化生銹的金屬工件表面形成 保護(hù)層。 然而, 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展, 電鍍鉻技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大, 傳 統(tǒng)電鍍處理工藝的缺點(diǎn)也越來(lái)越明顯,其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:1、設(shè)備投資過(guò)大。電鍍槽的制備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高,要求嚴(yán),令一般投資者望而 卻步。2、生產(chǎn)過(guò)程中需直流電,能源消耗極大。3、生產(chǎn)成本高。所使用的鉻酐價(jià)格昂貴,且有很大的毒害性,故而限制其 應(yīng)用范圍。4、生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含鉻廢水,排放滲入地下后不能分解,嚴(yán)重污染地下水源。 還會(huì)產(chǎn)生毒

21、害氣體排放, 污染環(huán)境和空氣, 危害人們的身心健康和生態(tài)環(huán) 境,惡化了廣大城鎮(zhèn)居民的居住質(zhì)量。陽(yáng)極化處理以鋁或鋁合金制品為陽(yáng)極置于電解質(zhì)溶液中 , 利用電解作用 , 使其表面形成氧 化鋁薄膜的過(guò)程 , 稱(chēng)為鋁及鋁合金的陽(yáng)極氧化處理。 鋁陽(yáng)極氧化的原理實(shí)質(zhì)上就 是水電解的原理。當(dāng)電流通過(guò)時(shí) , 將發(fā)生以下的反應(yīng):在陰極上 , 按下列反應(yīng) 放出 H2:2H + +2e H2 在陽(yáng)極上 , 4OH 4e 2H2O + O2, 析出的氧不僅 是分子態(tài)的氧 (O2, 還包括原子氧 (O, 以及離子氧 (O-2, 通常在反應(yīng)中以分 子氧表示。作為陽(yáng)極的鋁被其上析出的氧所氧化 , 形成無(wú)水的 12O3膜:

22、4A1 + 3O2 = 2A12O3 + 3351J 應(yīng)指出 , 生成的氧并不是全部與鋁作用 , 一部分以氣態(tài) 的形式析出。 陽(yáng)極氧化的種類(lèi)陽(yáng)極氧化早就在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。 冠以不同名 稱(chēng)的方法繁多 , 歸納起來(lái)有以下幾種分類(lèi)方 法:按電流型式分有:直流電陽(yáng)極 氧化; 交流電陽(yáng)極氧化; 以及可縮短達(dá)到要求厚度的生產(chǎn)時(shí)間, 膜層既厚又均勻 致密 , 且抗蝕性顯著提高的脈沖電流陽(yáng)極氧化。 按電解液分有:硫酸、 草酸、 鉻 酸、 混合酸和以磺基有機(jī)酸為主溶液的自然著色陽(yáng)極氧化。 按膜層性質(zhì)分有:普 通膜、硬質(zhì)膜 (厚膜 、瓷質(zhì)膜、光亮修飾層、半導(dǎo)體作用的阻擋層等陽(yáng)極氧化。 直流電硫酸陽(yáng)極氧化法的應(yīng)

23、用最為普遍 , 這是因?yàn)樗哂羞m用于鋁及大部分鋁 合金的陽(yáng)極氧化處理; 膜層較厚、 硬而耐磨、 封孔后可獲得更好的抗蝕性; 膜層 無(wú)色透明、吸附能力強(qiáng)極易著色;處理電壓較低 , 耗電少;處理過(guò)程不必改變電 壓周期 , 有利于連續(xù)生產(chǎn)和實(shí)踐操作自動(dòng)化; 硫酸對(duì)人身的危害較鉻酸小 , 貨源 廣 , 價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。近十年來(lái) , 我國(guó)的建筑業(yè)逐步使用鋁門(mén)窗及其它裝飾鋁材 , 它們的表面處理生產(chǎn)線都是采用這種方法。 陽(yáng)極氧化膜結(jié)構(gòu)、 性質(zhì)與應(yīng)用 1 陽(yáng) 極氧化膜的結(jié)構(gòu) 陽(yáng)極氧化膜由兩層組成 , 多孔的厚的外層是在具有介電性質(zhì)的 致密的內(nèi)層上成長(zhǎng)起來(lái)的 , 后者稱(chēng)為阻擋層 (亦稱(chēng)活性層 。 (1 阻擋層

