《表面工程概论》PPT课件.ppt

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1、3.5 特种材料上的电镀特种材料上的电镀锌基合金上的电镀锌基合金上的电镀锌基合金上的电镀锌基合金上的电镀1.1.锌基合金的特点锌基合金的特点锌基合金的特点锌基合金的特点：电极电位很负，属两性金属，在酸性和碱性溶液中均电极电位很负，属两性金属，在酸性和碱性溶液中均易发生化学溶解。所以，在含有电位较正的金属离子的易发生化学溶解。所以，在含有电位较正的金属离子的电镀液中，氢和金属离子能被锌置换析出。电镀液中，氢和金属离子能被锌置换析出。锌合金在压铸过程中是由熔融态成为固体的，由于冷锌合金在压铸过程中是由熔融态成为固体的，由于冷却时的温度不均匀，在压铸件表面易产生偏析现象，使却时的温度不均匀，在压铸件

2、表面易产生偏析现象，使表面产生富铝或富锌相。强碱使富铝相先溶解，强酸使表面产生富铝或富锌相。强碱使富铝相先溶解，强酸使富锌相先溶解，使表面产生针孔、微气孔等缺陷。富锌相先溶解，使表面产生针孔、微气孔等缺陷。压铸件表面是一层无孔层，内部则是疏松多孔的结构。压铸件表面是一层无孔层，内部则是疏松多孔的结构。表面经机械抛光后，也容易暴露孔隙和缺陷，因此不能表面经机械抛光后，也容易暴露孔隙和缺陷，因此不能过度抛磨。过度抛磨。综上所述，在锌基合金上的电镀：综上所述，在锌基合金上的电镀：宜用有机溶剂脱脂法除掉大部分抛光膏（如三氯乙宜用有机溶剂脱脂法除掉大部分抛光膏（如三氯乙烯等）。烯等）。预镀时应带电入槽，

3、并用冲击电流以防止锌与电镀预镀时应带电入槽，并用冲击电流以防止锌与电镀液中电位较正的金属离子发生置换反应。液中电位较正的金属离子发生置换反应。预镀铜时，镀层应稍厚一些，应为预镀铜时，镀层应稍厚一些，应为6 610mm10mm。因为。因为当铜镀到锌合金表面上时，铜即扩散到锌中，形成当铜镀到锌合金表面上时，铜即扩散到锌中，形成一层较脆的铜锌合金中间层，镀层越薄，铜向锌一层较脆的铜锌合金中间层，镀层越薄，铜向锌中的扩散越快，因表面镀层与锌合金基体的电位差中的扩散越快，因表面镀层与锌合金基体的电位差而引起的电化学腐蚀也越严重。而引起的电化学腐蚀也越严重。多层镀多层镀CrCr层是锌合金的阴极保护层，镀层

4、必须有一层是锌合金的阴极保护层，镀层必须有一定的厚度，以使镀层无孔隙，避免形成大阴极小阳定的厚度，以使镀层无孔隙，避免形成大阴极小阳极的不利局面。极的不利局面。2.2.锌合金的镀前处理：锌合金的镀前处理：锌合金的镀前处理：锌合金的镀前处理：机械整平：为了除去锌合金压铸件的毛刺、飞边机械整平：为了除去锌合金压铸件的毛刺、飞边等缺陷，需要进行机械整平（即磨光和抛光）。等缺陷，需要进行机械整平（即磨光和抛光）。磨光：磨光：(尽量少用尽量少用)用力要均匀，不宜用力过大而损用力要均匀，不宜用力过大而损伤表面。磨光工艺如下：伤表面。磨光工艺如下：磨轮转速磨轮转速：120012001400r/min1400

5、r/min磨轮直径：磨轮直径：不大于不大于250mm250mm金刚砂粒度：金刚砂粒度：200200300300目目辅助磨粒：辅助磨粒：黄抛光膏黄抛光膏抛光：应轻抛轻放，先用黄抛光膏粗抛，再用白抛抛光：应轻抛轻放，先用黄抛光膏粗抛，再用白抛光膏抛亮，在无抛光膏时易倒光。光膏抛亮，在无抛光膏时易倒光。抛光工艺如下：抛光轮转速：14001800r/min抛光轮直径：不大于300mm抛光材料：黄，白抛光膏 除油：锌合金为两性金属，化学活性较强，因此，除油：锌合金为两性金属，化学活性较强，因此，不宜用氢氧化钠除油。操作温度不宜过高，零件不宜不宜用氢氧化钠除油。操作温度不宜过高，零件不宜长时间浸泡于除油溶

