搜索
1《表面处理工艺讲义》一、表面处理工艺在工业生产中的重要地位表面处理是对基体材料的表面进行装饰、防护以及获取某些新的性能的一种工艺方法，已被工业生产广泛应用。金属和非金属制件80%以上要进行表面处理，以获得新的表面性能。它广泛应用于机械、电子、精密仪器、交通运输、石油化工、无线电通讯、国防、宇航以及人们日常生活息息相关的轻工产品生产中。二、表面处理的作用：1．提高耐蚀性能提高耐蚀性能是电镀所起最基本最重要的作用。例如，在钢铁件上镀锌，能在一般大气条件下有效地保护基体金属免遭腐蚀。镀镉则常作为海洋环境下的保护层。当要求镀层薄而耐腐蚀能力强时，镀镉锡合金效果很好，尤其适用于紧固件。镀银镉合金能满足由铜合金制造的海洋仪器的耐腐蚀要求。镀锡不仅耐蚀性能好，而且其腐蚀产物对人体无害，因而广泛应用于与有机酸接触的黑色金属食品容器中。2．改善外观质量许多镀层不仅能防止零部件腐蚀，而且能使产品美观，具有装饰作用。这类镀层的使用量很大，而且常常是多层镀层。例如，用于自行车、小轿车、钟表等许多产品上的镀铜/镍/铬或镀铜/铜锡合金/铬等镀层可得到既耐蚀、耐磨，又光亮美观的防护装饰性作用。此外，某些贵重制品常采用镀金、银、铑等进行装饰，以提高外观质量。3．提高功能作用许多镀层能赋予制品以特殊性能，这些镀层的使用遍及各个领域。主要功能作用有：（1）耐磨性提高制品的抗磨损能力，工业上多采用镀硬铬，例如2发动机汽缸和活塞环、大型轴类、印花辊的辊面以及冲压模具的内腔的硬铬镀层。此外，某些有硬度要求的无线电元件的镀铑、镀硬金也属于耐磨性镀层。（2）导电性提高制品表面的导电性能。例如高压电器、无线电通讯、电子仪器等工业领域，常采用导电性能好的银、金、铜、镍等镀层。（3）减摩性提高滑动接触面的减摩性能，以减少滑动摩擦。例如镀锡，以及铅锡合金、锡钴合金、铟铅合金、铅锡锑三元合金等镀层在轴瓦和轴套上的应用等。（4）修复性通过镀铬、铁、铜等金属，以修复零件的磨损部位，或修补磨削过度的加工尺寸。例如发电机的转轴，汽车、拖拉机及船舶的曲轴、齿轮和花键，化纤和纺机的压辊等所进行的镀铬、镀铁和镀镍。（5）导磁性提高制品的导磁性能。例如镀镍铁、镍钴，在录音机、录像机、磁盘等存储装置上的应用等。（6）焊接性用于改善钎焊性能。最常用的是锡镀层。（7）反光性提高制品的反光能力。经抛光后的镀铬、银、金和高锡青铜等镀层，具有很高的反射率，大量用于反光镜和聚光灯生产中。（8）防扩散性在热处理加工中，为防止局部渗碳所进行的镀铜，以及为防止局部渗氮和碳氮共渗所进行的镀锡，即属于防护散性镀层。4．研制新型材料随着科学技术的进步，对金属材料提出了更高的要求，采用金属镀层共沉积的复合电镀，可以开发许多有用的、高质量的新型材料。例如，将金属及非金属的碳化物、氧化物、硼化物等硬度高且耐热性好的微粒，与铜、镍、铬、钴镀层共沉积，可得到耐磨性优良、抗拉性能高的材料；将硫化钼、石墨、硫酸钡等与铜、镍等镀层共沉积，可3得到润滑性良好的材料；在镀液中添加金属微粒或陶瓷所得到的镀层，再通过热处理，可生产出各种合金涂层材料，用于制造原子反应堆、金刚砂砂轮的复合材料等。三、镀层分类：1.按镀层作用分类（1）防护性镀层是指应于大气及其他环境下防止基体金属腐蚀的镀层。例如铁制品镀锌、镀镉或镉钛合金等。此外，对接触食品（易分解出有机酸）的铁皮镀锡等也都属防护性镀层。（2）防护—装饰性镀层是指应用于大气下，使基体金属既防腐蚀又美观的镀层。例如铁制品上镀铜/镍/铬、镀镍/铜/镍/铬、镀铜锡合金/铬等。这类镀层广泛应用于日用品及机电产品上。（3）修复性镀层是指应用于已经被磨损的零件（如轴承、轧辊等）局部或整体加厚修复的镀层。例如镀硬铬、镀铁或镀铜等。（4）特殊要求镀层是指应用于某些有特殊要求的制品表面上的镀层。2.