金属材料及加工工艺简介.ppt

表面工程 温 度 华南理工大学机械工程学院 金属腐蚀 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，在表面生成非金属性的腐蚀产物、使金属不断消耗的现象的总称。 腐蚀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。 为了避免和控制腐蚀，工业上多采用表面涂层的保护方法。 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、磷化处理、铬酸盐化处理等。 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。 表面预处理 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，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性状态。 表面预处理包括： 表面平整（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。 粗化（喷涂时）。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 。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。 脱脂（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、正式除油和精除油。 酸洗（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，又开发出不少新型浸蚀液，以替三酸为主的侵蚀液。 活化（弱侵蚀）。即将零件置入稀酸中极短时间（数秒到1min）酸洗，进行轻微腐蚀。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 机械抛光 用抛光轮和抛光膏或抛光液对零件表面进一步轻微磨削以降低粗糙度。 电解抛光 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，随着电解抛光的进行，工件表面的凹凸不平即得以平整。 化学抛光 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。 脱脂（除油） 酸洗（除锈） 钢铁的酸洗。 钢铁上的氧化膜成分是氧化亚铁(FeO)、氧化铁(Fe2O3，即红锈)和四氧化三铁(Fe3O4，即黑皮)。 去除这些氧化皮常用温度为40～60℃、浓度为10％～20％的硫酸溶液或20～40℃、15％左右的盐酸溶液。 酸洗存在的问题一是金属基体可能产生溶解，即通常所谓“过腐蚀”；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。 不锈钢和耐热钢的酸洗。 有色金属及其合金的酸洗。 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，使导电体例如金属的表面，沉积一金属或合金层。它能使均匀溶解在溶液中的金属离子，有序地在溶液(即镀液)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，形成宏观金属层——镀层。 镀镍 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。 普通镀镍（镀暗镍）。普通镀镍现在很少用作装饰性镀层，多用于工业应用中。就成分而言，使用最多的是瓦特镀液。 镀黑镍。黑镍镀层机械性能较黑铬层差，较脆，厚度通常约2μm，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，可用镍和锌光亮镀层打底。 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/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。 镀多层镍。即镀双层镍和三层镍。 双层镍是先镀不含硫(低于0.005％)的半光亮镍层．再镀一层光亮镍，然后镀上铬。半光亮镍层厚为总镍层厚度的60％一80％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，因此三层镍防蚀性显著高于双层镍。 其它特种镀镍：镍封闭、缎面镍、高应力镍。 镀铬 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。 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