6、液中。长时间浸泡于除油溶液中。溶剂除油：用三氯乙烯溶剂浸渍或喷淋，溶器上部四溶剂除油：用三氯乙烯溶剂浸渍或喷淋，溶器上部四周应装冷凝装置，将挥发的溶剂冷凝回收。周应装冷凝装置，将挥发的溶剂冷凝回收。化学除油：常用来代替溶剂除油，特别是对于没有抛化学除油：常用来代替溶剂除油，特别是对于没有抛光过的压铸件。光过的压铸件。典型工艺如下：典型工艺如下：三聚磷酸钠：三聚磷酸钠：252535g/L35g/L表面活化剂：表面活化剂：2 23g/L3g/LPHPH值：值：温度：温度：55556060时间：时间：335min5min电化学除油电化学除油：锌基合金的电化学除油溶液应是弱碱：锌基合金的电化学除油溶液

7、应是弱碱性的，尽量少用氢氧化钠（因锌基合金导电性能较性的，尽量少用氢氧化钠（因锌基合金导电性能较差，加入微量氢氧化钠时，可提高镀层结合力，减差，加入微量氢氧化钠时，可提高镀层结合力，减少起泡现象）。一般用阳极除油（因阳极除油过程少起泡现象）。一般用阳极除油（因阳极除油过程中零件表面生成的暗膜较阴极除油生成的暗膜容易中零件表面生成的暗膜较阴极除油生成的暗膜容易在弱酸中除去）。锌基合金电化学除油工艺如下：在弱酸中除去）。锌基合金电化学除油工艺如下：表表11锌基合金电化学除油工艺锌基合金电化学除油工艺溶液成份溶液成份(g/L)(g/L)及工及工艺条件艺条件1 12 23 3氢氧化钠氢氧化钠0.50.

8、5碳酸钠碳酸钠1515磷酸钠磷酸钠2020151530-4030-40硅酸钠硅酸钠2020表面活化剂表面活化剂OP-10OP-100.50.50.50.50.05-0.10.05-0.1温度（温度（）70-8070-8080-9080-9060-7060-70时间（时间（S S）25-4525-4510106060JA(A/dmJA(A/dm2 2)1.5-31.5-33-43-42-42-4锌合金除油后，表面有极薄的氧化膜，需要在稀酸中锌合金除油后，表面有极薄的氧化膜，需要在稀酸中浸蚀，最常用的工艺如下浸蚀，最常用的工艺如下:氢氟酸:15-20mL/L温度:室温时间:5s 3.3.预镀预镀预

9、镀预镀 由于锌合金的电位较负，在普通电镀铜溶液中会发由于锌合金的电位较负，在普通电镀铜溶液中会发生强烈的置换反应，严重影响镀层的结合力，必须生强烈的置换反应，严重影响镀层的结合力，必须先预镀（或闪镀）。预镀工艺主要有氰化预镀铜与先预镀（或闪镀）。预镀工艺主要有氰化预镀铜与中性预镀镍。中性预镀镍。氰化预镀铜：锌基合金氰化预镀铜在生产中得到氰化预镀铜：锌基合金氰化预镀铜在生产中得到广泛应用。预镀铜溶液一般含铜量较低，游离氰化广泛应用。预镀铜溶液一般含铜量较低，游离氰化钠含量较高。为了防止零件深凹处锌、铝与电位较钠含量较高。为了防止零件深凹处锌、铝与电位较正的铜络离子的置换反应，采用大电流闪镀。预镀

