表面處理技術(shù)論文

1、金屬表面處理的種類及發(fā)展趨勢齊齊哈爾華安特種容器有限公司馮立軍目錄一、 前言二、 正文1、 金屬表面處理方法2、 金屬表面處理種類3、 金屬表面技術(shù)未來發(fā)展方向三、 結(jié)束語四、 參考文獻(xiàn)前言：近年來，金屬表面處理技術(shù)獲得了迅速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。在表面處理技術(shù)及工程中，前處理占有極為重要的地位，他不僅作為表面處理前的一種"預(yù)處理工序"不可或缺，而且與后續(xù)表面處理的成敗密切相關(guān)。除油、除銹、磷化、防銹等基體前處理是為金屬涂層技術(shù)、金屬防護(hù)技術(shù)做準(zhǔn)備的，基體前處理質(zhì)量對此后涂層制備和金屬的使用有很大的影響。例如，對有磷化和無磷化處理的同一涂層進(jìn)行鹽霧試驗，其結(jié)果是防腐蝕

2、能力相差大約一倍。可見除油、除銹、防銹、磷化等前處理對涂層的防銹能力和金屬的防護(hù)能力起著至關(guān)重要的作用?；w前處理的目的：一是增加涂層與基體的結(jié)合強度既加大附著力，二是增加涂層的功能如防腐蝕、防磨損及潤滑等特殊功能。隨著金屬加工業(yè)、鐵路制造業(yè)、汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，對生產(chǎn)各種金屬制品及鐵路、汽車零部件產(chǎn)品的質(zhì)量有了更高要求，通過長期的實踐證明，一些簡單、簡易的前處理方式，已經(jīng)不能滿足金屬加工及涂裝的基本要求。只有采用標(biāo)準(zhǔn)的前處理生產(chǎn)工藝，才能使鋼鐵表面形成一層標(biāo)準(zhǔn)的磷酸鹽膜和防護(hù)膜，以滿足金屬加工和涂裝處理的質(zhì)量要求。因此，選用低成本、低能耗、高品質(zhì)的金屬前處理產(chǎn)品，是企業(yè)保證涂裝質(zhì)量和防護(hù)質(zhì)量

3、穩(wěn)定與否的重要因素。正文：表面處理即是通過一定的方法在工件表面形成覆蓋層的過程，其目的是賦以制品表面美觀、防腐蝕的效果，進(jìn)行的表面處理方法都?xì)w結(jié)于以下常用幾種方法：1、電鍍(Electroplating) ：將接受電鍍的部件浸于含有被沉積金屬化合物的水溶液中，以電流通過鍍液，使電鍍金屬析出并沉積在部件上。一般電鍍有鍍鋅、銅、鎳、鉻、銅鎳合金等，有時把煮黑（發(fā)藍(lán)）、磷化等也包括其中。2、熱浸鍍鋅：通過將碳鋼部件浸沒溫度約為510的溶化鋅的鍍槽內(nèi)完成。其結(jié)果是鋼件表面上的鐵鋅合金漸漸變成產(chǎn)品外表面上的鈍化鋅。熱浸鍍鋁是一個類似的過程。3、機(jī)械鍍：通過鍍層金屬的微粒來沖擊產(chǎn)品表面，并將涂層冷焊到產(chǎn)品

4、的表面上。一般螺絲多采用電鍍方式，但用在電力、高速公路等室外的六角木螺釘?shù)扔脽峤\。電鍍的效果：電鍍的質(zhì)量以其耐腐蝕能力為主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，其次是外觀。耐腐蝕能力即是模仿產(chǎn)品工作環(huán)境，設(shè)置為試驗條件，對其加以腐蝕試驗。電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量從以下方面加以控制：（1）、外觀：制品表面不允許有局部無鍍層、燒焦、粗糙、灰暗、起皮、結(jié)皮狀況和明顯條紋，不允許有針孔麻點、黑色鍍渣、鈍化膜疏松、龜裂、脫落和嚴(yán)重的鈍化痕跡。（2）、鍍層厚度：緊固件在腐蝕性大氣中的作業(yè)壽命與它的鍍層厚度成正比。一般建議的經(jīng)濟(jì)電鍍鍍層厚度為0.00015in0.0005 in(412um).熱浸鍍鋅：標(biāo)準(zhǔn)的平均厚度為54 um（稱呼徑3/

5、8為43 um），最小厚度為43 um（稱呼徑3/8為37 um）。（3）、鍍層分布：采用不同的沉積方法，鍍層在緊固件表面上的聚集方式也不同。電鍍時鍍層金屬不是均勻地沉積在外周邊緣上，轉(zhuǎn)角處獲得較厚鍍層。在緊固件的螺紋部分，最厚的鍍層位于螺紋牙頂，沿著螺紋側(cè)面漸漸變薄，在牙底處沉積最薄，而熱浸鍍鋅正好相反，較厚的鍍層沉積在內(nèi)轉(zhuǎn)角和螺紋底部，機(jī)械鍍的鍍層金屬沉積傾向與熱浸鍍相同，但是更為光滑而且在整個表面上厚度要均勻得多。（4）、氫脆：緊固件在加工和處理過程中，尤其在鍍前的酸洗和堿洗以及隨后的電鍍過程中，表面吸收了氫原子，沉積的金屬鍍層然后俘獲氫。當(dāng)緊固件擰緊時，氫朝著應(yīng)力最集中的部分轉(zhuǎn)夠，引起

6、壓力增高到超過基體金屬的強度并產(chǎn)生微小的表面破裂。氫特別活動并很快滲入到新形成的裂隙中去。這種壓力-破裂-滲入的循環(huán)一直繼續(xù)到緊固件斷裂。通常發(fā)生在第一次應(yīng)力應(yīng)用后的幾個小時之內(nèi)。為了消除氫脆的威脅，緊固件要在鍍后盡可能快地加熱烘焙，以使氫從鍍層中滲出，烘焙通常在375-4000F（176-190）進(jìn)行3-24小時。由于機(jī)械鍍鋅是非電解質(zhì)的，這實際上消除了氫脆的威脅（5）.自催化鍍(Auto-catalytic Plating)，一般稱為"化學(xué)鍍(Chemical Plating)"、"無電鍍(Electroless Plating)"等自催化鎳磷鍍及工