24、阻擋層 是由無(wú)水的 A12O3所組成 , 薄而致密 , 具有高的硬度和阻止電流通過(guò)的作用。 (2 多孔的外層 氧化膜多孔的外層主要是由非晶型的 A12O3及少量 的 r-A12O3.H2O 還含有電解液的陰離子。氧化膜的絶大部分優(yōu)良特性 , 如抗蝕、耐磨、吸附、絕 緣等性能都是由多孔外層的厚度及孔隙率所決定的 , 然而這兩者卻與陽(yáng)極氧化條 件密切相關(guān) , 因此可通過(guò)改變陽(yáng)極化條件來(lái)獲得滿足不同使用要求的膜層。 膜厚 是陽(yáng)極氧化制品一個(gè)很主要的性能指針 , 其值的大小直接影響著膜層耐蝕、耐 磨、 絕緣及化學(xué)著色能力。 在常規(guī)的陽(yáng)極氧化過(guò)程中 , 膜層隨著時(shí)間的增加而增 厚。在逹到最大厚度之后 ,

25、 則隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸變薄 , 有些合金如 A1-Mg 、 A1-Mg-Zn 合金表現(xiàn)得特別明顯。因此 , 氧化的時(shí)間一般控制在逹最大膜 厚時(shí)間之內(nèi)。 2 陽(yáng)極氧化膜的性質(zhì)與應(yīng)用 陽(yáng)極氧化膜具有較高的硬度和耐磨 性、 極強(qiáng)的附著能力、 較強(qiáng)的吸附能力、 良好的抗蝕性和電絕緣性及高的熱絕緣 性。 由于這些特異的性能 , 使之在各方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。 以鋁或鋁合金制 品為陽(yáng)極置于電解質(zhì)溶液中 , 利用電解作用 , 使其表面形成氧化鋁薄膜的過(guò)程 , 稱(chēng)為鋁及鋁合金的陽(yáng)極氧化處理。鋁陽(yáng)極氧化的原理實(shí)質(zhì)上就是水電解的原理。 當(dāng)電流通過(guò)時(shí) , 將發(fā)生以下的反應(yīng):在陰極上 , 按下列反應(yīng)放出 H2

26、:2H +2e H2 在陽(yáng)極上 , 4OH 4e 2H2O + O2, 析出的氧不僅是分子態(tài)的氧 (O2, 還包 括原子氧 (O, 以及離子氧 (O-2, 通常在反應(yīng)中以分子氧表示。 作為陽(yáng)極的鋁被 其上析出的氧所氧化 , 形成無(wú)水的 A12O3膜: 4A1 + 3O2 = 2A12O3 + 3351J 應(yīng) 指出 , 生成的氧并不是全部與鋁作用 , 一部分以氣態(tài)的形式析出。 陽(yáng)極氧化的種類(lèi)陽(yáng)極氧化早就在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。 冠以不同名稱(chēng)的方法繁多 , 歸納 起來(lái)有以下幾種分類(lèi)方法:按電流型式分有:直流電陽(yáng)極氧化;交流電陽(yáng)極氧 化; 以及可縮短達(dá)到要求厚度的生產(chǎn)時(shí)間, 膜層既厚又均勻致密 , 且

27、抗蝕性顯著 提高的脈沖電流陽(yáng)極氧化。 按電解液分有:硫酸、草酸、鉻酸、混合酸和以磺 基有機(jī)酸為主溶液的自然著色陽(yáng)極氧化。 按膜層性質(zhì)分有:普通膜、 硬質(zhì)膜 (厚 膜 、 瓷質(zhì)膜、 光亮修飾層、 半導(dǎo)體作用的阻擋層等陽(yáng)極氧化。 直流電硫酸陽(yáng)極 氧化法的應(yīng)用最為 普遍 , 這是因?yàn)樗哂羞m用于鋁及大部分鋁合金的陽(yáng)極氧化 處理;膜層較厚、硬而耐磨、封孔后可獲得更好的抗蝕性;膜層無(wú)色透明、吸附 能力強(qiáng)極易著色;處理電壓較低 , 耗電少;處理過(guò)程不必改變電壓周期 , 有利于 連續(xù)生產(chǎn)和實(shí)踐操作自動(dòng)化; 硫酸對(duì)人身的危害較鉻酸小 , 貨源廣 , 價(jià)格低等優(yōu) 點(diǎn)。 近十年來(lái) , 我國(guó)的建筑業(yè)逐步使用鋁門(mén)窗及

28、其它裝飾鋁材 , 它們的表面處理 生產(chǎn)線都是采用這種方法。 陽(yáng)極氧化膜結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與應(yīng)用 1 陽(yáng)極氧化膜的結(jié) 構(gòu) 陽(yáng)極氧化膜由兩層組成 , 多孔的厚的外層是在具有介電性質(zhì)的致密的內(nèi)層上 成長(zhǎng)起來(lái)的 , 后者稱(chēng)為阻擋層 (亦稱(chēng)活性層 。 (1 阻擋層 阻擋層是由無(wú)水的 A12O3所組成 , 薄而致密 , 具有高的硬度和阻止電流通過(guò)的作用。濺鍍 , 通常指的是磁控濺鍍 , 屬于高速低溫濺鍍 法 . 該工藝要求 真空度 在 1×10-3Torr 左右, 即 1.3×10-3Pa 的真空 狀態(tài)充入惰性氣體氬氣 (Ar, 并在塑膠基材 (陽(yáng)極和金屬靶材(陰極之 間加上高壓直流電,由于輝