10、正的铜络离子的置换反应，采用大电流闪镀。预镀铜应用一定厚度（铜应用一定厚度（1 1微米以上），否则不足以阻止镀微米以上），否则不足以阻止镀镍溶液对锌合金的浸蚀。镍溶液对锌合金的浸蚀。氰化预镀铜工艺:氰化亚铜:18-20g/L氰化钠:30-34g/L碳酸钠:10-15g/LPH值温度:34-45电流密度:1-2A/dm2时间:3-10min搅拌方式:阴极移动柠檬酸盐预镀镍工艺如:硫酸镍:16-220g/L柠檬酸钠:12-18g/L氯化钠:12-18g/L硼酸:25-35g/LPH值温度:40-50阴极移动:20-25次/min电流密度:1-2A/dm2时间:12-15min预镀铜锌合金工艺如：氰

11、化亚铜:20-25g/L氰化锌:8-14g/L氰化钠:40-45g/L氨水PH值温度:15-35电流密度2时间:5-8min铝和铝合金的电镀铝和铝合金的电镀1.1.铝和铝合金的特点铝和铝合金的特点铝和铝合金的特点铝和铝合金的特点 铝对氧有很大的亲和力，表面上总有氧化膜存在。铝对氧有很大的亲和力，表面上总有氧化膜存在。铝的电位很负，铝的电位很负，E=-1.67V,E=-1.67V,形成氧化膜后为形成氧化膜后为铝属于两性金属，在酸，碱溶液中都不稳定。铝属于两性金属，在酸，碱溶液中都不稳定。铝的膨胀系数（铝的膨胀系数（2410-62410-6-1-1）较绝大多数金属的）较绝大多数金属的膨胀系数大。膨

12、胀系数大。铸铝常含砂眼，气孔等缺陷，在电镀过程中，砂眼铸铝常含砂眼，气孔等缺陷，在电镀过程中，砂眼和气孔中常会滞留溶液和氢气，影响镀层与基体和气孔中常会滞留溶液和氢气，影响镀层与基体的结合力。的结合力。2.镀前处理镀前处理机械处理：喷砂加工，主要是清除铝制品表面的自然氧化膜和粗化表面，以增强镀层与基体金属的结合力，喷砂后应立即进行前处理电镀。有机溶剂除油：油污较多和经抛光的铝制品，必须用有机溶剂粗略除油。常用的有机溶剂有：煤油，汽油，三氯乙烯和四氯化碳等。化学除油铝合金化学除油工艺如：碳酸钠:30-40g/L磷酸三钠:50-60g/L温度:60-70时间:1-3min碱浸蚀：目碱浸蚀：目的是除

13、去铝制的是除去铝制品表面的氧化品表面的氧化膜，表面粗糙膜，表面粗糙度要求较低的度要求较低的铝制品，可不铝制品，可不再进行碱浸蚀。再进行碱浸蚀。铝合金碱浸蚀铝合金碱浸蚀工艺工艺:成分成分(g/L)(g/L)及工及工艺条件艺条件铸铝铸铝防锈铝防锈铝硬铝硬铝纯铝纯铝一般硬一般硬铝铝氢氧化钠氢氧化钠 2-52-550-8050-8050-7050-70磷酸三钠磷酸三钠 30-5030-5030-4030-40碳酸钠碳酸钠 20-3020-30碳酸氢钠碳酸氢钠 10-3010-30硅酸钠硅酸钠 5-105-108383I I去油剂去油剂(mL/L)(mL/L)0.5-1.00.5-1.0温度（温度（）5

14、0-7050-7050-7050-7070-8070-80时间（时间（s s）10-3010-3010-3010-3060-12060-120出光（酸浸出光（酸浸蚀）：铝制品蚀）：铝制品在碱浸蚀后，在碱浸蚀后，表面有一层黑表面有一层黑膜，这层黑膜膜，这层黑膜在酸浸蚀中除在酸浸蚀中除去。工艺见表去。工艺见表 成分成分(mL/L)(mL/L)及及工艺条件工艺条件防锈铝和防锈铝和硬铝硬铝硅铝合金硅铝合金铸件铸件铝及铝镁铝及铝镁合金合金硝酸硝酸300-500300-500500-600500-600300-500300-500硫酸硫酸200-300200-300氢氟酸氢氟酸200-300200-300

