表面鍍層的綠色技術(shù)-真空離子鍍

表面鍍層的綠色技術(shù)一一真空離子鍍摘要真空離子鍍是指基體在真空環(huán)境中獲得鍍層的表面處理技術(shù)，由于主要生產(chǎn)工序不涉及水，故能避開電鍍企業(yè)末端處理電鍍廢水的難題，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。關(guān)鍵詞表面處理電鍍廢水真空離子鍍表面處理行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)工藝性行業(yè)，主要是在金屬和非電導(dǎo)體（塑料、陶瓷、玻璃、木材、紙、尼龍等）的表面上，采用某種加工方法，使之獲得一層金屬膜，也叫金屬鍍層。金屬鍍層的主要用途有以下幾方面：提高金屬制品或零件的抗腐蝕能力，例如鋼鐵制品或零件表面的鍍鋅、鍍鎘等；提高金屬制品防護(hù)一裝飾性能，例如表殼、表鏈鍍氮化鈦和金；提高制品的耐磨性能，例如發(fā)動機(jī)汽缸、活塞環(huán)和沖壓模具內(nèi)腔等鍍硬銘；提高制品的減摩性能，例如軸瓦、軸套等鍍鉛錫合金；增強(qiáng)零件的導(dǎo)電性能，例如銅及其合金零件鍍銀、鍍金等；增強(qiáng)零件的導(dǎo)磁性能，例如鍍鎳一鉆、鎳一鐵等，以及其他用途。基件表面處理根據(jù)其是否在水溶液中進(jìn)行［1］，分為2類：一類就是傳統(tǒng)電鍍（下稱電鍍），因?yàn)橥ǔＴ谒芤褐羞M(jìn)行也稱水電鍍，故也叫濕法鍍；另一類是物理方法，如在真空中進(jìn)行的真空鍍，由于主要工序不涉及水，故又稱干法鍍。目前，傳統(tǒng)電鍍應(yīng)用較廣，真空鍍還不普及，但真空鍍由于其工藝過程不產(chǎn)生電鍍廢水，能實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，顯現(xiàn)出較優(yōu)越的前景。1電鍍廢水制約著電鍍業(yè)的可持續(xù)發(fā)展電鍍生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生電鍍廢水［2］，產(chǎn)生途徑包括：工藝廢水、廢電鍍液、廢工藝溶液、退鍍液、排風(fēng)洗滌液、電鍍車間的“跑、冒、滴、漏”等。其主要是來自清洗工序中的排放水，一般清洗廢水都含有工件帶入的電鍍液，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國的電鍍廠、點(diǎn)約有一萬家，每年排放的40億立方米廢水中約有50%未達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。排出的重金屬廢水約4億立方米，此外，還有5萬噸廢渣，3000萬立方米酸霧。在國家《污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》嚴(yán)格控制的第一類污染物（共13種）中，電鍍廢水中就占6種，分別是Cr6+、Pb2+、Cr3+、Ag+、Ni2+、Cd2+，其他還有Cu2+、Zn2+、CN-、Fe2+等污染物。大多數(shù)電鍍企業(yè)通過末端處理來控制污染，這種單純依靠末端治理設(shè)施，只是使廢物在不同介質(zhì)間轉(zhuǎn)移。廢氣用水洗成為廢水，廢水經(jīng)化學(xué)沉淀變成有害的污泥或廢渣等，造成新的污染，形成惡性循環(huán)。電鍍廢水是電鍍業(yè)發(fā)展的瓶頸，制約著電鍍業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。2真空鍍的種類及其工藝真空鍍(PVD)大致分為真空蒸鍍、真空濺射鍍及真空離子鍍3種工藝方法。真空離子鍍(VacionPlating)技術(shù)是1963年，由美國的DMMattox研制成功的［3］。當(dāng)時(shí)主要用于人造衛(wèi)星需要耐磨的零部件。