金属表面处理

表面处理

一、氧化处理

金属的氧化处理是金属表面与氧或氧化剂作用而形成保护性的氧化膜，防止金属腐蚀。氧化方法有热氧化法、碱性氧化法、酸性氧化法（黑色金属）以及化学氧化法、阳极氧化法（有色金属）等。现分述如下：

1）热氧化法将金属制品加热到600℃～650℃，然后用热蒸汽和还原剂处理。还有一种方法是将金属制品浸渍在约300℃的熔融的碱金属盐中进行处理。 2）碱性氧化法处理时把零件浸渍在调配好的溶液中加热到135℃～155℃，处理时间的长短取决于零件中的碳含量的高低。金属零件经氧化处理后，再用60℃～80℃的含量为15g/L～20g/L肥皂水漂洗一下，时间为2min～5min，然后分别用冷水和热水冲洗干净并吹干或烘干5min～10min（温度为80℃～90℃）。 3）酸性氧化法即将零件置于酸性溶液中进行处理。与碱性氧化法比较，酸性氧化法较为经济，处理后金属表面所生成的保护膜，耐腐蚀性和机械强度均超过碱性氧化处理后所生成薄膜的性能，故应用广泛。

4）化学氧化法化学氧化方法主要适用于有色金属（如铝、铜、镁以及它们的合金）的氧化处理。处理方法是将零件放于配制好的溶液中，在一定的温度下经一定时间的氧化反应后，则形成了一层保护膜，再经清洗及烘干等操作即可。 5）阳极氧化法阳极氧化法是有色金属氧化的另一种方法。它是将金属零件作阳极，利用电解法使其表面形成氧化膜的过程。这种氧化膜既可起金属与涂膜之间的钝化膜的作用，又可以增加涂层与金属间的结合力，减少水分的渗透，从而延长涂层的使用寿命，被广泛地应用于涂漆的底层。

二、喷砂

喷砂采用压缩空气为动力，以形成高度喷射束将喷料（铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂）高速喷射到工件表面，由于磨料对工作表面的冲击和切削作用，使工件表面获得一定的清洁度和粗糙度。 1、 表面处理功能

原理：喷砂与喷丸都是使用高压风或压缩空气作为动力，将喷料吹出去冲击工件表面达到清理效果。但选择的介质不同，喷砂介质对表面有切削作用；喷砂

处理后，工件表面污物被清除掉，工件表面被微量破坏，表面积大幅增加，从而增加与工件与涂/镀层的结合强度。 2、喷砂表面处理应用范围：

⑴、工件涂镀、工件粘接前处理

⑵、铸造件毛面、热处理后工件的清理与抛光：去氧化皮、油污等残留物；抛光工件表面，提高光洁度，使工件露出均匀一致的金属本色

⑶、机加工工件毛刺清理：喷砂能清理工件表面的微小毛刺；且能在工件表面交界处打出很小的圆角

⑷、改善零件的机械性能：经喷砂后，在零件表面产生均匀细微的凹凸面，使润滑油得到存储，从而改善润滑条件

⑸、光饰作用：喷砂能实现工件表面不同的反光或亚光，如不锈钢工件、塑胶、玉器的打磨

3、喷砂形成的表面压应力较喷丸、抛丸要小的多。

4、常用于油漆金属表面处理的喷砂种类：冷铸铁砂、碎矿渣。

①、铸铁砂：是使用最广泛的磨料，可有各种等级并有特定的最低硬度。砂粒密度高，粒子能量大，并且破碎慢但效率高，砂粒上保留了切割边缘。

②、碎矿渣：常用的有铜渣、煤渣和铝渣。但磨料易破碎形成灰尘，不适合回收再利用。 5、 表面清洁质量

经过喷砂处理的工件表面为金属本色，但是由于表面为毛糙面，光线被折射掉，故没有金属光泽，为发暗表面。

三、金属镀层的特点及应用

镀锌

1.名称: 镀锌. 2.特点:

锌在干燥空气中,比较稳定,不易变色,在水中及潮湿大气中则与氧或二氧化碳作用生成氧化物或碱性碳酸锌薄膜, 可以防止锌继续氧化.起保护作用.