15、温度温度()室温室温室温室温室温室温时间时间(min)(min)2-62-63-53-53-53-53.铝及其合金电镀工艺铝及其合金电镀工艺常用的工艺有下列几种化学浸锌-电镀铜-电镀其它镀层：化学浸锌法是应用最多的方法，适用于大多数铝及其合金。铝制品浸入强碱性的锌酸盐溶液时，界面上发生氧化还原反应：铝氧化膜溶解:Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O铝的溶解及锌的沉积:2Al+3ZnO22-+2H2O=3Zn+2AlO2+4OH在浸锌溶液中，锌以络合物形式存在，析出电位变负，因而上述置换反应缓慢，得到的置换锌层致密、均匀。此外，AL和NaOH也发生反应：2Al+2NaOH+2H2O=2

16、NaAlO2+3H2但由于氢在锌上有较高过电位，上述反应被抑制，使铝基体不至于被严重腐蚀。铝合金浸锌工艺铝合金浸锌工艺成分成分(g/L)(g/L)及工艺及工艺条件条件铝镁合金铝镁合金硅铝合金硅铝合金铜铝合金铜铝合金ZnOZnO1001001001005 5Zn(NOZn(NO3 3)2 2NaOHNaOH5005005005006060KNaCKNaC4 4H H4 4O O6 6202010108080FeClFeCl3 31 12 22 2NaNONaNO3 31 1H H3 3C C6 6H H5 5O O7 7HFHF3ml/l3ml/l温度温度()18-2518-2530-4030-

17、4019-2519-25时间（时间（S S）30-6030-6045-6045-6030-4030-40电镀薄锌层电镀薄锌层-电镀铜电镀铜-电镀其它镀层：铝制电镀其它镀层：铝制品在氰化物电解液中直接镀薄锌层，可降低成本，品在氰化物电解液中直接镀薄锌层，可降低成本，简化工序。电解液中氢氧化钠的含量低于一般氰化简化工序。电解液中氢氧化钠的含量低于一般氰化镀锌电解液，以减少电解液对铝的腐蚀。电镀薄锌镀锌电解液，以减少电解液对铝的腐蚀。电镀薄锌层工艺如下：层工艺如下：氧化锌2535g/l氰化钠7595g/l氢氧化钠5070g/l硫化钠35g/l甘油35g/l温度2030电流密度13A/dm2时间25m

18、in作业1.1.表面工程技术的目的和作用是什么？表面工程技术的目的和作用是什么？答：表面工程技术的主要目的就在于通过表面处理使材料表面按人们希望答：表面工程技术的主要目的就在于通过表面处理使材料表面按人们希望的性能进行改质。具体可概括为的性能进行改质。具体可概括为:在不改变基体材料的成分在不改变基体材料的成分,不削弱基体不削弱基体材料的强度材料的强度(或削弱基体材料强度又不影响其使用或削弱基体材料强度又不影响其使用)的条件下的条件下,通过某些物通过某些物理手段理手段(包括机械手段包括机械手段)或化学手段赋予材料表面特殊的性能或化学手段赋予材料表面特殊的性能,从而满足工从而满足工程程 上对材料所

19、提出的要求。上对材料所提出的要求。表面技术的作用就是改善或赋予表面各种性能，从而提高材料的使用性表面技术的作用就是改善或赋予表面各种性能，从而提高材料的使用性能。一般来说，用表面工程技术可以改变的主要表面性能有：一般机械能。一般来说，用表面工程技术可以改变的主要表面性能有：一般机械性能、可加工性、抗磨性、保护性、热特性、电特性、电磁性、光特性、性能、可加工性、抗磨性、保护性、热特性、电特性、电磁性、光特性、装饰性等。装饰性等。2.2.物理吸附与化学吸附的区别是什么？物理吸附与化学吸附的区别是什么？答：物理吸附：任何气体在其临界温度以下，都会在其和固体答：物理吸附：任何气体在其临界温度以下，都会

20、在其和固体表面之间的范德华力作用下，被固体吸附。但两者之间没有表面之间的范德华力作用下，被固体吸附。但两者之间没有电子转移；化学吸附：气体和固体之间发生了电子的转移，电子转移；化学吸附：气体和固体之间发生了电子的转移，二者产生了化学键力，其作用力和化合物中原子之间形成化二者产生了化学键力，其作用力和化合物中原子之间形成化学键的力相似，较范德华力大的多。学键的力相似，较范德华力大的多。3.3.金属电镀的过程？金属电镀的过程？答：将直流电流的正负极分别用导线连接到镀槽的阴、答：将直流电流的正负极分别用导线连接到镀槽的阴、阳极上，当直流电通过两电极及两极间含金属离子阳极上，当直流电通过两电极及两极间