7、業(yè)應(yīng)用 無電解鍍鎳是目前國際上發(fā)展速度較快的表面處理工藝。它以無公害、操作簡單和可鍍基底廣泛以及鍍層良好的耐磨耐腐性能受到工業(yè)界普遍矚目和青睞。 自催化鎳磷鍍（以下稱化學(xué)鍍鎳）技術(shù)，是目前國際上發(fā)展速度最快的低溫表面強化高新技術(shù)。它最初是作為電鍍鎳和電鍍鉻的代用鍍層而工業(yè)化應(yīng)用，以后發(fā)展到耐腐蝕性、耐磨性和電磁波屏蔽特性等多功能用途而獲得廣泛應(yīng)用。尤其在國際上它作為一個無公害排放的表面處理工藝，獲得綠色環(huán)保技術(shù)的美稱，受到了工業(yè)界的普遍矚目和青睞。其應(yīng)用幾乎涉及所有工業(yè)領(lǐng)域。化學(xué)鍍鎳在石油天然氣工業(yè)中的應(yīng)用 多年來石油天然氣一直是化學(xué)鍍鎳的檢驗場,化學(xué)鍍鎳已在大量的應(yīng)用中有出色表現(xiàn).在北美所有

8、的化學(xué)鍍鎳中大約15%是用于油氣工業(yè).已證明對石油天然氣工業(yè)最有價值的性能是鍍層的厚度均勻性,優(yōu)異的耐蝕性能以及耐磨/耐沖刷性能.許多用于這一領(lǐng)域的傳統(tǒng)基體材料的性能通過應(yīng)用化學(xué)鍍鎳而大大改善,并且降低了制造成本,延長了使用壽命.延長壽命這一點具有特別重要的意義,因為石油天然氣工業(yè)中停機(jī)更換部件費用很高. 石油天然氣工業(yè)的作用分為三個主要部分,地面作業(yè),地下/井下作業(yè)和海上作業(yè).設(shè)備通常暴露于氫化物,硫化氫,二氧化碳,鹽水,海水和含高濃度硫化物的暗礁水等苛刻的環(huán)境條件下,并且還合并有吸入泥沙和泥漿引起的磨損問題以及在某些情況下溫度高達(dá)250ºC.通過化學(xué)鍍鎳而使性能提高的典型部件包括

9、: 地面作業(yè)-防噴器,制動系統(tǒng),節(jié)流器,壓縮機(jī),燃?xì)廨啓C(jī),泵體,泵,連接管路和閥等; 地下/井下作業(yè)-聯(lián)接器,測井儀,拄塞,分隔器,泵,安全閥裝置和油管. 海上作業(yè)-防噴器,燃?xì)廨啓C(jī)/壓縮機(jī),熱交換器,泵,隔水管連接器和閥 化學(xué)鍍鎳層的厚度均勻性,耐腐蝕性和耐磨性性能促使其廣泛用于閥和流量控制裝置.顯然,這些設(shè)備是油井作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備,油井作業(yè)的主要經(jīng)濟(jì)因素是設(shè)備有良好的性能和長的壽命.人們首先認(rèn)識到化學(xué)鍍鎳的可應(yīng)用的性能是其耐腐蝕性,光潔度和厚度均勻性.這些性能為球閥塞提供了所要求的表面條件,并改善了閥座部分的密封狀況.人們最初只把化學(xué)鍍鎳看作是可能代替硬鉻的一種選擇,而現(xiàn)在化學(xué)鍍鎳在這一市場

10、已占統(tǒng)治地位.在這一領(lǐng)域最具典型性的是低碳鋼球閥常常采用75微米厚的化學(xué)鍍鎳層. 可以看到化學(xué)鍍鎳在石油天然氣工業(yè)所有領(lǐng)域中已獲得了成功的應(yīng)用.例如:中東一家工廠的原油生產(chǎn),相關(guān)的氣體中含有55%的硫化氫,加工溫度80ºC,壓力20MN/m2(3000psi).在這種條件下,由于腐蝕,表面開裂和沖蝕而發(fā)生的失效使低碳鋼球閥的最長使用壽命僅3個月.而球閥采用75微米的化學(xué)鍍鎳層大大延長了設(shè)備的使用壽命,經(jīng)過兩年的連續(xù)運行未見設(shè)備表面損壞. 使用海水注入系統(tǒng)的采油廠,其球閥也能獲得同樣的好處.操作過程包括在高壓下泵送海水以迫使原油到達(dá)表面.在沙特阿拉伯的Ghawar油田,閥采用75微米厚

11、的化學(xué)鍍鎳層,成功地經(jīng)受了操作條件的考驗,運行四年未發(fā)現(xiàn)鍍層損壞. 化學(xué)鍍鎳除了已成功地應(yīng)用于石油天然氣工業(yè)中的球閥,它在其他工程領(lǐng)域的閥部件的應(yīng)用也同樣成功.例如:為埃及阿斯旺大壩項目制造的大型球閥的閥桿采用了化學(xué)鍍鎳.閥部件必須保證即使長期不動也能在需要時開閉自如并且運行可靠.采用75微米厚的化學(xué)鍍鎳層保護(hù)閥桿免遭腐蝕和磨損便提供了這種可靠性.106噸的巨型閥,其孔徑260cm,僅上閥桿就超過了6噸重. 在Khuff氣井,經(jīng)過化學(xué)鍍鎳處理的閥,節(jié)流器和其他部件的性能同樣給人流下了深刻的印象.Khuff氣井的氣質(zhì)較差,產(chǎn)生于大理石和石灰石巖層,巖層一般含有6%(mol)的二氧化碳和0.1%(

