金属材料及其加工工艺简介.ppt

1、表面工程表面工程温温 度度华南理工大学机械工程学院华南理工大学机械工程学院金属腐蚀金属腐蚀o金属在环境介质的作用下引起的破坏和变化叫作金属的金属在环境介质的作用下引起的破坏和变化叫作金属的腐蚀。也就是金属受其所在环境的影响，在表面生成非腐蚀。也就是金属受其所在环境的影响，在表面生成非金属性的腐蚀产物、使金属不断消耗的现象的总称。金属性的腐蚀产物、使金属不断消耗的现象的总称。o腐蚀腐蚀不仅影响材料的外观，而且直接影响设备、构件、不仅影响材料的外观，而且直接影响设备、构件、建筑物的使用寿命。建筑物的使用寿命。o为了避免和控制腐蚀，工业上多采用表面涂层的保护方为了避免和控制腐蚀，工业上多采用表面涂层

2、的保护方法。法。o涂覆的方法有：电镀、化学镀、热喷涂、热渗镀、热浸涂覆的方法有：电镀、化学镀、热喷涂、热渗镀、热浸镀、物理气相沉积、化学气相沉积、刷涂、阳极氧化、镀、物理气相沉积、化学气相沉积、刷涂、阳极氧化、磷化处理、铬酸盐化处理等。磷化处理、铬酸盐化处理等。o在涂覆之前要进行必要的表面预处理过程，以使涂层与在涂覆之前要进行必要的表面预处理过程，以使涂层与金属基体有良好的结合。金属基体有良好的结合。表面预处理表面预处理o零件或产品久置于大气或储运过程中被空气、各种油质所污染，从而改变零件或产品久置于大气或储运过程中被空气、各种油质所污染，从而改变了原有表面特性，给表面处理带来严重障碍。因此，

3、在涂覆防腐涂层前需了原有表面特性，给表面处理带来严重障碍。因此，在涂覆防腐涂层前需要进行预处理，即恢复材料表面和内部差别的过程，使表面洁净并处于活要进行预处理，即恢复材料表面和内部差别的过程，使表面洁净并处于活性状态。性状态。o表面预处理包括：表面预处理包括：n表面平整表面平整（电镀时）。（电镀时）。一般用磨光、抛光、滚光及振动磨光和刷光等方法，除去一般用磨光、抛光、滚光及振动磨光和刷光等方法，除去表面的划痕、毛刺、焊缝、砂眼、氧化皮，腐蚀痕和锈斑等宏观缺陷，提高表面的表面的划痕、毛刺、焊缝、砂眼、氧化皮，腐蚀痕和锈斑等宏观缺陷，提高表面的平整程度。平整程度。n粗化粗化（喷涂时）。（喷涂时）。

4、宏观粗化通常由车削和磨削来完成，具体方法有下切、开槽、宏观粗化通常由车削和磨削来完成，具体方法有下切、开槽、车螺纹、滚花、打磨等车螺纹、滚花、打磨等。喷砂是热喷涂表面准备的主要方法之一，它既可以净化、。喷砂是热喷涂表面准备的主要方法之一，它既可以净化、粗化工件表面，又可起到活化表面的效果。粗化工件表面，又可起到活化表面的效果。n脱脂脱脂（除油）。（除油）。用化学或电化学方法除去表面油脂。可分为有机溶剂除油、化学用化学或电化学方法除去表面油脂。可分为有机溶剂除油、化学除油、电化学除油、擦拭除油及超声强化除油等。按程序可分为预除油、正式除油除油、电化学除油、擦拭除油及超声强化除油等。按程序可分为预