21、含金属离子的电解液时，电镀液中的阴、阳离子由于受到电场的电解液时，电镀液中的阴、阳离子由于受到电场作用，发生有规则的移动，阴离子移向阳极，阳离作用，发生有规则的移动，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，即发生了子移向阴极，即发生了“电迁移电迁移”，除电迁移外，除电迁移外，离子的移动还可以通过对流和扩散迁移。离子的移动还可以通过对流和扩散迁移。当阴，阳离子到达阳，阴极表面时，就会发生氧化还当阴，阳离子到达阳，阴极表面时，就会发生氧化还原反应：原反应：阴极还原反应：阴极还原反应：MeMen+n+ne=Me+ne=Me阳极氧化反应：阳极氧化反应：Me-ne=MeMe-ne=Men+n+。实际上，阴极上。

22、实际上，阴极上还可能发生还可能发生:2H+2e=H:2H+2e=H2 2（易引起氢脆，应避免）。（易引起氢脆，应避免）。当阳极发生钝化时，阳极上也可能发生：当阳极发生钝化时，阳极上也可能发生：OHOH-4e=2H4e=2H2 2O+OO+O2 24.4.合金共沉积的基本条件是什么？可采用什么途径来实现？合金共沉积的基本条件是什么？可采用什么途径来实现？答：合金共沉积的基本条件是：答：合金共沉积的基本条件是：两种金属中至少有一种金属能从其盐的水溶液中沉积出来。有些金属两种金属中至少有一种金属能从其盐的水溶液中沉积出来。有些金属（如（如W,MOW,MO等）不能从其盐的水溶液中沉积出来，但可以借助诱

23、导沉种与等）不能从其盐的水溶液中沉积出来，但可以借助诱导沉种与铁族金属共沉积。铁族金属共沉积。共沉积的两种金属的沉积电位必须十分接近。如果相差太大，则电位共沉积的两种金属的沉积电位必须十分接近。如果相差太大，则电位较正的金属将优先镀出来，甚至完全排斥电位较负金属的析出。这样就较正的金属将优先镀出来，甚至完全排斥电位较负金属的析出。这样就不能形成合金镀层。不能形成合金镀层。要使两种金属析出电位接近，以实现金属共沉积，一般可采用如下方法：要使两种金属析出电位接近，以实现金属共沉积，一般可采用如下方法：改变镀液中金属离子的浓度：增大较活泼金属的浓度使它的电位正移，改变镀液中金属离子的浓度：增大较活泼

24、金属的浓度使它的电位正移，或者降低较贵金属离子的浓度使它的电位负移，从而使它们的电位接近。或者降低较贵金属离子的浓度使它的电位负移，从而使它们的电位接近。采用适当的络合剂：采用络合剂是使电位相差较大的金属离子实现共采用适当的络合剂：采用络合剂是使电位相差较大的金属离子实现共沉积最有效的方法，金属络离子能降低离子的有效浓度，但对两种金属沉积最有效的方法，金属络离子能降低离子的有效浓度，但对两种金属沉积时的极化作用有不同的影响，对析出电位较负不易镀出的金属，影沉积时的极化作用有不同的影响，对析出电位较负不易镀出的金属，影响较小，而对电位较正，容易镀出的金属影响较大，使它在沉积时的电响较小，而对电位较正，容易镀出的金属影响较大，使它在沉积时的电位变得更负，变得不易镀出，从而使两种金属在沉积时的电位接近。位变得更负，变得不易镀出，从而使两种金属在沉积时的电位接近。采用适合的添加剂：添加剂在镀液中的含量比较少，一般不影响金属采用适合的添加剂：添加剂在镀液中的含量比较少，一般不影响金属的平衡电位，有些添加剂能显著地增大或降低阴极极化，明显地改变金的平衡电位，有些添加剂能显著地增大或降低阴极极化，明显地改变金属的析出电位，从而对某些金属沉积起作用，使之实现共沉积。属的析出电位，从而对某些金属沉积起作用，使之实现共沉积。