12、mol)的硫化氫,它還含有大約28L/Mm3以己烷為主的冷凝物,7L/ Mm3的水.井口氣壓一般為35MN/ m2(5000psi),溫度為90ºC,氣體流速通常大于6米/秒.在這些條件下,由于腐蝕/沖蝕造成的鋼部件損壞是非常嚴(yán)重的.點蝕和沖蝕導(dǎo)致碳鋼節(jié)流器上金屬損失率為每年35毫米,而在所有濕潤表面上采用了25微米厚的化學(xué)鍍鎳層則成功地解決了這個問題.通過應(yīng)用化學(xué)鍍鎳也能克服球閥在上述環(huán)境下產(chǎn)生的問題,一般采用75微米厚的化學(xué)鍍鎳層可使球塞至少六年免遭腐蝕. 化學(xué)鍍鎳的耐腐蝕性,硬度,表面光潔度,潤滑性對防火流量閥的生產(chǎn)和性能十分有益.要求這些閥正常操作時能不漏氣泡,而在不小心暴露

13、于650ºC溫度后能充當(dāng)節(jié)流閥,并且要求在著火時也能工作.化學(xué)鍍鎳也用于某些關(guān)鍵的安全閥中.例如:防噴器是用于緊急情況下的關(guān)閉油氣井的安全閥,由液壓驅(qū)動活塞組成,能夠切入油氣管道,堵塞油氣的流動.經(jīng)測試以后,只要求一套裝置在緊急情況下運行一次,但必須保證性能良好,為此,在活塞或密封表面不允許發(fā)生腐蝕和物理損傷.常用大約100微米厚的化學(xué)鍍鎳曾來達(dá)到所需的硬度和耐腐蝕性. （6）. 浸漬鍍(Immersion Plating) 采用硫酸銅、硫酸亞錫為主鹽的置換反應(yīng)浸鍍法在鋼鐵件表面制得金黃色銅錫合金層。通過添加含氟系陰離子及羧基系陰離子的絡(luò)合劑 ,控制銅、錫離子的置換反應(yīng)速度 ,獲得

14、1 5% 39%銅含量的合金鍍層 ,外觀呈 1 8 2 2K金色 ,膜層結(jié)合力好 ,耐蝕性優(yōu)良化學(xué)鍍仿金的類型有兩種 ,一種是使用還原劑的化學(xué)還原型 ,所形成的鍍膜一般為赤褐色或色澤不好的金色 ,其鍍膜的附著力差。浸鍍即置換鍍或接觸鍍 ,是一種無需外界電流或還原劑 ,利用兩種金屬的電位差產(chǎn)生的電動勢驅(qū)動的置換反應(yīng)。浸漬鍍設(shè)備少、效率高、成本低（7）.陽極氧化(Anodizing) 接近表面鍍層處理，金屬或合金的電化學(xué)氧化。將金屬或合金的制件作為陽極，采用電解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金屬氧化物薄膜改變了表面狀態(tài)和性能，如表面著色，提高耐腐蝕性 、增強耐磨性及硬度，保護(hù)金屬表面等。例如鋁陽極

15、氧化，將鋁及其合金置于相應(yīng)電解液(如硫酸、鉻酸、草酸等)中作為陽極，在特定條件和外加電流作用下，進(jìn)行電解。陽極的鋁或其合金氧化 ，表面上形成氧化鋁薄層 ，其厚度為520微米 ，硬質(zhì)陽極氧化膜可達(dá)60200微米 。陽極氧化后的鋁或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可達(dá)250500千克平方毫米，良好的耐熱性 ，硬質(zhì)陽極氧化膜熔點高達(dá)2320K ，優(yōu)良的絕緣性 ，耐擊穿電壓高達(dá)2000V ，增強了抗腐蝕性能 ，在0.03NaCl鹽霧中經(jīng)幾千小時不腐蝕。氧化膜薄層中具有大量的微孔，可吸附各種潤滑劑，適合制造發(fā)動機(jī)氣缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力強可著色成各種美觀艷麗的色彩。有色金屬或其合金（如鋁、鎂及其

16、合金等）都可進(jìn)行陽極氧化處理，這種方法廣泛用于機(jī)械零件，飛機(jī)汽車部件，精密儀器及無線電器材，日用品和建筑裝飾等方面。 補充：除金屬外，其他物質(zhì)在陽極所引起的氧化作用，也稱為“陽極氧化” 補充：在現(xiàn)實工藝中，針對鋁合金的陽極氧化，比較多，可以應(yīng)用在日常生活中，以為這種工藝的特性，使鋁件表面產(chǎn)生堅硬的保護(hù)層，可用于生產(chǎn)廚具等日用品。但鑄造鋁的陽極氧化效果不好，表面不光良，還只能是黑色。鋁合金型材就要好一點。（8）. 化學(xué)轉(zhuǎn)化層(Chemical Conversion Coating) ；化學(xué)轉(zhuǎn)化層(Chemical Conversion Coating) 鋼鐵發(fā)藍(lán)(Blackening)，俗稱”發(fā)

17、黑“ 鋼鐵磷化(Phosphating). 復(fù)合電鍍（彌散電鍍） composite plating 用電化學(xué)法或化學(xué)法使用權(quán)金屬離子與均勻懸浮在溶液中的不溶液性.鋼鐵發(fā)藍(lán)(Blackening)，俗稱"煲黑" 鋼鐵磷化(Phosphating) （9）鉻酸鹽處理(Chromating) （10）金屬染色(Metal Colouring) （11）涂裝(Paint Finishing)，包括各種涂裝如手工涂裝、靜電涂裝、電泳涂裝等 （12）熱浸鍍(Hot dip)，。熱浸鍍簡稱熱鍍，是將被鍍金屬材料浸于熔點較低的其他液態(tài)金屬或合金中進(jìn)行鍍層的方法。此法的基本特征是在基體金屬

