表面处理工艺.docx
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表面处理工艺
表面处理工艺
1.1金属镀覆
1.1.1金属镀覆工艺范围
为达到一定的防护性、装饰性、功能性要求，通常会对不同材料进行多种表面处理镀层设计，在工业上获得金属镀层较多应用的金属镀覆表面处理工艺如表7-1所示：
表7-1金属镀覆工艺汇总
镀覆方法
主要适用范围
电镀法（electroplating）
传统五金、电子产品外表面防护和装饰
热浸法（hotdipplating）
户外工程、建筑防护
塑料电镀（plasticplating）
塑胶终端产品外观和功能提供
渗透镀（diffusionplating）
精密电子器件
真空蒸发镀（vacuumplating）
灯罩、防光镜等
复合电镀（compositeplating
提供高耐磨镀层，如气缸内壁
穿孔电镀（through-holeplating）
PCB板电镀
电铸（electroforming）
标牌、铭牌、工艺品
化学镀法（electrolessplating）
提供耐蚀并导电的镀层
熔射喷镀法（sprayplating）
户外工程机械
浸渍电镀（immersionplating）
提供特定的化学置换层
阴极溅镀（cathodespattering）
提供电磁屏蔽等功能或外观装饰层
合金电镀（alloyplating）
提供更高性能或替代单金属镀层
局部电镀（selectiveplating）
同一零件满足两种外观或性能要求
笔电镀（penplating）
零件修复
在通讯行业，大量采用钣金件和其它金属机加工件，主要的功能要求是耐腐蚀性和少量的装饰性，获得这些功能的最常用和最廉价的方式是传统电镀法。
1.1.2电镀基础介绍
1.1.2.1金属的标准电极电位
电极电位是表示某种离子或原子获得电子而还原的趋势。
如将某一金属放入它的溶液中（规定溶液中金属离子的浓度为lM），在25℃时，金属电极与标准氢电极（电极电位指定为零）之间的电位差，叫做该金属的标准电极电位。
金属活动性顺序表（钾钙钠镁铝锌铁锡铅（氢）铜汞银铂金）自左向右活性由强变弱，标准电极电位由负变正。
电极电位越负，金属越活泼，自然界没有金属态存在，如钠、钾、铝；电极电位越正，金属越稳定，自然界有金属态存在，如铜、银、金。
表7-2部分材料标准电极电位E°（25℃）
金属电对
E°
金属电对
E°
Li+/Li
—
Pb2+/Pb
—
Mg2+/Mg
—
H+/H2
0
Al3+/Al
—
Cu2+/Cu
+
Ti+/Ti
—
O2/OH-
+
Zn2+/Zn
—
Ag+/Ag
+
Cr3+/Cr
—
Au3+/Au
+
Fe2+/Fe
—
Au+/Au
+
Cd2+/Cd
—
Co2+/Co
—
Sn4+/Sn2+
+
Ni2+/Ni
—
Cu2+/Cu+
+
Sn2+/Sn
—
Fe3+/Fe2+
+
1.1.2.2阳极性镀层
在一定的介质中，镀层金属的电极电位比基体金属的电极电位负时，此镀层为阳极性镀层（如钢上镀锌）。
此类镀层完整性破坏后，仍可依靠电化学作用保护基体。
1.1.2.3阴极性镀层
在一定的介质中，镀层金属的电极电位比基体金属的电极电位正时，此镀层为阴极性镀层（如钢上镀铜）。
阴极性镀层只能依靠自身的致密膜层保护基体金属，当镀层完整性较差或破坏之后，将加速基体金属的腐蚀。
1.1.3金属镀覆设计注意事项
1.1.3.1环境条件分类
良好条件：
不暴露在大气中，相对湿度不大于70%，密封条件下，不受腐蚀介质作用。
一般条件：
非露天，一般大气条件，相对湿度不大于95%。
恶劣条件：
户外、露天，受各种腐蚀介质作用，相对湿度会大于95%。
特殊条件：
高温、低温、耐磨、特殊介质环境。
1.1.3.2接触偶