5、除油、正式除油和精除油。和精除油。n酸洗酸洗（除锈）。（除锈）。金属表面的锈浊物、黑色氧化皮、氢氧化物等为碱性物质，用酸金属表面的锈浊物、黑色氧化皮、氢氧化物等为碱性物质，用酸浸蚀法除去。酸洗液主要成分常采用三酸，即硫酸、盐酸和硝酸。再依不同金属材浸蚀法除去。酸洗液主要成分常采用三酸，即硫酸、盐酸和硝酸。再依不同金属材质添加其他无机盐、表面活性剂等。操作工艺条件亦因金属不同而异。酸洗法较为质添加其他无机盐、表面活性剂等。操作工艺条件亦因金属不同而异。酸洗法较为简便，但废液和废气处理是必不可少的工序。近年来为减少处理费用与环境污染，简便，但废液和废气处理是必不可少的工序。近年来为减少处理费用与环

6、境污染，又开发出不少新型浸蚀液，以替三酸为主的侵蚀液。又开发出不少新型浸蚀液，以替三酸为主的侵蚀液。n活化活化（弱侵蚀）。即将零件置入稀酸中极短时间（数秒到（弱侵蚀）。即将零件置入稀酸中极短时间（数秒到1min）酸洗，进行）酸洗，进行轻微腐蚀。轻微腐蚀。活化一方面是为了中和零件表面残存的碱，更主要是为了除去前处理活化一方面是为了中和零件表面残存的碱，更主要是为了除去前处理之后产生的极薄的氧化膜，显露出金相组织，从而使表面活化。之后产生的极薄的氧化膜，显露出金相组织，从而使表面活化。抛光抛光o机械抛光机械抛光n用抛光轮和抛光膏或抛光液对零件表面进一步用抛光轮和抛光膏或抛光液对零件表面进一步轻微磨

7、削以降低粗糙度。轻微磨削以降低粗糙度。o电解抛光电解抛光n将工件做为阳极，在电解过程中，工件凸出部将工件做为阳极，在电解过程中，工件凸出部位的溶解速率大于低凹部位，随着电解抛光的位的溶解速率大于低凹部位，随着电解抛光的进行，工件表面的凹凸不平即得以平整。进行，工件表面的凹凸不平即得以平整。o化学抛光化学抛光 n借化学作用，将工件浸入化学抛光溶液中进行借化学作用，将工件浸入化学抛光溶液中进行表面处理，以降低工件的表面粗糙度。表面处理，以降低工件的表面粗糙度。脱脂（除油）脱脂（除油）酸洗（除锈）酸洗（除锈）o钢铁的酸洗。钢铁的酸洗。n钢铁上的氧化膜成分是氧化亚铁钢铁上的氧化膜成分是氧化亚铁(FeO

8、)、氧化铁、氧化铁(Fe2O3，即红锈，即红锈)和四氧化三铁和四氧化三铁(Fe3O4，即黑皮，即黑皮)。n去除这些氧化皮常用温度为去除这些氧化皮常用温度为4060、浓度为、浓度为1020的硫酸溶液或的硫酸溶液或2040、15左右的盐酸溶液。左右的盐酸溶液。n酸洗存在的问题一是金属基体可能产生溶解，即通常所酸洗存在的问题一是金属基体可能产生溶解，即通常所谓谓“过腐蚀过腐蚀”；二是所析出的氢向金属内部渗透，引起；二是所析出的氢向金属内部渗透，引起氢脆。为防止这些问题，要加缓蚀剂。氢脆。为防止这些问题，要加缓蚀剂。o不锈钢和耐热钢的酸洗。不锈钢和耐热钢的酸洗。o有色金属及其合金的酸洗。有色金属及其合

9、金的酸洗。电镀电镀电镀指借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，电镀指借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，使导电体例如金属的表面，沉积一金属或合金层。使导电体例如金属的表面，沉积一金属或合金层。它能它能使均匀溶解在溶液中的金属离子，有序地在溶液使均匀溶解在溶液中的金属离子，有序地在溶液(即镀液即镀液)和和基体接触表面获得电子、还原成金属原子并沉积在基体表面，基体接触表面获得电子、还原成金属原子并沉积在基体表面，形成宏观金属层形成宏观金属层镀层。镀层。n 作为表面处理手段有着悠久的历史。作为表面处理手段有着悠久的历史。其应用范围遍及工业、农业、军事、其应用范围遍及工业、农业、军事、航