18、與鍍層金屬之間有合金層形成（13）熱浸鍍鋅(Galvanizing),俗稱"鉛水" （14）熱浸鍍錫(Tinning) ，熱浸鍍錫其主要是將待鍍物利用一半自動工全自動方式經(jīng)連續(xù)的水洗、酸洗藉以清除待鍍物表面沾污的污物及銹點后，經(jīng)浸漬助焊劑以利后續(xù)的鍍錫加工之后再浸漬錫液，而后再經(jīng)連串的撒甩、敲捶、回轉(zhuǎn)等步驟后，藉以去除鍍物本體上多余的錫液及使錫液均勻的布設(shè)于其上，再施以冷卻干燥后，即可依上述步驟而得一對工作物產(chǎn)生熱浸鍍錫的作用（15）陰極濺射，具有足夠能量的帶電粒子或中性粒子碰撞物體表面時，可把能量傳遞給表面的原子。只要表面原子獲得的能量大于本身的電離能，就能擺脫周圍原子的

19、束縛而離開物體表面，這種現(xiàn)象稱為濺射。（16）真空鍍(Vacuum Plating) ，真空鍍主要包括真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍幾種類型，它們都是采用在真空條件下，通過蒸餾或濺射等方式在塑件表面沉積各種金屬和非金屬薄膜，通過這樣的方式可以得到非常薄的表面鍍層，同時具有速度快附著力好的突出優(yōu)點，但是價格也較高，可以進(jìn)行操作的金屬類型較少，一般用來作較高檔產(chǎn)品的功能性鍍層，例如作為內(nèi)部屏蔽層使用。（17）離子鍍(Ion Plating)，離子鍍在真空條件下，利用氣體放電使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)部分電離，并在氣體離子或被蒸發(fā)離子鍍原理圖物質(zhì)離子的轟擊下，將蒸發(fā)物質(zhì)或其反應(yīng)物沉積在基片上的方法。其中包括磁控濺

20、射離子鍍、反應(yīng)離子鍍、空心陰極放電離子鍍（空心陰極蒸鍍法）、多弧離子鍍（陰極電弧離子鍍）等。（18） 表面硬化： 所謂表面硬化法是指通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ沽慵谋韺佑不慵男牟咳匀痪哂袕婍g性的處理。通過這種處理，可以改善零件的耐磨性以及耐疲勞性，而由于零件的心部仍然具有良好的韌性和強度，因此對沖擊載荷有良好的抵抗作用。常用的表面硬化處理方法主要有滲碳、氮化、硬質(zhì)陽極氧化、鍍鉻、表面淬火以及滲金屬等。滲碳鋼的滲碳就是含碳量較低的鋼制零件在滲碳介質(zhì)中加熱或者保溫，使碳原子滲入表面，獲得一定的表面含碳量，在淬火之后，含碳量高的表層硬度很高，而含碳量低的心部硬度低仍具有良好的韌性。目的是使零件獲得高的表

21、面硬度、耐磨性以及高的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度。主要用于承受磨損、交變接觸應(yīng)力或者彎曲應(yīng)力和沖擊載荷的零件，如軸、齒輪、凸輪軸等，這些零件要求表面有很高的硬度而心部要有足夠的強度和韌性。滲碳法分為固體滲碳法、液體滲碳法和氣體滲碳法三種。另外還有真空滲碳法。固體滲碳法就是把零件放入固體滲碳劑（由木炭粉以及BaCO3和Na2CO3等促進(jìn)劑組成）中然后放入滲碳容器里加熱到900930保溫一定時間。液體滲碳是把工件浸入以氰化鈉（NaCN）為主（含NaCl、NaCO3和Na2CO3等添加劑）的熔融鹽浴里，氰化鈉分解所生成的C和N滲入工件中。氣體滲碳是把零件放入通有CH4和CO的容器里加熱使碳原子滲入工

22、件表面。滲碳層的深度可以達(dá)到幾個毫米，其深度隨滲碳時間的增加而增加，隨滲碳溫度的升高而加深，但是滲碳速度隨時間的延長而減慢。對不要滲碳的部位一般采用鍍銅保護(hù)或者預(yù)留加工余量、滲碳后把該處切掉的方法進(jìn)行防護(hù)。滲碳后必須進(jìn)行淬火和低溫回火處理以得到零件所需要的硬度（可達(dá)HRC5565），注重高硬度時在150左右回火，而為了保持零件的尺寸精度，防止時效變形時在180200左右回火。最后必須要提及一點是，我們經(jīng)常提到的滲碳層深度是指淬火后的有效硬化層深度，國標(biāo)GB945088上規(guī)定為從零件表面到維氏硬度值為550HV的距離，實際碳在零件中擴(kuò)散達(dá)到的距離比這個要大得多。附圖：Q235鋼和20#鋼滲碳淬火

23、后顯微組織（100倍、200倍） 氮化氮化是指把合金鋼（一般含有Al、Cr、Mo）在無水氨氣（NH3）流中在500570左右長時間加熱，使鋼的表面形成一層硬度很高又耐腐蝕的氮化物（主要為Fe2N、Fe3N、Fe4N）。一般有氣體滲氮、液體滲氮和輝光離子滲氮。氮化時合金鋼的含碳量一般在0.2%0.5%，主要由零件心部的機(jī)械性能來決定含碳量，含碳量高時阻礙N的擴(kuò)散，從而減少氮化層的厚度，而含碳量少時，零件截面上的硬度梯度變化就會大，從而造成氮化層容易剝離。Al的作用是增加滲氮后鋼的表面硬度，Cr可以增加氮化層的厚度，Mo可以防止在500570長時間加熱造成的回火脆性，Cr、Mo對材質(zhì)的改良也很重要