此后，德國、瑞士、日本等國也迅速發(fā)展起來。隨著世界范圍內(nèi)能源的短缺和能量費(fèi)用的日益提高，作為無公害的真空鍍膜技術(shù)也在我國迅速發(fā)展起來。真空離子鍍主要包括多弧和磁控濺射離子鍍2種工藝，或結(jié)合兩者的復(fù)合鍍膜工藝。多弧離子鍍是在13x10-10?10-6Pa的真空度環(huán)境下，引燃蒸發(fā)源(陰極)與陽極之間形成自持弧光放電，即從陰極弧光輝點(diǎn)放出陰極物質(zhì)的離子。由于電流局部集中，產(chǎn)生的焦耳熱使陰極材料局部爆發(fā)性地等離子化，在工作偏壓的作用下與反應(yīng)氣體化合，而沉積在工件表面上形成被鍍的膜。浙江玉環(huán)金源比特科技開發(fā)研制的離子鍍銘設(shè)備就是采用多弧離子鍍技術(shù)。磁控濺射離子鍍是把被鍍工件和靶材(如鈦金屬靶、金靶)放置在真空室內(nèi)作為2個(gè)不同的極。一般在13x10-10?10-6Pa的真空度下，充入氬氣。由于氣體離子轟擊而使部分靶材被電離成離子，形成等離子區(qū)，在電場的作用下，離子被吸附到被鍍工件上形成薄膜。德國LEYBOLD公司的離子鍍金設(shè)備采用的就是磁控濺射離子鍍技術(shù)。多弧一磁控濺射離子鍍多功能真空離子鍍。航天部511所天星公司研制的多弧一磁控濺射離子鍍多功能鍍膜設(shè)備［4］，就是采用多層復(fù)合真空離子鍍膜技術(shù)，是在真空鍍膜室內(nèi)安裝數(shù)個(gè)多弧蒸發(fā)源(電源弧)，靶材為鈦或鋯，中間裝有圓柱形磁控濺射靶，靶材為金。其鍍鈦及摻金的原理如下：首先按照一定的工藝參數(shù)在鍍件上沉積TiN(或ZrN)鍍層，再開啟磁控濺射靶涂鍍(TiAu)N涂層，從而得到TiN+(TiAu)N的復(fù)合膜，最后關(guān)閉多弧源的供電電源，使多弧蒸發(fā)源停止工作，只用磁控濺射法在工件表面的最外一層沉積Au，則可得到TiN+(TiAu)N+Au的多層復(fù)合膜。真空離子鍍技術(shù)發(fā)展十分迅速，真空離子鍍方法也多種多樣，真空離子鍍設(shè)備也在不斷創(chuàng)新。真空離子鍍膜種類有單層薄膜和多層復(fù)合膜，如：鈦、金、銀、鋯、鋁、銘、鎳、硅、氮化鈦、氮化鋯、氮化銘、黑銘、碳化鈦、氧化鋁、氧化硅等彩色氧化物、金銀合金、金鎳合金、金銦合金、金鉑合金等金屬膜，金屬化合物膜，復(fù)合材料膜。能滿足鐘表業(yè)、空間機(jī)械、金屬加工、醫(yī)療儀器及首飾、五金、制筆、眼鏡、汽配、閥門等行業(yè)的工件表面處理，應(yīng)用范圍越來越廣。3比較真空鍍銘和電鍍銘的工藝流程(以鍍鎳一銘為例)電鍍銘工藝流程：待鍍產(chǎn)品的前處理(除蠟、除油)-電介除油-清洗-噴淋-活化-清洗一純水噴淋-酸銅-回收-清洗-噴淋-光亮鎳-回收-清洗-鍍銘活化-裝飾銘-回收-清洗-下掛-檢驗(yàn)真空鍍鉻工藝流程：待鍍產(chǎn)品的前處理(除蠟、除油)-烘干-真空鍍鎳-真空鍍銘-下掛-檢驗(yàn)從工藝流程可看出：真空鍍銘和電鍍銘的產(chǎn)品都要經(jīng)過除蠟、除油等前處理，而電鍍銘比真空鍍銘多出5個(gè)清洗環(huán)節(jié)、3個(gè)噴淋環(huán)節(jié)、1個(gè)活化環(huán)節(jié)和1個(gè)酸銅環(huán)節(jié)，大大地增加電鍍污水，耗費(fèi)化學(xué)原材料。真空鍍銘由于在真空中進(jìn)行，所以主要工序脫離了水環(huán)境，最大限度地利用原料，減少廢物的生成，減少環(huán)境的污染，開發(fā)了綠色工藝流程。綜上所述，真空鍍具有公害小、使用范圍廣、成本底、效率高等傳統(tǒng)電鍍無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，隨著全球環(huán)保意識的增強(qiáng)，隨著清潔生產(chǎn)理念的深入，隨著真空鍍技術(shù)的不斷完善，真空鍍?nèi)〈鷤?/p>