10、空、化工和轻工业等领域。航空、化工和轻工业等领域。n 除了广泛用作制取防护与装饰性镀除了广泛用作制取防护与装饰性镀层外，还用于制备多种功能性镀层，层外，还用于制备多种功能性镀层，如导电镀层、磁性镀层、耐温镀层和如导电镀层、磁性镀层、耐温镀层和润滑镀层等。润滑镀层等。n整个电镀过程，可以分成镀前处理、整个电镀过程，可以分成镀前处理、电镀施工和镀后处理三个阶段。镀前电镀施工和镀后处理三个阶段。镀前处理包括表面平整处理包括表面平整脱脂脱脂酸洗酸洗活化等过程。活化等过程。镀镍镀镍o镍是银白色金属，在空气和湿气中有很高的化学稳定性。对碱有较好镍是银白色金属，在空气和湿气中有很高的化学稳定性。对碱有较好稳

11、定性，但不耐酸。镀镍通常用于装饰和防护两方面。由于镍在空气稳定性，但不耐酸。镀镍通常用于装饰和防护两方面。由于镍在空气中长期暴露时表面易变色，所以，镍镀层上通常再镀上铬。中长期暴露时表面易变色，所以，镍镀层上通常再镀上铬。o普通镀镍普通镀镍（镀暗镍）。普通镀镍现在很少用作装饰性镀层，多用于工（镀暗镍）。普通镀镍现在很少用作装饰性镀层，多用于工业应用中。就成分而言，使用最多的是瓦特镀液。业应用中。就成分而言，使用最多的是瓦特镀液。o镀黑镍镀黑镍。黑镍镀层机械性能较黑铬层差，较脆，厚度通常约。黑镍镀层机械性能较黑铬层差，较脆，厚度通常约2 m，耐蚀性差，常需再喷漆。但操作方便，成本低。为增加镀层与

12、钢铁底耐蚀性差，常需再喷漆。但操作方便，成本低。为增加镀层与钢铁底材的结合，可预镀铜或镀铜与锌再镀黑镍。为提高光泽和耐蚀性，可材的结合，可预镀铜或镀铜与锌再镀黑镍。为提高光泽和耐蚀性，可用镍和锌光亮镀层打底。用镍和锌光亮镀层打底。o光亮镀银与半光亮镀镍。在瓦特液中加入初级光亮剂和次级光亮剂就光亮镀银与半光亮镀镍。在瓦特液中加入初级光亮剂和次级光亮剂就成为光亮成为光亮/半光亮镀镍液。半光亮镀镍很少单独使用，通常与光亮镍半光亮镀镍液。半光亮镀镍很少单独使用，通常与光亮镍组合成双层镍或三层镍，以便有效地起到防蚀作用。组合成双层镍或三层镍，以便有效地起到防蚀作用。o镀多层镍。即镀双层镍和三层镍。镀多层

13、镍。即镀双层镍和三层镍。双层镍是先镀不含硫双层镍是先镀不含硫(低于低于0.005)的半光亮镍层再镀一层光亮镍，然后镀上铬。半光亮镍层厚为的半光亮镍层再镀一层光亮镍，然后镀上铬。半光亮镍层厚为总镍层厚度的总镍层厚度的60一一80时有最佳抗蚀性。三层镍是在半光亮镍与时有最佳抗蚀性。三层镍是在半光亮镍与光亮镍层之间镀上一层高琉镍。高硫镍具有最负电位，因此三层镍防光亮镍层之间镀上一层高琉镍。高硫镍具有最负电位，因此三层镍防蚀性显著高于双层镍。蚀性显著高于双层镍。o其它特种镀镍：镍封闭、缎面镍、高应力镍。其它特种镀镍：镍封闭、缎面镍、高应力镍。镀铬镀铬o铬是银灰色金属，硬度大，耐磨，耐蚀，耐热，化学稳定