24、。歷史最久國際上普遍采用的滲氮鋼是38CrMoAl。一般的氮化零件的工藝流程為鍛造退火粗加工調(diào)質(zhì)精加工氮化。不需要氮化的部位可以鍍Ni或者鍍Sn或者鍍Pb20%+Sn80%。氮化處理前先對零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使其具有良好的塑性和韌性，氮化處理后不再實施淬火、回火，并且氮化處理本身的溫度就比較低，所以工件的變形小。氮化處理后工件表面的硬度可以達(dá)到HRC6572，比滲碳處理后的硬度更高更耐磨，并且耐腐蝕性能要好。輝光離子滲氮法是把零件置于真空反應(yīng)爐內(nèi)，用真空泵把爐內(nèi)抽真空，然后通入N2和H2的混合氣體，把爐內(nèi)壓力調(diào)整到1001000Pa，以爐體接陽極，工件接陰極，在兩極間通數(shù)百伏的直流電時產(chǎn)生輝光放

25、電，這時所產(chǎn)生的氮離子就會高速向工件表面運動。而處在陰極的工件被沖擊出鐵原子，與氮離子結(jié)合成FeN，隨即被工件表面吸附，在離子轟擊作用下，逐步分解為低價氮化物和氮原子，氮原子就向內(nèi)部滲入及擴(kuò)散。輝光離子滲氮的時間與普通滲氮相比要短的多，普通滲氮要幾十個小時，而輝光離子滲氮最快只要幾個小時。附圖：20#鋼和40Cr鋼氮化后顯微組織（400倍） 硬質(zhì)陽極氧化鋁的陽極氧化是以鋁或鋁合金作陽極，以鉛板作陰極在電解液中電解，使其表面生成氧化膜層。經(jīng)過陽極氧化，鋁表面能生成厚度為幾個至幾百微米的氧化膜。這層氧化膜的表面是多孔蜂窩狀的，比起鋁合金的天然氧化膜，其耐蝕性、耐磨性和裝飾性都有明顯的改善和提高。采

26、用不同的電解液和工藝條件，就能得到不同性質(zhì)的陽極氧化膜。陽極氧化的主要工藝流程：脫脂除油堿腐蝕拋光陽極氧化染色封孔處理。堿腐蝕的目的是去除鋁合金表面致密但不均勻的氧化膜，對高硅鋁合金，采用HN03、HF混合溶液，其他鋁合金采用以NaOH溶液為主的堿性槽液。拋光的目的是得到光亮的基體表面，分為機(jī)械拋光、電解拋光和化學(xué)拋光。機(jī)械拋光就是采用機(jī)械方法磨出光亮表面。電解拋光是利用電流的作用，使鋁合金發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在鋁合金表面凸凹不平的部分發(fā)生不同程度的溶解，使鋁件表面產(chǎn)生光滑的鏡面效果。化學(xué)拋光就是把零件浸在化學(xué)溶液里面發(fā)生反應(yīng)從而得到光亮的表面，分為酸性拋光和堿性拋光。 染色就是利用陽極氧化膜的多

27、孔結(jié)構(gòu)和強吸附性能，將已陽極氧化處理的鋁制件浸漬在有機(jī)染料或無機(jī)染料的溶液中，則氧化膜針孔吸附染料而著色。另外還有電解著色、整體著色等。由于鋁及鋁合金生成的氧化膜具有高的孔隙率和吸附性，很容易被污染，尤其在腐蝕性環(huán)境中，腐蝕介質(zhì)容易進(jìn)入膜層孔隙而引起腐蝕。氧化膜染色后應(yīng)進(jìn)行封閉處理，以增加色澤的耐曬性和耐蝕性。在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)過陽極氧化的膜層，不管染色與否，一般都要進(jìn)行封閉處理。一般采用的是熱水封閉和蒸汽封閉，其原理為氧化膜表面和孔壁的三氧化二鋁在熱水中發(fā)生水化反應(yīng)，生成水合氧化鋁，使原來氧化膜的體積增加33100%，氧化膜體積的膨脹使膜孔顯著縮小，從而達(dá)到封孔的目的。反應(yīng)式為：Al2O3+n

28、H2O= Al2O3nH2O此外還可以采用各種化學(xué)溶液封閉，如重鉻酸鉀溶液封閉，封閉后的陽極氧化膜呈淺黃色，有特別高的耐蝕性。陽極氧化采用的電解液主要有硫酸、草酸、鉻酸，其中硫酸陽極氧化處理應(yīng)用最為廣泛。如果沒有特別指明，一般指的是硫酸陽極氧化。附圖：陽極氧化膜（前者為電鏡掃描照片，后者為結(jié)構(gòu)示意圖） 鍍鉻  鉻的硬度可以達(dá)到 80010OOHV，是最硬的金屬。它有很強的鈍化性能，在大氣中很快鈍化，因而鉻層在大氣中很穩(wěn)定，能長期保持其光澤，在堿、硝酸、硫化物、碳酸鹽以及有機(jī)酸等腐蝕介質(zhì)中非常穩(wěn)定，但可溶于鹽酸等氫鹵酸和熱的濃硫酸中。鉻鍍層優(yōu)點為硬度高、耐磨性好、光反射性強。并且耐熱性

29、佳，在480"C以下不變色，50O 以上才開始氧化，700"C則硬度下降。鉻鍍層缺點為太硬易脆、易脫落。鉻鍍層具多孔性，所以對鋼鐵腐蝕性不很理想，所以一般先鍍銅，再鍍鎳最后再鍍一層鉻才能達(dá)到防腐蝕及裝飾的目的。表面淬火表面淬火是指將工件表面一定深度范圍內(nèi)迅速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，在一定深度范圍內(nèi)達(dá)到淬火目的的熱處理工藝。目的是在工件表面一定深度范圍內(nèi)獲得馬氏體組織，而心部仍保持淬火前的組織狀態(tài)（調(diào)質(zhì)或者正火狀態(tài)），從而使表面硬而耐磨，而心部又有足夠的塑性和韌性。主要用于中碳調(diào)質(zhì)鋼和球墨鑄鐵制的機(jī)器零件。主要的表面淬火方式有感應(yīng)加熱表面淬火、火焰淬火以及激光加熱和電子