锌在酸及碱、硫化物中极易遭受腐蚀.

镀锌层一般都要经钝化处理, 在铬酸或在铬酸盐液中钝化后, 由于形成的

钝化膜不易与潮湿空气作用, 防腐能力大大加强.

对弹簧零件,薄壁零件(壁厚＜0.5mm)和要求机械强度较高的钢铁零件,必须进行除氢,铜及铜合金零件可不除氢.

镀锌成本低、加工方便、效果良好.

锌的标准电位较负, 所以锌镀层对很多金属均为阳极性镀层.

3.应用:在大气条件和其他良好环境中使用的钢铁零件普遍使用镀锌.但不宜作摩擦零件的镀层.

镀镉

1.名称: 镀镉.

2.特点:在海洋性的大气或海水接触的零件及在70℃以上的热水中,镉镀层比较稳定,耐蚀性强,润滑性好,在稀盐酸中溶解很慢,但在硝酸里却极易溶解, 不溶于碱,它的氧化物也不溶于水.

镉镀层比锌镀层质软, 镀层的氢脆性小, 附着力强,而且在一定电解条件下,所得到的镉镀层比锌镀层美观.

但镉在熔化时所产生的气体有毒, 可溶性镉盐也有毒.

在一般条件下,镉为钢铁为阴性镀层,在海洋性和高温大气中为阳极镀层. 3.应用:它主要用来保护零件免受海水或与海水相类似的盐溶液以及饱和海水蒸汽的大气腐蚀作用.航空、航海及电子工业零件、弹簧、螺纹零件,很多都用镀镉.可以抛光、磷化和作油漆底层,但不能作食具.

镀铬

1.名称: 镀铬.

2.特点:铬在潮湿的大气中、碱、硝酸、硫化物、碳酸盐的溶液中以及有机酸中非常稳定,易溶于盐酸及热浓的硫酸.

在直流电的作用下, 如铬层作为阳极则容易溶于苛性钠溶液.

铬层附着力强 ,硬度高 ,HV800-1000,耐磨性好,光反射性强,同时还有较高的耐热性,在480℃以下不变色,500℃以上开始氧化,700℃则硬度显著下降.

其缺点是硬、脆,容易脱落,当受交变的冲击负荷时更为明显.并具有多孔性. 金属铬在空气中容易钝化生成钝化膜,因而改变了铬的电位. 因此铬对铁就成了阴极镀层.

3.应用:在钢铁零件表面直接镀铬作防腐层是不理想的, 一般是经多层电镀(镀铜→镍→铬)才能达到防锈、装饰的目的.

目前广泛应用在为提高零件的耐磨性、修复尺寸、光反射以及装饰等方面. 松孔镀铬

1.名称: 松孔镀铬.

2.特点:松孔镀铬是耐磨镀铬的一种特殊形式,它与一般镀铬的明显区别, 即在镀铬层的表面上产生网状沟纹或点状孔隙.

目的是为了保存足够的润滑油, 以改善摩擦条件,减少两摩擦面的金属接触,提高耐磨性.

3.应用:广泛应用于内燃机的气缸、气缸套、活塞环、活塞销以及上述零件磨损后的修复等方面.

镀铜

1.名称: 镀铜.

2.特点:铜在空气中不太稳定,易于氧化,在加热过程中尤甚.

同时具有较高的正电位, 不能很好地防护其他金属不受腐蚀, 但铜具有较高的导电性,铜镀层紧密细致,与基体金属结合牢固,有良好的抛光性能等.

铜比铁的电位较高. 对铁来说是阴极性镀层. 3.应用:铜镀层很少用作防护性镀层.