29、 光放電 (glow discharge產(chǎn)生的電子激發(fā)惰性 氣體,產(chǎn)生等離子體,等離 子體將金屬靶 材的原子轟出,沉積在塑膠基 材上 . 原理 以 幾十電子伏特或 更高動(dòng)能的荷 電粒子轟擊材料表面,使其濺射 出進(jìn)入氣相,可用來(lái)刻蝕和 鍍膜。 入射 一個(gè)離子所濺射出的原子個(gè)數(shù)稱(chēng) 為濺射產(chǎn)額 (Yield產(chǎn)額越高 濺射速度越快 ,以 Cu,Au,Ag 等最高, Ti,Mo,Ta,W 等 最低。一般在 0.1-10原子 /離子。 離子可以直流輝光 放電 (glow discharge 產(chǎn)生, 在 10-1 10 Pa 真空度,在兩 極間加高壓產(chǎn)生放電,正離子會(huì) 轟擊負(fù)電之靶材而濺射也靶 材,而鍍至被

30、 鍍物上。 正常輝光放電 (glow discharge的 電流密度與陰極 物質(zhì)與形狀、氣體種類(lèi)壓力等 有關(guān)。濺鍍時(shí)應(yīng)盡可能維持其穩(wěn)定。 任何材 料皆可濺射鍍 膜,即使高熔點(diǎn)材料也容易濺鍍 ,但對(duì)非導(dǎo)體靶材須以射頻 (RF 或脈沖(pulse 濺射;且因?qū)щ娦暂^差,濺鍍 功率及速度較低。金 屬濺鍍功率可 達(dá) 10W/cm2,非金屬 <5W/cm2 二極濺鍍 射:靶材為陰極, 被鍍 工件及工件架 為陽(yáng)極, 氣體 (氬氣 Ar 壓力約幾 Pa 或更高方可得較高鍍率 。 磁控濺射:在陰極靶表面形 成一正交電磁場(chǎng),在此區(qū)電子密度高,進(jìn)而提 高離子密度,使得濺鍍率提 高 (一個(gè)數(shù)量級(jí) ,濺射速度可

31、達(dá) 0.1 1 um/min膜層附著力較 蒸鍍佳,是目前最實(shí)用的鍍膜技 術(shù)之一。 其它有偏壓濺射、 反應(yīng)濺射、離 子束濺射等鍍膜技術(shù) 濺鍍機(jī)設(shè) 備與工藝(磁控濺鍍 濺鍍 機(jī)由真空室, 排氣系統(tǒng),濺射源和控制系統(tǒng)組 成。濺射源又分為電源和濺 射槍(sputter gun 磁控 濺射槍分為平面型和圓柱型,其 中平面型分為 矩型和圓型, 靶材料利用率 30- 40%,圓柱型靶材料 利用率 >50% 濺射電源 分為 :直流(DC 、射頻(RF 、脈沖(pulse , 直流:800-1000V (Max 導(dǎo)體用,須可 災(zāi)弧。 射頻:13.56MHZ ,非導(dǎo) 體用。 脈沖:泛用,最新發(fā)展出 濺鍍時(shí) 須控制參數(shù)有濺射電流, 電壓或功率, 以 及濺鍍壓力 (5×10-1 1.0Pa , 若各參數(shù)皆穩(wěn)定,膜厚可以鍍膜 時(shí)間估計(jì)出來(lái)。 靶材的選擇與 處理十分重要,純度 要佳,質(zhì)地均勻,沒(méi)有氣泡、缺陷,表面應(yīng)平整光潔 。 對(duì)于直接冷卻 靶,須注意其在濺射后靶材變薄 ,有可能破裂特別是非金屬 靶。一般靶材 最薄處不可小于原靶厚之一半 或 5mm 。 磁控濺鍍操作方式和 一般蒸鍍相似 ,先將真空抽至 1×10-2Pa ,再通入氬氣 (Ar離子轟擊 靶材, 在 5×10-1 1.0Pa 的壓力下進(jìn)行濺鍍其間須注 意電流、電壓及壓力。開(kāi)始 時(shí)濺鍍?nèi)粲写?火, 可緩