30、束加熱表面淬火。感應(yīng)加熱表面淬火，是使工件表面產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流，迅速加熱零件表面，然后迅速淬火的一種金屬熱處理方法。感應(yīng)加熱原理：工件放到感應(yīng)器內(nèi)，感應(yīng)器一般是通入中頻或高頻交流電(500-300000Hz)的空心銅管。產(chǎn)生交變磁場在工件中產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流在工件的分布是不均勻的，在表面強，而在內(nèi)部很弱，到心部接近于0，叫做集膚效應(yīng)。利用這個集膚效應(yīng)，可使工件表面迅速加熱，在幾秒鐘內(nèi)表面溫度上升到800-1000ºC，而心部溫度升高很小。根據(jù)電流頻率的不同，可將感應(yīng)加熱表面淬火分為三類： 第一類是高頻感應(yīng)加熱淬火，常用電流頻率范圍為200300千赫茲，一般淬硬層深

31、度為0.52.0mm。適用于中小模數(shù)的齒輪及中小尺寸的軸類零件等。第二類是中頻感應(yīng)加熱淬火，常用電流頻率范圍為2500800赫茲，一般淬硬層深度為210mm。適用于較大尺寸的軸和大中模數(shù)的齒輪等。第三類是工頻感應(yīng)加熱淬火，電流頻率為50赫茲，不需要變頻設(shè)備，淬硬層深度可達(dá)1015mm。適用于較大直徑零件的穿透加熱及大直徑零件如軋輥、火車車輪等的表面淬火。感應(yīng)加熱表面淬火具有表面質(zhì)量好，脆性小，淬火表面不易氧化脫碳，變形小等優(yōu)點，所以感應(yīng)加熱設(shè)備在金屬表面熱處理中得到了廣泛應(yīng)用。火焰加熱淬火是用乙炔氧或煤氣氧等火焰直接加熱工件表面，然后立即噴水冷卻，以獲得表面硬化效果的淬火方法。火焰加熱溫度很高

32、（約3000以上），能將工件迅速加熱到淬火溫度，通過調(diào)節(jié)燒嘴的位置和移動速度，可以獲得不同厚度的淬硬層。表面淬火淬硬層深度一般計至半馬氏體區(qū)。附圖：感應(yīng)加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火 表1幾種常用材料和工藝的選擇序號工藝時間硬化層深度材料力學(xué)性能使用范圍特點示例1滲碳較長中等低碳鋼或者低碳低合金鋼硬度高，耐磨性高，抗接觸載荷能力最好，良好的彎曲疲勞強度，良好的抗粘著性用于耐磨、承受高接觸應(yīng)力的零件，可整體也可局部滲碳處理溫度高，時間中等，變形大2020Cr15CrMn20CrMn12CrNi3A18CrNiWA2氮化長（一般的氮化方法要390小時）淺（一般不超過0.5mm）合金鋼（含C量一般為

33、0.2%0.5%）硬度高，耐磨性高，抗接觸載荷能力較好，良好的彎曲疲勞強度，最好的抗粘著性用于有一定接觸應(yīng)力或在500以下工作的耐磨零件。有時用來提高疲勞強度的表面強化。通常采用整體表面氮化處理溫度低，時間最長，變形最小，好的抗磨蝕性和尺寸穩(wěn)定性42CrMo38CrMoAl18Cr2Ni4WA3感應(yīng)淬火很短深中碳鋼或者中碳低合金鋼硬度高，耐磨性較高，良好的抗接觸載荷能力；良好的彎曲疲勞強度，滿意的抗粘著性用于耐磨，有較高接觸應(yīng)力的零件，可進(jìn)行整體和局部表面感應(yīng)淬火。淬火部位應(yīng)是形狀簡單的回轉(zhuǎn)體為宜。有時也可用來提高疲勞強度的表面強化變形小，生產(chǎn)效率高，容易實行機(jī)械化和自動化，節(jié)能4542CrM

34、o34CrNiMo表面處理的種類 可有效去除工件上的鐵銹、焊渣、氧化皮 , 消除焊接應(yīng)力 , 增加防銹涂膜與金屬基體的結(jié)合力 , 從而大大提高工程機(jī)械零部件的防銹質(zhì)量。機(jī)械清理標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到 ISO8501 1 1988 的 Sa2 . 5 級。表面粗糙度要達(dá)到防銹涂層厚度的 1 /3 。噴、拋丸所用鋼丸要達(dá)到 GB6484 要求。 薄板沖壓件的表面處理稱一般用化學(xué)表面處理。工藝流程為 : 脫脂熱水洗冷水洗酸洗冷水洗中和冷水洗表面調(diào)整磷化冷水洗熱水洗純水洗干燥 藝過程也可根據(jù)薄板沖壓件的油、銹情況作適當(dāng)調(diào)整 , 或不用酸洗工序 , 或不用預(yù)脫脂工序。而脫脂和磷化是化學(xué)處理工藝中的關(guān)鍵工序 , 這

35、兩道工序直接影響工件化學(xué)處理的質(zhì)量和防銹涂層的質(zhì)量。有關(guān)工藝參數(shù)和相關(guān)輔助設(shè)備也是影響表面處理質(zhì)量的不可忽視的因素。 冷焊機(jī)修補修補冷焊機(jī)歷史介紹 修補冷焊機(jī)在國際上叫ESD（ELECTRO SPARK DEPOSITION），是由前蘇聯(lián)的專家應(yīng)用類似于放電加工機(jī)Electro Discharge Machining 的電路原理研究開發(fā)出來的。主要用途是使用高硬度的碳化鎢等材料對模具/金屬表面進(jìn)行涂層加工，提高耐磨性，耐熱性，耐燒粘等性能。當(dāng)初的加工機(jī)涂層厚度最大只能達(dá)到30üm 左右，因此無法滿足修補需要。之后，經(jīng)過了大量的研究開發(fā)，提高了其輸出功率，改進(jìn)了焊槍結(jié)構(gòu)和焊條材料成份。