两种材料的电位差大小决定了接触偶的大小（见表7-3）。
电位差越大，腐蚀越快。
一般条件下，标准电极电位差不超过伏时，可以安全使用。
1.1.3.3表7-3常用材料和镀覆层相互接触时的接触腐蚀等级
接触材料
铜及铜合金
0
铜镀镍
0
0
铜镀锡
1
0~1
0
铜镀银
0
0~1
1
0
铜镀锌，钝化
2
2
1~2
2
0
不锈钢
0~1
0
0~1
0
2
0
钢镀铬①
1
0~1
1
0~1
2
0
0
钢镀镍②
0~1
0
0~1
0~1
1~2
0
0
0
锡（焊料）
1
1
0
0~1
1
1
1
0~1
0
钢③和铸铁
1
1~2
2
2
2
1
1~2
1~2
1~2
0
钢镀锌，钝化
2
2
2
2
0
2
2
1~2
0~1
2
0
铝
2
1~2
0~1
2
0~1
2
2
1~2
0~1
2
0~1
0
铝，氧化
2
1
0~1
2
0~1
1
1
1
0
2
0~1
0
0
炭制品
--
--
1
--
--
--
--
--
--
--
2
--
--
0
油漆覆盖层
0
0
0
0
--
0
0
0
--
--
--
0
0
--
0
铜及铜合金
铜镀镍
铜镀锡
铜镀银
铜镀锌，钝化
不锈钢
钢镀铬①
钢镀镍②
锡（焊料）
钢③和铸铁
钢镀锌，钝化
铝
铝，氧化
炭制品
油漆覆盖层
注：
①钢镀铬为铜、镍、铬复合镀层②钢镀镍为铜、镍复合镀层③钢指碳素钢和低合金钢
接触偶等级：
0级——不引起接触腐蚀可安全使用；
1级——引起接触腐蚀，但影响不严重，在多数场合下可以使用，热带海洋环境例外。
（需进行涂装）；
2级——引起严重的接触腐蚀，除在有空调的干燥室内或密封良好的条件下，一般不宜采用。
（必须用绝缘垫片隔离）。
接触偶设计过程中，应尽量避免大阴极小阳极现象出现。
1.1.3.4镀覆层设计原则
镀覆层设计时须考虑以下各项因素：
1）零件的材料、结构、形状、配合公差，如M3的螺纹镀层厚度超过6微米，就会影响形状和旋合；
2）零件储存和使用环境条件特征；
3）金属镀覆层的特性和分类、应用范围、厚度系列与选择原则；
4）金属材料接触偶级别；
5）镀覆的目的和各种性能要求；
6）镀覆层的表示方法。
1.1.3.5几个特定的注意事项
1）电化学特征，结构设计中尽量避免两端盲孔等溶液无法进入或流动的区域和结构，当孔较小、较深时，要增加工艺横孔，以提高溶液流动性和改善电场分布，提高镀层均匀性和可镀性；
2）由于前处理和电镀溶液很容易在组合件缝隙中残留，带有螺纹连接、压合、搭接、铆接、点焊、单面焊等组件，因存在缝隙，原则上不可以进行镀覆。
3）焊接整体机柜电镀难度很大，良率较低，机柜外部和内部镀层厚度差别较大，设计中应尽量避免整机电镀；
4）黑色金属电镀后会不同程度的产生氢脆抗疲劳性能下降，需要受力的高强度钢和薄壁零件，要注意氢脆、疲劳和应力集中等；
5）镀层组合不可随意设计，必须经过试验验证性能满足各项要求的镀层组合才可以采用；
6）应注意镀覆层的使用温度范围，超过允许的使用范围时，不仅会导致性能无法达到，甚至可能引起基体金属的开裂和脆断。
7）电镀铬的深度能力很差，形状复杂的工件，仅装饰性的外表面可以保证镀层完整，凹槽和孔内很难镀到。
8）在密闭情况下，应考虑有机挥发气氛对锌镉镀层的腐蚀作用。
1.1.4几种常用零件电、化学处理推荐
表7-4几种常用零件电、化学处理推荐
序号
零件特征或材料
推荐处理方式
1
冷轧钢板门板、立柱、横梁、托架、走线架
镀锌彩色钝化
2
铝合金插箱、挡板、盖板
导电氧化银白色
3
压铸铝屏蔽盒
导电氧化黄绿色
4
插销、铰链
装饰铬
5
门锁拉手、扳手
装饰铬、珍珠铬
6
导电板、焊接铜排
镀锡、镀镍
7
铝合金散热片
阳极氧化
8
钢紧固件
电镀彩锌、电镀黑锌、达克罗
9
铜紧固件
镀亮镍
10
户外工程安装附件
热镀锌、防腐涂料
1.2表面喷涂
1.2.1喷涂基础介绍