14、性好。但溶于氢卤酸铬是银灰色金属，硬度大，耐磨，耐蚀，耐热，化学稳定性好。但溶于氢卤酸和热硫酸。镀铬主要用于装饰性镀层和耐蚀、耐磨镀层。和热硫酸。镀铬主要用于装饰性镀层和耐蚀、耐磨镀层。o镀铬时以铬酐镀铬时以铬酐(CrO3)提供铬。铬酐有强氧化性，所以应注意防火，安全，防污提供铬。铬酐有强氧化性，所以应注意防火，安全，防污染等。镀液中要添加硫酸，氟化物、氟硅酸盐等强腐蚀性物质，对设备抗腐蚀染等。镀液中要添加硫酸，氟化物、氟硅酸盐等强腐蚀性物质，对设备抗腐蚀性要求高。两电极的气体使铬雾产生，因此减少铬雾散发到大气中是必不可少性要求高。两电极的气体使铬雾产生，因此减少铬雾散发到大气中是必不可少的措

15、施。镀铬的另一特点是电流效率低，速度慢。的措施。镀铬的另一特点是电流效率低，速度慢。o防护装饰性镀铬防护装饰性镀铬普通镀铬普通镀铬、滚镀铬、三价铬镀铬。、滚镀铬、三价铬镀铬。o耐蚀镀铬层耐蚀镀铬层微裂纹铬和微孔铬、微划痕镀铬。普通镀铬层上的裂纹会加速微裂纹铬和微孔铬、微划痕镀铬。普通镀铬层上的裂纹会加速金属底材的腐蚀。但当裂纹相当细密，密度高达金属底材的腐蚀。但当裂纹相当细密，密度高达300800条条/cm时，使腐蚀时，使腐蚀电流分散，减缓了腐蚀速度，提高了镀层抗腐蚀性。电流分散，减缓了腐蚀速度，提高了镀层抗腐蚀性。o镀硬铬镀硬铬镀硬铬与装饰性镀铬在本质上并无区别。只不过镀层较厚，通常为镀硬铬

16、与装饰性镀铬在本质上并无区别。只不过镀层较厚，通常为0.10.2mm，甚至有时可达，甚至有时可达0.5mm。充分利用了铬层硬度大，耐磨性好，。充分利用了铬层硬度大，耐磨性好，摩擦系数小的特性，在工业上应用相当广泛，尤其是重负荷、高摩擦的工况下。摩擦系数小的特性，在工业上应用相当广泛，尤其是重负荷、高摩擦的工况下。o镀黑铬镀黑铬黑铬层铬含量黑铬层铬含量5580，其余是铬氧化物、氢等。黑铬层极薄，其余是铬氧化物、氢等。黑铬层极薄，耐磨性比镀镍层稍高。主要利用它的吸光、吸热性和特殊的黑色调，用于光学耐磨性比镀镍层稍高。主要利用它的吸光、吸热性和特殊的黑色调，用于光学仪器、航空仪表、集热板等。在不锈钢、镍、铜、锌压铸件上可直接镀黑铬层。仪器、航空仪表、集热板等。在不锈钢、镍、铜、锌压铸件上可直接镀黑铬层。为了提高抗蚀性和装饰性，也可用铜、镍或铜锡合金作底镀层。阳极用含锡为了提高抗蚀性和装饰性，也可用铜、镍或铜锡合金作底镀层。阳极用含锡7的铅锡合金效果好。的铅锡合金效果好。o松孔铬松孔铬在高负荷的摩擦条件下，通常要求材料有良好的润滑性。松孔铬镀在高负荷的摩擦条件下，通常要求材料有良好的润滑性。松