36、針對以往的前后震動式電極，采用了旋轉(zhuǎn)式電極，并且利用氬氣保護(hù)來防止熔敷金屬的氧化，氮化，實現(xiàn)了連續(xù)多層修補堆焊，提高了修補堆焊厚度，從而作為金屬工件修復(fù)加工機(jī)推向市場。對于那些金屬制品制造廠家，在工件制品出現(xiàn)毛刺、針孔、氣孔、裂紋、磨損，劃痕等缺陷時，利用以往的焊接方法來修復(fù)工件的話，工件會產(chǎn)生變形，甚至熱裂或是易脫落。常常會得不到理想的修補效果，將就用或者直接報廢。直接帶來很多經(jīng)濟(jì)上的成本開支或交貨的延遲。 型簡介： 此機(jī)型為生造智能修補機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品，是我公司針對廣大模具業(yè)、鑄造業(yè)、電器制造業(yè)、醫(yī)療器械、汽車、造船、鍋爐、建筑、鋼構(gòu)、橋梁建設(shè)等行業(yè)改良生產(chǎn)，具有廣泛的適用性。在國內(nèi)是廣大中小

37、企業(yè)的首選修補設(shè)備。智能冷焊機(jī)修補原理：智能冷焊機(jī)是通過微電瞬間放電產(chǎn)生的高熱能將專用焊絲熔覆到工件的破損部位，與原有基材牢固熔接，焊后只需經(jīng)過很少打磨拋光的后期處理。1工作原理： 智能修補冷焊機(jī)的原理是，利用充電電容，以103101秒的周期，106105秒的超短時間放電。電極材料與工件接觸部位會被加熱到800025000，等離子化狀態(tài)的熔融金屬以冶金的方式過渡到工件的表層。圖1所示的是（堆焊，涂層）的示意圖及各種特性。A區(qū)是堆焊到工件表面的涂層或堆焊層，由于與母材之間產(chǎn)生了合金化作用，向工件內(nèi)部擴(kuò)散，熔滲，形成了擴(kuò)散層B，得到了高強度的結(jié)合. 2 實現(xiàn)冷焊（熱輸入低）： 為什么能實現(xiàn)冷焊呢，

38、如圖2所示，放電時間（Pt）與下一次放電間隔時間（It）相比極短，機(jī)器有足夠的相對停止時間，熱量會通過工件基本體擴(kuò)散到外界，因此工件的被加工部位不會有熱量的聚集。雖然工件的升溫幾乎停留在室溫，可是由于瞬時熔化的原因，電極尖端的溫度可以達(dá)到25000左右.3 結(jié)合強度高： 利用智能修補冷焊機(jī)進(jìn)行修補堆焊時，既然熱輸入低，為什么結(jié)合強度還很大呢？這是因為焊條瞬間產(chǎn)生金屬熔滴，過渡到與母材金屬的接觸部位，同時由于等離子電弧的高溫作用，表層深處開成像生了根一樣的強固的擴(kuò)散層。呈現(xiàn)出高結(jié)合性，不會脫落。產(chǎn)品優(yōu)點：1、設(shè)計合理，自由調(diào)節(jié)。可根據(jù)不同金屬材質(zhì)選用不同檔放電頻率，以達(dá)到最佳修補效果。 2、熱影

39、響區(qū)域小。堆覆的瞬間過程中無熱輸入，因而無變形，咬邊和殘余應(yīng)力。不會產(chǎn)生局部退火，修復(fù)后不需要重新熱處理。3、極小的焊補沖擊 ，本焊機(jī)在焊補過程中克服了普通氬弧焊對工件周邊產(chǎn)生沖擊的現(xiàn)象。對沒有余量的工件加工面也可進(jìn)行修補。 4、修復(fù)精度高：堆焊厚度從幾微米到幾毫米，只需打磨，拋光5、熔接強高：由于充分滲透到工件表面材料產(chǎn)生極強的結(jié)合力6、攜帶方便：重量輕（28公斤），220V電源，無工作環(huán)境要求7、經(jīng)濟(jì)性：在現(xiàn)場立刻修復(fù)，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省費用。8、一機(jī)多用：可進(jìn)行堆焊，表面強化等功能。通過調(diào)節(jié)放電功率和放電頻率可獲得要求 的堆焊和強化的厚度的光潔度。9、堆焊層硬度及補材多樣性：使用不同的電

40、極棒材料（補材）可獲得不同要求的硬度。堆焊修補 層硬度可從HRC 25 HRC 62 。 主機(jī)控制系統(tǒng)：采用改進(jìn)型內(nèi)置工控微機(jī)進(jìn)行雙閉環(huán)精密控制。其穩(wěn)定性和運行能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于同類產(chǎn)品，采用智能IC控制板。 氣體保護(hù)系統(tǒng)：改為微機(jī)控制的同步氬氣保護(hù)系統(tǒng)，使氬氣保護(hù)更好，焊接效果更加牢固，美觀。同時保持了原有優(yōu)點-與激光焊機(jī)媲美，可以最大限度地節(jié)約氬氣。表面處理未來發(fā)展方向 1、追求零排放 中國表面處理，無論是涂裝、電鍍、熱處理，還是其他形式的處理，均有廢水、廢氣、廢渣的排放問題。盡管目前一些先進(jìn)廠家已經(jīng)進(jìn)行了嚴(yán)格控制，但離零排放還有很大距離，一些有毒有害物質(zhì)仍然通過排放進(jìn)入自然環(huán)境之中，有些中小企

41、業(yè)更是污染驚人。 歐洲年環(huán)保法規(guī)要求，汽車涂裝中有機(jī)溶劑（）排放量不得超過/，而目前我國的標(biāo)準(zhǔn)是/，差距很大。 陰極電泳后的清洗，國際上先進(jìn)的做法是采用超濾系統(tǒng)（）與反滲透系統(tǒng)（）聯(lián)合的全封閉清洗，為零排放奠定基礎(chǔ)，而我們僅有少數(shù)采用了反滲透技術(shù)，離零排放差距甚遠(yuǎn)。要實現(xiàn)零排放，我國表面處理無論在技術(shù)上，還是在裝備上，均應(yīng)有新的探索和提高。在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的同時，我國的科技工作者應(yīng)堅持走消化吸收、自主開發(fā)的道路，致力于民族工業(yè)的發(fā)展。 2、全方位實施綜合利用 表面處理與化學(xué)工業(yè)有著不解之緣，化學(xué)工業(yè)從原材料提取、制造產(chǎn)品、投入使用到排放物收集，應(yīng)是一套完整系統(tǒng)。第一要實現(xiàn)這一系統(tǒng)的封閉循環(huán)，