一般是用来提高其他材料的导电性,作其他电镀的底层,防止渗碳的保护层,在轴瓦上用来减少摩擦或作装饰等.

镀镍

1.名称: 镀镍.

2.特点:镍在大气和碱液中化学稳定性好,不易变色,在温度600℃以上时,才被氧化.

在硫酸和盐酸溶液中溶解很慢,但易溶于稀硝酸. 在浓硝酸中易钝化,因而具有好的耐腐蚀性能.

镍镀层硬度高、易于抛光、有较高的光的反射性并可增加美观.

其缺点是具有多孔性, 为克服这一缺点,可采用多层金属镀层,而镍为中间层.

镍对铁为阴性镀层,对铜为阳极性镀层.

3.应用:通常为了防止腐蚀和增加美观用,所以一般用于保护一装饰性镀层上,铜制品上镀镍防腐较为理想.但由于镍比较贵重,多用铜锡合金代替镀镍.

镀锡

1.名称: 镀锡.

2.特点:锡具有较高的化学稳定性,在硫酸、硝酸、盐酸的稀溶液中几乎不溶解,在加热的条件下,锡缓慢地溶于浓酸中.

在浓、热的溶液中溶解并生成锡酸盐.

硫化物对锡不起作用.锡在有机酸中也很稳定,其化合物无毒.锡的焊接性很好. 在一般条件下,锡镀层对铁属于阴极性镀层,对铜则属于阳极性镀层.

3.应用:广泛用于食品工业的容器上和航空、航海及无线电器材的零件上. 还可以用来防止铜导线不受橡胶中硫的作用, 及作为非渗氮表面的保护层.

镀铅

1.名称: 镀铅.

2.特点:铅在硫酸、二氧化硫及其它硫化物和硫酸盐中不受腐蚀,但在高温(＞200℃)的浓硫酸中及浓盐酸中则发生强烈的腐蚀,在稀盐酸中反应缓慢,在有机酸—醋酸、乳酸、草酸中比较稳定.

3.应用:在化学工业中应用较多, 如加热器、结晶器、真空蒸发器等内壁镀铅.

镀铜锡合金

1.名称: 镀铜锡合金.

2.特点:电镀铜锡合金是在零件上镀铜锡合金后,不必镀锡,而直接镀铬. 对于钢制零件用低锡青铜(含锡5-15%),对于铜及铜合金零件用高锡青铜 (含锡约38%以上).

低锡青铜镀层防腐能力良好,其物理、力学性能和工艺性能比中锡(含锡15-25%)及高锡青铜镀层好.

3.应用:镍是一种比较稀少而贵重的金属, 目前在电镀工业上广泛采用电镀铜锡合金来代替镀镍

镀锌，镀铬，镀镍 特点，区别 ：

第一：价格上。从低到高为镀锌，镀镍，镀铬。 材料上和人工上的差别决定价格。常规的镀锌镀镍为滚镀，镀铬为挂镀

第二：外观上。镀锌白色，光泽不亮：镀镍 银色，有光泽镀；镀铬白色，有光泽镀

第三：防锈能力上。镀锌一般，镀镍好，镀铬最好

铬最为常见的存在形式是作为合金元素用于不锈钢中，来增强不锈钢的硬度。 镀铬工艺通常分为三种类型：装饰性镀层、硬质铬镀层以及黑色铬镀层。

铬镀层在工程领域中应用相当广泛，装饰性铬镀层通常作为最表层镀于镍层外面，镀层具有精致细腻如镜面一般的抛光效果。作为一道装饰性后处理工序，铬镀层厚度仅为0.006毫米。

在打算采用铬镀层工艺的时候，一定要充分考虑到这一工艺的危险性。近十年来，六价装饰性铬水被三价铬水所取代的趋势越来越明显，因为前者具有非常强的致癌性，而后者则被认为毒性相对小一些。