1.2.1.1喷漆原理
采用专用的喷漆枪，利用压缩空气喷出的气流，与连接贮漆罐的管内形成气压差，从而把漆液从贮漆罐里吸上来，被压缩空气的气流带到喷嘴，吹成细雾均匀的喷涂于被涂表面。
通过不同的喷嘴和调整喷嘴位置，可以调成圆形、扇形、水平、垂直等不同形状的漆流。
对于大而简单的表面，一般采用扁平漆流；小而复杂的表面，则通常采用圆形漆流。
1.2.1.2喷粉原理
采用专用的静电喷枪，涂料借压缩空气气体送入喷枪后，在静电喷枪的电晕放电电极附近带上了负电荷，因而产生了静电力和偶极力。
然后在输送气压力的推动下，涂料微粒飞离喷枪后，沿着电力线方向飞向带正电性的工件，并按工件表面电力线的分布密度排列，从而涂料就牢牢地涂敷（吸附）在工件表面。
粉末涂料的静电喷涂称为喷粉或喷塑。
一般膜层较厚，只需几秒种就得到50～100μm的涂层厚度。
涂敷后的工件送到烘箱内烘烤，粉末经过受热熔融、流平、交联，固化成膜。
根据粉末涂料中流平剂的多少可分别得到平光、桔纹、砂纹效果的涂层。
表7-5喷漆和喷粉层技术指标和其它对比
对比项目
喷漆
喷粉
固化温度
160±5℃
180±5℃
涂膜固化后厚度
30～60μm
60～90μm
固化时间
20～30min
20～30min
漆膜硬度（铅笔）
3H
2H
耐冲击性
50Kg/cm2
50Kg/cm2
耐腐蚀性（NSS测试）
240h
500h
耐溶剂性
较好
好
可选效果
平光、撒点
平光、桔纹、砂纹
参考加工价格
23元/m2
28元/m2
1.2.2表面效果选择原则
为保证较高的外观合格率，在涂覆设计时应优先考虑采用美术效果。
喷漆选用撒点，喷粉选用桔纹、砂纹（注意：
喷漆没有桔纹、砂纹，喷粉没有撒点），平均合格率可达到90%以上，不论喷漆或者喷粉，原则上应该避免采用平光效果，尤其是高质量平光等级的设计（如电镀亮银漆），这些涂层平均合格率一般仅为50—70%左右。
1.2.3喷粉、喷漆设计注意事项
根据零件的使用功能和使用环境气候条件特征，设计不同部位适当的外观要求等级。
尽量减少除正视外观装饰面以外部分采用要求较高的外观等级。
1）角锐边必须倒钝、倒圆。
倒角的圆弧半径在可能条件下应愈大愈好，以便降低粉末在固化时的边缘效应。
金属加工在折弯处棱角应圆滑无龟裂。
2）由于静电作用引起密孔透漆，一般密孔部位单面喷涂时，密孔背面应允许少量溢漆（飞漆）。
要尽量减少单面喷涂、密孔背面不允许有漆层的结构设计。
对于单面喷涂背面不允许有漆层（需要导电）的钣金件，不要设计φ2及以下的小孔，否则孔易堵塞。
3）局部喷漆和喷粉的工件，不喷漆的表面需要进行保护，为降低局部保护难度，在设计喷涂范围时须注意一些原则：
钣金件断面没有导电接触要求时，应将断面（所有切边和孔）包含在喷涂加工范围内。
如图7-1所示，喷漆方式一，要求喷涂时保护钣金端面Ａ、C，在贴保护胶带时，薄壁端面不易贴牢，喷涂时容易脱落，如果改为喷漆方式二，则喷涂操作简单。
图7-1喷漆保护示意图
4）圆弧面为边界的喷涂区应将喷涂区域向平面区域延伸2mm，以保证保护区域的准确控制（点画线指示的区域喷涂），如图7-2。
图7-2喷漆保护示意图
5）有装饰性要求的的喷涂表面，最好不要设计铆装结构，推荐使用焊接方式。
必须采用铆接时，铆接处的喷涂质量应降级验收。
如图7-3，压铆螺母柱压入钣金件上后，喷涂前，一般要打磨平整，否则，喷涂后，会有压铆螺母柱的六角形印迹，面板和盖板上有喷涂的表面，尽可能避免采用这种结构。
图7-3喷漆保护示意图
6）铝板上压铆不锈钢螺钉，由于两者强度差别太大，喷涂前螺钉及附近区域抛光打磨困难，质量不易保证，应尽量减少这种结构的喷涂。
7）尽可能减少喷涂保护面，由于喷涂保护的胶带是耐温接近300度的高温胶带，价格很贵，而且，粘贴高温胶带速度慢，效率低，所以设计尽可能减少保护面积。