42、第二要把這一系統(tǒng)延伸到三廢的綜合利用。 如何在全方位實現(xiàn)工業(yè)三廢的綜合利用，是包括表面處理學(xué)科在內(nèi)的廣大科技工作者的奮斗目標(biāo)。從理論上講，化學(xué)反應(yīng)在一定條件下是可以逆向進(jìn)行的，有化合，就有分解，更何況當(dāng)代科學(xué)已經(jīng)可以在實驗室里進(jìn)行分子和原子的重組，因此廢料的綜合利用一定能實現(xiàn)。不妨可以設(shè)想，所有提供化工產(chǎn)品的企業(yè)，同時應(yīng)承擔(dān)產(chǎn)品使用之后所產(chǎn)生廢物的回收利用，把產(chǎn)品開發(fā)和廢物回收利用的責(zé)任歸于一家，有利于集中學(xué)科優(yōu)勢，加快綜合利用實施步伐。我們有理由相信，在未來“三廢”這個詞可以從詞典中消除。 3、全力開發(fā)低毒低害直至無毒無害材料 工業(yè)化過程中產(chǎn)生有毒有害的排放物，我們可以通過封閉循環(huán)、實現(xiàn)零排

43、放、加強三廢綜合利用來防止有害物質(zhì)進(jìn)入自然環(huán)境，這是被動的無可奈何的事后措施。最好的辦法莫過于從一開始就開發(fā)無毒無害材料。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，隨著人們對一些物質(zhì)污染自然環(huán)境認(rèn)識的提高，人類已經(jīng)在開發(fā)無毒無害材料方面做出了巨大努力。如過去通行的殺蟲劑“敵敵畏”、“”已經(jīng)禁止使用，一些無害殺蟲劑特別是微生物制品陸續(xù)投入使用。又如汽車燃料過去采用汽車含鉛汽油，以利于發(fā)動機(jī)燃燒時的潤滑，當(dāng)人們認(rèn)識到有鉛汽油污染環(huán)境后，開發(fā)出了無鉛汽油和電噴發(fā)動機(jī)及三元催化裝置。再如在磷化鈍化工藝中，過去采用高鉻鈍化，對環(huán)境毒害很大，后來開發(fā)了低鉻鈍化，現(xiàn)在又向無鉻鈍化方向發(fā)展。電泳漆、面漆的水性化發(fā)展也說明了表面處

44、理在開發(fā)低毒低害材料方面所作出的貢獻(xiàn)。 但是，進(jìn)一步開發(fā)低毒低害、無毒無害材料仍然是包括表面處理學(xué)科在內(nèi)的科學(xué)領(lǐng)域主要課題，如在表面處理、涂裝中廣泛采用的磷化工藝應(yīng)認(rèn)真研究，氮、磷等富營養(yǎng)化物質(zhì)是造成海洋赤潮這一世界公害的主要原因，目前家用洗滌行業(yè)已注意開發(fā)無磷洗滌用品，汽車工業(yè)中使用的清洗劑也應(yīng)向無磷無氮方向發(fā)展。 4、應(yīng)著重研究低能耗技術(shù) 應(yīng)用于汽車工業(yè)的表面處理技術(shù)和裝備，是汽車工業(yè)能源消耗的大頭，而降低能耗是全球各工業(yè)領(lǐng)域的永恒主題。 汽車工業(yè)中表面處理技術(shù)在降低能耗方面的潛力是巨大的，如涂裝工藝中前處理各槽液溫度、電泳和面漆的烘干溫度哪怕其標(biāo)準(zhǔn)下降12，其累計的經(jīng)濟(jì)效益就十分可觀。而

45、作為汽車制造廠家，夢寐以求的是有一天實現(xiàn)所有的處理工藝在常溫下進(jìn)行，這在今天看來不是天方夜潭，隨著科學(xué)技術(shù)無止境發(fā)展，隨著一代代新材料研制開發(fā)和各種新工藝、新裝置的不斷應(yīng)用，我們相信這一天必定會到來。 5、進(jìn)一步提高自動化水平 汽車工業(yè)中的表面處理作業(yè)區(qū)，往往是勞動強度較大、對人體潛在危害較大的區(qū)域，因此，我們對進(jìn)一步提高表面處理工藝裝備的自動化水平寄予熱切希望。自動化水平應(yīng)體現(xiàn)在：自動配料加料、自動調(diào)整和控制工藝參數(shù)、自動檢測、自動顯示、自動報警、自動化運輸、自動故障排除、機(jī)器人操作等各個方面。 當(dāng)今日益成熟的計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息技術(shù)、先進(jìn)的機(jī)械電氣元件等為表面處理工藝裝備進(jìn)一步自動化創(chuàng)造了非常好的基礎(chǔ)，而且以上先進(jìn)技術(shù)又以日新月異的速度不斷發(fā)展，在汽車工業(yè)和表面處理的科技人員共同努力下，最終實現(xiàn)表面處理無人作業(yè)是可能的。 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的迅速發(fā)展，對各種特殊性能的材料及材料表面。除要求更高的防腐蝕和裝飾性能外。還提出了各種各樣的功能性要求。如耐磨性、潤滑性、耐高溫性、導(dǎo)電性、可焊性、磁性和光電性等。因此，材料科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了表面科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。 現(xiàn)在工業(yè)上應(yīng)用的各種表面處理技術(shù)，包括電鍍、化學(xué)鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、陽極氧化、電鑄、電泳和涂裝等濕法技術(shù)，并發(fā)展了物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積