表面处理工艺概述

表面处理工艺概述培训讲师：贾建东目录•1、表面处理的目的•2、表面处理分类•3、常见金属的表面处理方法•4、表面处理的工艺流程•5、不同表面处理方法对零件尺寸的影响•6、不同表面处理对外观的影响•7、常见的表面处理缺陷1、表面处理的目的•提高零件的抗腐蚀性能•改善零件外观•修补零件尺寸如模具和滚轴的修理，常用电镀或者电铸的方法•增加产品性能提高零件的表面硬度，增加耐磨性（铝氧化、镀硬铬等）提高零件的焊接性能（镀镍、镀锡）提高零件的润滑性（镀锡铅、铁氟龙喷涂、光油喷涂）……….不同表面处理方法的抗腐蚀效果•避免材料与氧气的接触•抗腐蚀层的微观致密程度•抗腐蚀层的厚度•抗腐蚀层的材料选择•电镀/电铸•阳极氧化/电泳•化学保护膜2、表面处理的分类•表面机械强化•表面转换膜•表面喷涂表面机械强化•工业中常采用机械处理方法来清理、强化及光整金属表面，如喷丸/砂处理、滚压加工、内孔挤压、拉丝、磨光和抛光等，其中喷丸/砂处理、拉丝、磨光和抛光处理在生产中应用很广泛。喷砂处理•喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到被需处理工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获的一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。•喷丸种类石英砂/玻璃砂、金刚砂、铁砂、海砂、铜矿砂/铜砂表面喷涂•喷油（溶剂型涂料）•喷粉（粉末涂料）•喷涂技术空气喷涂高压无气喷涂静电喷涂加热喷涂表面转换膜•氧化处理•磷化处理•电镀•化学镀•电铸、电泳与电抛光表面转换膜——氧化处理•化学氧化处理钢铁件的化学氧化处理铝及铝合金的化学氧化处理镁合金的化学氧化处理•电化学氧化处理铝及铝合金的阳极氧化钛的阳极氧化钢铁件的化学氧化处理•钢铁的化学氧化处理是将钢铁件在化学药物中加热到适当温度，使其表面形成一层致密蓝色(或黑色)的氧化膜，与外界的氧气隔绝，以改善钢的耐蚀性和外观，这种工艺又叫发蓝/黑处理。氧化膜是一层致密而牢固的Fe3O4薄膜，只有0.5~1.5微米厚，对钢件的尺寸精度无影响。氧化处理后的钢件还要进行肥皂液浸渍处理和浸油处理，以提高氧化膜的防腐蚀能力和润滑性能。•不同材料成份的钢铁件，氧化时使用的化学药水配方不同。•氧化处理过程中溶液中的氧化剂含量越高，生成氧化膜速度也越快，而且膜层致密、牢固。溶液中碱的浓度适当增大，获得氧化膜的厚度增大，碱含量过低，氧化膜薄而脆弱。溶液的温度适当升高，可以提高氧化致密度。•工件含碳量越高，越容易氧化，氧化时间越短。氧化处理时间主要根据钢件的含碳量和工件氧化要求来调整。•氧化处理工艺不影响零件的精度，常用于仪器、仪表、工具、枪械及某些机械零件的表面，使其达到耐磨、耐蚀以及防护与装饰的目的。铝及铝合金的化学氧化处理•铝及其铝合金在自然条件下很容易生成致密的氧化膜，可以防止空气中水分和有害气体的氧化和侵蚀，但是在碱性和酸性溶液中易被腐蚀。为了在铝和铝合金表面获得更好的保护氧化膜，应该进行氧化处理。常用的处理方法有化学氧化法与电化学氧化法。•化学氧化法是把铝或铝合金零件放人化学溶液中进行氧化处理而获得牢固的氧化膜，其厚度为0.3～1微米。此方法适用于纯铝、铝镁、铝锰合金。化学氧化法主要用于提高铝和铝合金的耐蚀性和耐磨性，并且此工艺方法操作简单，成本低，适于大批量生产。•按处理溶液的性质可分碱性和酸性溶液氧化处理。•例如，碱性氧化液为Na2CO3(50g/L)、Na2CrO4(15g/L)、NaOH(25g/L)，处理温度：80～100°C，处理时间：10～20min。经氧化处理后的铝表面呈现厚度为0.5～1微米的金黄色氧化膜。铝及铝合金的阳极氧化•电化学氧化法是在电解液中使铝和铝合金表面形成氧化膜的方法，又称阳极氧化法，将以铝或铝合金为阳极的工件置于电解液中，通电后阳极上产生氧气，使铝或铝合金发生化学或电化学溶解，结果在阳极表面形成一层氧化膜。阳极氧化膜不仅具有良好的力学性能与抗蚀性能，而且还具有较强的吸附性，采用不同的着色方法后，还可获得各种不同颜色的装饰外观。•由于阳极氧化膜的多孔结构和强吸附性能，表面易被污染，特别是腐蚀介质进人孔内易引起腐蚀。因此阳极氧化膜形成后，必须进行封闭处理，封闭氧化膜的孔隙，提高抗蚀、绝缘和耐磨等性能，减弱对杂质或油污的吸附。常用的封闭方法有热水、热水溶液封闭法和石蜡、油类、树脂封闭法等。