如图7-4，要求盖板外表面喷涂，盖板内表面要搭接导电，需要喷涂保护，左边的喷涂要求全部内表面喷涂保护，喷涂保护困难，密孔的喷漆毛刺要一个个去掉，工作量非常大。
为了保证屏蔽搭接，可以将整体内部喷涂保护改为右图所示的局部保护，喷涂保护简单，工作量大大降低。
图7-4减少喷涂保护面积
8）特别注意，不要出现一个很大的零件喷涂很小部分表面、大部分表面被喷涂保护的现象，这样将给喷涂带来很大的困难。
1.3表面丝印
1.3.1丝网印刷原理：
丝网印刷是利用感光材料通过照相制版的方法制作丝网印版（使丝网印版上图文部分的丝网孔为通孔，而非图文部分的丝网孔被堵住）。
印刷时通过刮板的挤压，使油墨通过图文部分的网孔转移到承印物上，形成与原稿一样的图文。
丝网印刷设备简单、操作方便，印刷、制版简易且成本低廉，适应性强。
丝网印刷由五大要素构成，即丝网印版、刮印刮板、油墨、印刷台以及承印物。
1.3.2丝网印刷的主要特点：
1）丝网印刷可以使用多种类型的油墨。
即：
油性、水性、合成树脂乳剂型、粉体等各类型的油墨，且丝网印刷油墨调配方法简便；
2）版面柔软。
丝网印刷版面柔软且具有一定的弹性不仅适合于在纸张和布料等软质物品上印刷，而且也适合于在硬质物品上印刷，例如：
玻璃、陶瓷、塑料、金属等；
3）丝网印刷压印力小。
由于在印刷时所用的压力小，所以也适于在易破碎的物体上和轻薄物体上印刷；
4）墨层厚实，覆盖力强，耐光性强，色泽鲜艳。
丝网印刷的墨层厚度一般可达30微米左右。
可以使用各种油墨及涂料，不仅可以使用浆料、粘接剂及各种颜料，也可以使用颗粒较粗的颜料；
5）不受承印物表面形状的限制及面积大小的限制。
它不仅适合在小物体上印刷，而且也适合在较大物体上印刷。
这种印刷方式有着很大的灵活性和广泛的适用性。
丝印一般是用于表面较平的工件，也可以丝印半径很大的弧面或者球面，如果弧面或者球面曲率太大，就要采用移印等方式。
6）丝网印刷比较适于表现文字及线条明快的单色成套色原稿，同样适于表现反差较大，层次清晰的彩色原稿。
不适于再现精细线条、网点的原稿。
1.3.3丝印设计注意事项
1）面板丝印字体的颜色
丝印颜色应选择公司的《结构设计规范——颜色要求》规定的几种颜色，同一零件上，要尽量减少丝印的颜色，而且丝印颜色尽量统一。
2）丝印距障碍物的最小距离
当丝印字符周围有其它突起物时，突起物的高度不得大于1mm，否则丝印字符与突起物之间要保留一定的距离。
要求丝印字符与障碍物的距离一般大于20mm，可用普通的丝印框完成丝印，当空间位置限制，可以采用较小的铝合金丝印框，丝印字符与障碍物的距离至少大于12mm，这种情况丝印稍微困难，只有结构特别需要时，才按照这个尺寸设计，如图7-5。
当上述要求不能满足时，使用不干胶标签。
图7-5丝印与障碍物的最小距离
3）避免在光亮的表面设计丝印
避免在光亮的表面（如电镀装饰铬、光亮镍、光亮阳极氧化和导电氧化层）设计丝印，在镀层和化学处理层表面丝印时，只能在非装饰性光亮表面（镀锌）和较粗糙表面（如珍珠铬等哑光镀层）进行。
必要时要将底材粗化（如喷砂、拉丝等处理）。
4）图案很复杂时不宜丝印
图案很复杂，面积很大，内容很多，线条很细、很密的图形，丝印难度很大，良率难以保证，这种情况不太合适丝印，最好采用标贴或其他表达形式。
1.4移印介绍
移印工艺十分简单，先将需要印刷的图案蚀刻在钢模板上，在蚀刻的钢模板上涂覆油墨，利用硅橡胶材料制成的曲面移印头，将凹版上的油墨蘸到移印头的表面，然后移到需要移印的工件表面并下压，将文字、图案等转印到被印刷工件上。
移印工艺主要用于不规则异形对象表面的印刷，以塑胶注塑零件为主。
例如，手机表面的文字和图案，还有计算机键盘、仪器、仪表等很多电子产品的表面印刷，一般都是移印完成。
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