按镀层与基体金属的电位分类（1）阳极性镀层是指在一定的条件下，镀层的电位低于基体金属电位的一种镀层。例如，大气条件下工作的铁制品表面镀锌、海洋条件下工作的铁制品表面镀镉、有机酸环境下工作的铁制品表面镀锡等。这类镀层覆盖在金属制品表面，既有隔离介质、起机械保护作用，又有电化学保护作用，因此多数情况下作为防护性镀层。这类镀层的特点是发生电化学腐蚀时，处于阳极的镀层不断被损耗而基体金属得以保护，从而起到电化学保护作用。（2）阴极性镀层是指在一定条件下，镀层的电位高于基体金属电4位的一种镀层。例如，在大气条件下铁制品表面镀铜、镍、铬以及金、银等。这类镀层覆盖在金属表面，只有隔离介质起机械保护作用。所以，它的防护作用差，镀层必须足够厚，以使镀层的孔隙率尽量减少，起到较好的防护作用。反之，则坐加速基体的腐蚀。同一镀层处在不同的介质条件下，由于电极电位有所不同，因此在相同的基体金属上的同一镀层，在一种介质中为阳极性镀，在另一介质中就可变为阴极性镀层。例如，铁制品的锌镀层一般为阳极性镀层，而处于70~80℃的热水中却是阴极性镀层；铁制品的镉镀层在海洋条件下为阳极性镀层，而处于大气条件下却为阴极性镀层。因此，镀层是阳极性镀层还是阴极性镀层，是由该镀层在所处介质条件下的电位与基体金属的电位之差决定的。四、金属镀前处理：在防腐—装饰性电镀的过程中，经常碰到脱皮、针孔、鼓泡、毛刺、发花等弊病，多数是由于镀前表面处理不佳引起的。为了使镀层具有整平、光亮、色泽均匀的外观以及镀层和基体牢固的结合，电镀以前必须选择并严格掌握镀前处理工艺，彻底清除油污、氧化皮和锈蚀，并尽可能提高镀件的质量。属表面上通常碰到的污物大致有：氧化物或性质相类似的金属化合物，如黑皮、铁锈等；油污或其他有机物质。金属制品必须完成下列步骤后才可进行电镀：1.清除表面的粗糙状态，达到一定的表面粗糙度要求。2.除去表面上的油污。53.除去表面上的氧化物。4.电镀前的活化处理—弱腐蚀。镀前处理的工艺选择和合理的操作步骤是获得良好镀层的重要步骤。由于金属材料不同，基体材料的表面状态不同，必须选择不同前处理工艺如果能做到这一点，那么电镀成品的合格率、镀层的质量将会明显地提高。金属制品镀前处理常用方法有：1．机械处理主要用于整体工件表面，可清除一些明显的缺陷（严重的划痕、毛刺）。方法有：磨光、抛光、滚光、喷砂等。2．化学处理用于清除工件表面的油污、锈、氧化皮等。方法包括：有机溶剂和碱性溶液的化学去油、化学强浸蚀和弱浸蚀。3．电化学处理用电化学的方法在化学浸蚀或除油液中进行镀前除油除锈处理。可用于弱浸蚀，也可用于强腐蚀。可用阴极除油也可用阳极除油，需根据处理金属材料的性质而定。五、化学镀镍是指借助合适的还原剂次（磷酸盐）使溶液中的镍金属离子被还原成金属状态，从而沉积在制件表面上的一种镀覆方法。化学镀镍实质上是一个在催化条件下发生的氧化还原反应的过程。同电镀镍比较，化学镀镍有如下的优点：（1）由金属、半导体和非导体等各种各样的材料制成的制件上镀覆金属；（2）不管制件的几何外形如何复杂，都能获得厚度均匀的镀层；（3）对于自动催化的化学镀镍来说，可以获得任意厚度的镀层；（4）致密，孔隙少；6（5）镀层具有较高的硬度。化学镀镍的缺点：（1）同电镀镍比较，所用溶液的稳定性较差，且溶液的维护、调整和再生等都比较麻烦；（2）成本高。化学镀镍镀层，实质上是镍磷合金，含磷量视所用溶液的PH值而定，大致在3~15%的范围内。化学还原而得的镍磷合金，其比重随含磷量的提高而其线性降低。当磷含量为8.3%时，镍磷合金的比重为7.9±0.4。化学镀镍层的电阻率大约为600微欧·厘米。当含磷超过8%时，镀层无磁性；但经热处理后导磁率将会增大，其数值依热处理的温度和时间而定。同电解镍比较，化学镀镍层具有较高的硬度。在常温下，化学镀镍层的硬度大约为HV500；但在热态下，镀层硬度是低的。