材料特性：光洁度非常高，优良的防腐蚀性能，坚硬耐用，易于清洗，摩擦系数低。

典型用途：装饰性镀铬是许多汽车元件的镀层材料，包括车门把手以及缓冲器等，除此之外，铬还应用于自行车零部件、浴室水龙头以及家具、厨房用具、餐具等。硬质镀铬更多的用于工业领域，包括作业控制块中的随机存储器、喷气机发动机元件、塑料模具以及减震器等。黑色镀铬主要用于乐器装饰以及太阳能利用方面。

镀铬一般有装饰铬、硬铬、无光铬等。镀装饰铬的零件表面光亮，美观，一般先镀一层铜，再在铜表面镀铬。硬铬主要用于量具的表面处理，表面比较亮，耐磨、防锈。

镀镍一般也是装饰作用，通常要先镀一层铜，再镀镍。镀镍层不能太厚，否则易出现暴皮现象。

镀锌是较常见的零件防腐表面处理方法，镀锌可以有各种颜色，主要是由不同的钝化剂决定的。不同颜色镀锌层的防腐性能是不一样的，一般以蓝白锌最差，军绿色最好。一般常用的是彩锌，防腐效果较好，相对来说成本较低。镀镉也是零件防腐表面处理的一种方法，主要应用于海洋性环境和海水腐蚀，在普通大气

环境下并不适用。

四、发黑的工艺

钢制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的。发黑处理现在常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。 但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。 A3钢用碱性发黑好一些。碱性发黑细分出来，又有一次发黑和两次发黑的区别。

发黑液的主要成分是氢氧化钠和亚硝酸钠。 发黑时所需温度的宽容度较大，大概在135摄氏度到155摄氏度之间都可以得到不错的表面，只是所需时间有些长短而已。

实际操作中，需要注意的是工件发黑前除锈和除油的质量，以及发黑后的钝化浸油。发黑质量的好坏往往因这些工序而变化。 金属“发蓝”药液

采用碱性氧化法或酸性氧化法；使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为“发蓝”。

黑色金属表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜，其外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。

一、碱性氧化法“发蓝”药液

1．配方： 硝酸钠50～100克氢氧化钠600～700克亚硝酸钠100～200克水1000克

2．制法：按配方计量后，在搅拌条件下，依次把各料加入其中，溶解，混合均匀即可。

3．说明： （1）金属表面务必洗净和干燥以后，才能进行“发篮”处理。 （2）金属器件进行“发蓝”处理条件与金属中的含碳量有关，“发蓝”药液温度及金属器件在其中的处理时间可参考下表。 金属中含碳量%工作温度（℃）处理时

间

（

分

）

开

始

终

止>0.7135-13714310-300.5-0.7135-14015030-50<0.4142-145153-15540-60合金钢142-145153-15560-90

（3）每隔一星期左右按期分析溶液中硝酸钠、亚硝酸钠和氢氧化钠的含量，以便及时补充有关成分。一般使用半年后就应更换全部溶液。

（4）金属“发蓝”处理后，最好用热肥皂水漂洗数分钟，再用冷水冲洗。然后,

又用热水冲洗，吹于。

二、酸性氧化法“发蓝”药液

1．配方： 磷酸3～10克硝酸钙80～100克过氧化锰10～15克水1000克 2．制法：按配方计量后，在不断搅拌条件下，依次把磷酸、过氧化锰和硝酸钙加入其中，溶解，混合均匀即可。

3．说明：（1）金属器件先经洗净和干燥后才能进行“发蓝”处理。（2）此法所得保护膜呈黑色，其主要成分是由磷酸钙和铁的氧化物所组成，其耐腐能力和机械强度均超过碱性氧化法所得的保护膜。

4.“发蓝”工作温度为100℃，处理时间为40～45分钟。在处理碳素钢时，药液中磷酸含量控制在3～5克／升；处理合金钢或铸钢时，磷酸含量控制在5～10克／升。应注意定期分析药液磷酸的含量。 5.“发蓝”处理后金属器件的清洗方法同上。

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