阳极氧化膜的结构（10000倍俯视图）阳极氧化膜的结构（20000倍俯视图）阳极氧化膜的结构（10000倍截面图）阳极氧化膜的结构（15000倍截面图）表面转换膜——磷化处理•把钢铁件浸入磷酸盐为主的溶液中使其表面沉积，形成不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程称为磷化处理。常用的磷化处理溶液为磷酸锰铁盐和磷酸锌溶液，磷化处理后的磷化膜厚度一般为1～5微米，其抗腐蚀能力是发蓝处理的2～10倍。•磷化膜与基体结合力较强，有较好的防蚀能力和较高的绝缘性能，在大气、油类、苯及甲苯等介质中均有很好的抗蚀能力，对油、蜡、颜料及漆等具有极佳的吸收力，适合做油漆底层。但磷化膜本身的强度、硬度较低，有一定的脆性，当钢材变形较大时易出现细小裂纹，不耐冲击，在酸、碱、海水及水蒸气中耐蚀性较差。在磷化处理后进行表面浸漆、浸油处理，抗蚀能力可较大提高。•磷化处理所需设备简单，操作方便，成本低，生产效率高。在一般机械设备中可作为钢铁材料零件的防护层，也可作为各种武器的润滑层和防护层。表面转换膜——电镀•电镀是将被镀金属制品作为阴极，外加直流电，使金属盐溶液的阳离子在工件表面沉积形成电镀层。电镀实质上是一种电解过程，其阴极上析出物质的重量与电流强度、时间成正比。欲进行电镀必要的三个条件是：电源、镀槽(电镀液)及电极。•电镀可以为材料或零件覆盖一层比较均匀致密、具有良好结合力的镀层，以改变其表面特性和外观，达到材料保护或装饰的目的。电镀除了可使产品美观、耐用外，还可获得特殊的功能，可提高金属制品的耐蚀性、耐磨性、耐热性、反光性、导电性、润滑性、表面硬度以及修复磨损零件尺寸及表面缺陷等，如在半导体器件上镀金，可以获得很低的接触电阻；在电子元件上镀锡可以获得很好的焊接性能；在活塞环及轴上镀铬可以获得很高的耐磨性；防止局部渗碳的镀铜、防止局部渗氮的镀锡等。•目前，广泛应用的电镀工艺有镀铜、镀镍、镀铬、镀锌、镀银、镀金等。表面转换膜——化学镀•化学镀亦称无电解镀。其原理是:在水溶液中金属离子通过化学反应（氧化还原）变成金属，沉积在工件表面形成镀层。•化学镀获得镀层是通过化学反应直接在溶液中产生的，因此它不受工件表面形状的影响，避免电镀工艺中遇到的高低电流区域的影响，因此它在工件表面的镀层厚度均匀一致，尤其适合机械零件的处理。•化学镀的镀层因为是通过化学反应所产生，因此镀层中沉积的杂质较多，且化学镀层比电镀层疏松，抗腐蚀性能低于电镀的方法。•目前化学镀镍、镀铜、镀银、镀金、镀钴、镀钯、镀铂、镀锡等已在工业生产中应用，尤其在电子工业中应用更为广泛。表面转换膜——电铸、电泳与电抛光•电铸——厚镀层的电镀工艺•电泳与电抛光——阳极氧化的分支•在电解反应的过程中，决定电流分布的因素出现了改变，电镀过程中是工件的形状占绝对优势，电铸、电抛光和阳极氧化是溶液的流动性占绝对优势，因此后者的尺寸变化相对较少。3、常见金属的表面处理方法•铝及铝合金表面处理方法表面喷砂/拉丝、化学氧化、阳极氧化（普通、铬酸、硬质、微弧、陶瓷）、化学镍、电镀•镁及镁合金表面处理方法化学氧化、阳极氧化、化学镍、电镀•铜及铜合金表面处理方法化学保护膜、化学氧化（钝化、黑化）、化学镍、电镀•不锈钢表面处理方法发黑/蓝、电抛光、化学抛光、表面喷砂/拉丝、机械抛光、化学镍、电镀•碳钢及铁合金表面处理方法发黑/发蓝、磷化、化学镍、电镀•钛及钛合金表面处理方法阳极氧化、化学镍、电镀•锌及锌合金表面处理方法化学镍、电镀4、表面处理的工艺流程•机械方法前处理喷砂、拉丝、抛光、磨平、去毛刺、除氢•化学方法前处理除油、除腊、除胶、除氧化膜、活化、化学抛光•表面转换膜生成•化学方法后处理钝化、封闭、中和、涂/浸油•机械方法后处理抛光、除氢5、不同表面处理方法对零件尺寸的影响•无影响的表面处理方法：发蓝/黑、化学氧化•磷化（增加尺寸1-5微米）•阳极氧化（增加尺寸视氧化膜厚度而定）•化学镀（增加尺寸视镀层厚度而定）•电镀（增加尺寸视镀层厚度和电镀种类而定）•电抛光（0.02-0.06mm的减少）6、不同表面处理对外观的影响•发黑/蓝------表面呈灰黑色或蓝色•铜钝化/酸洗--------铜件本色（较亮）•铝及铝合金化学氧化-------本色•不锈钢抛光-------材料本色（较亮）•电镀锌、电镀铬-------根据客户需要、蓝白色•电镀镍、电镀铜镍-------灰/银色•化学镀镍-------灰/银色•阳极氧化（普通、硬质）--------本色或灰色7、常见的表面处理缺陷•起皮、分层•粗糙、烧边•水绩•色差、色泽不均•生锈、锈斑•麻点、过腐蚀•尺寸不符•划伤、碰伤完谢谢！