用热处理的方法可以进一步使化学镀镍层的硬度提高到同镀铬层的硬度相当。镀层经过在400℃的温度下热处理1小时后，硬度的最高值可达到HV=900；继续提高热处理温度，如提高到600℃，硬度反而降低到HV=700。化学镀镍层在表面温度不太高和有润滑的条件下，有着良好的耐磨性。在400℃的温度下经热处理过的镍层，其耐磨性更会提高。化学镀镍层的脆性较大。在钢上的镍层仅能经受2.2%的塑性变形不出现裂纹.在620℃的温度下退火后,塑性变形的能力可以提高到6%;当热处理温度高达840℃时,镍层的塑性将有更进一步的改善。化学镀镍层同铁、低碳钢、铜及其合金、镍和钴有较好的结合力。在铁上镀覆厚度10~12微米的镍层，经正反弯曲180℃后，未出现有任何脱7落现象。镀层同高碳钢和不锈钢的结合力要比同铁和铜的结合力差；同非金属材料的结合力也是较低的。未经热处理的化学镀镍层无定形的，经热处理后，镀层成为由镍基体和Ni3P组成的细致晶体结构。化学镀镍层十分致密，孔隙率远少于电解镍的孔隙率。用铁氰化钾法测定孔隙率的试验表明，8~10微米厚度的化学镀镍层的孔隙率，可同20微米厚的电解镍相当。同化学镀镍层的化学组成、金属结构和致密性有关，它的化学稳定性在大多数介质中都较电解镍要高。盐雾试验和大气曝晒的试验表明，用化学镀镍层来保护钢制件比用电解镀镍层优越。六、表面处理镀层性能测试方法在评论表面处理镀层质量时，必须根据其用途和使用要求来选择表面处理镀层性能的测试方法。1、镀层外观检验外观检验是最基本、最常用的检验方法。一般来说、外观不合格的镀件就无需进行其它项目测试。镀层外观不允许有针孔、麻点、起皮、起瘤、起泡、脱落、阴阳面、斑点、烧焦、暗影、树枝状和海棉状沉积层以及应当镀覆而没有镀覆的部位。光亮镀层要有足够的光亮程度、美观和色泽符合要求。应当指出，一部分不影响镀层使用性能的疵病应区别对待，不能一概而论。比如说：轻度的小划痕；次要部位上有轻度的挂具接触印；非工作面或次要表面挂具轻微挂伤等应视其轻重程度合理地确定是否允许。82、结合力试验镀层结合力是指把单位表面积的镀层从基体金属或中间金属镀层分离开所需要的力。通常采用以下评定镀层结合力的方法：2．1弯曲试验将试样沿一直径等于试样厚度四倍的轴（最小0.4英寸），弯曲180度,镀层不应起皮,脱落。2．2锉刀试验2．3划痕试验在被试表面上，用小刀纵横交错划百格，要划到基体金属，划痕交叉处没有镀层脱落和剥离现象。2．4热震试验将有镀层的工件在炉中加热0.5-1小时,然后在室温的水中冷却,镀层不得突起或脱落.3、镀层厚度测量镀层的厚度是衡量镀层质量的重要指标。它在很大程度上影响着产品的使用寿命和可靠性。镀层厚度测量是镀层物理性能测试中的一个重要项目。镀层厚度的测量方法，分为化学法和物理法，目前使用最多的是仪器测量法。94、镀层钎焊性试验镀层表面被熔融焊料润湿的能力称钎焊性能。不同的镀层被同一种熔融焊料润湿的能力（即：钎焊性能）是不一样的；同一种镀层，如果镀层厚度不同、镀层中含有的杂质不同、镀层表面清洁程度不同、镀层的结晶组织有差异都可能影响到镀层的钎焊性能。5、镀层耐蚀性试验中性盐水喷雾试验是目前应用最广泛的一种人工加速腐蚀试验，它适用于防护性镀层和装饰性镀层的质量鉴定。一般说来、试验条件是：5%的氯化钠水溶液；35±2ºC；相对湿度大于98%；盐水溶液的PH在6.5-7.2之间；喷嘴压力0.8-1.4公斤/厘米2；喷雾量控制在1-2毫升/小时/80厘米2。各种电镀层和各类环境条件下使用的产品零件，其盐雾试验的时间周期、评级方法和合格标准应由双方依据有关产品技术条件与盐雾试验标准资料协商确定。6、镀层孔隙率的测定7、镀层显微硬度的测定8、镀层的内应力测定9、镀层脆性测定10、镀层耐磨性试验10七、問題與討論新昌电镀厂2005.01.15.