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      常見金屬表面處理工藝

      作者:無錫大智日化裝備科技有限公司 人氣: 時間:2017-10-13 21:51 【
      金屬表面處理種類簡介;電鍍;鍍層金屬或其他不溶性材料做陽極,待鍍的工件做陰極;電泳是電泳涂料在陰陽兩極,施加于電壓作用下,帶電;電泳漆膜具有涂層豐滿、均勻、平整、光滑的優點,電;鍍鋅是指在金屬、合金或者其它材料的表面鍍一層鋅以;電鍍與電泳的區別;電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其;鋼制件的表面發黑處理,也有被稱之為發藍的;發黑處理現在常用的方法
       
       
      金屬表面處理種類簡介
       
      電鍍
       
      鍍層金屬或其他不溶性材料做陽極,待鍍的工件做陰極,鍍層金屬的陽離子在待鍍工件表面被還原形成鍍層。為排除其它陽離子的干擾,且使鍍層均勻、牢固,需用含鍍層金屬陽離子的溶液做電鍍液,以保持鍍層金屬陽離子的濃度不變。電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層,改變基材表面性質或尺寸。電鍍能增強金屬的抗腐蝕性(鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬)、增加硬度、防止磨耗、提高導電性、潤滑性、耐熱性、和表面美觀。 電泳
       
      電泳是電泳涂料在陰陽兩極,施加于電壓作用下,帶電荷涂料離子移動到陰極,并與陰極表面所產生之堿性作用形成不溶解物,沉積于工件表面。 電泳表面處理工藝的特點:
       
      電泳漆膜具有涂層豐滿、均勻、平整、光滑的優點,電泳漆膜的硬度、附著力、耐腐、沖擊性能、滲透性能明顯優于其它涂裝工藝。電泳工藝優于其他涂裝工藝。 鍍鋅
       
      鍍鋅是指在金屬、合金或者其它材料的表面鍍一層鋅以起美觀、防銹等作用的表面處理技術。現在主要采用的方法是熱鍍鋅。
       
      電鍍與電泳的區別
       
      電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程。 電泳:溶液中帶電粒子(離子)在電場中移動的現象。溶液中帶電粒子(離子)在電場中移動的現象。利用帶電粒子在電場中移動速度不同而達到分離的技術稱為電泳技術。 電泳又名——電著 (著),泳漆,電沉積。 發黑
       
      鋼制件的表面發黑處理,也有被稱之為發藍的。其原理是將鋼鐵制品表面迅速氧化,使之形成致密的氧化膜保護層,提高鋼件的防銹能力。
       
      發黑處理現在常用的方法有傳統的堿性加溫發黑和出現較晚的常溫發黑兩種。但常溫發黑工藝對于低碳鋼的效果不太好。A3鋼用堿性發黑好一些。
       
      在高溫下(約550℃)氧化成的四氧化三鐵呈天藍色,故稱發藍處理。在低溫下(約3 50℃)形成的四氧化三鐵呈暗黑色,故稱發黑處理。在兵器制造中,常用的是發藍處理;在工業生產中,常用的是發黑處理。
       
      采用堿性氧化法或酸性氧化法;使金屬表面形成一層氧化膜,以防止金屬表面被腐蝕,此處理過程稱為“發藍”。黑色金屬表面經“發藍”處理后所形成的氧化膜,其外層主要是四氧化三鐵,內層為氧化亞鐵。 發藍(發黑)的操作流程:
       
      工件裝夾→去油→清洗→酸洗→清洗→氧化→清洗→皂化→熱水煮洗→檢查。 所謂皂化,是用肥皂水溶液在一定溫度下浸泡工件。目的是形成一層硬脂酸鐵薄膜,以提高工件的抗腐蝕能力。
       
      金屬表面著色
       
      金屬表面著色,顧名思義就是給金屬表面“涂”上顏色,改變其單一的、冰冷的金屬色澤,代之以五顏六色,滿足不同行業的不同需求。
       
      給金屬著色后一般都增加了防腐能力,有的還增加了抗磨能力。但表面彩色技術主要的應用還在裝飾領域,即用來美化生活,美化社會。 拋丸
       
      拋丸的原理是用電動機帶動葉輪體旋轉(直接帶動或用V型皮帶傳動),靠離心力的作用,將直徑約在0.2~3.0的彈丸(有鑄鋼丸、鋼絲切丸、不銹鋼丸等不同類型)拋向工件的表面,使工件的表面達到一定的粗糙度,使工件變得美觀,或者改變工件的焊接拉應力為壓應力,提高工件的使用壽命。通過提高工件表面的粗糙度,也提高了工件后續噴漆的漆膜附著力。其寓意即為拋丸處理可以為噴漆工藝的前道工序。 噴砂
       
      噴砂是采用壓縮空氣為動力,以形成高速噴射束將噴料(銅礦砂、石英砂、金剛砂 、鐵砂、海南砂)高速噴射到需要處理的工件表面,使工件表面的外表面的外表或形狀發生變化,由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用,使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度,使工件表面的機械性能得到改善,因此提高了工件的抗疲勞性,增加了它和涂層之間的附著力,延長了涂膜的耐久性,也有利于涂料的流平和裝飾。 噴砂工藝與其它清理工藝(如酸洗,工具清理)相比有以下特點:
       
      一、噴砂處理是最徹底、最通用、最迅速、效率最高的清理方法。
       
      二、噴砂處理可以在不同粗糙度之間任意選擇,而其它工藝是沒辦法實現這一點的。手工打磨可以打出毛面但速度太慢,化學溶劑清理則清理表面過于光滑不利于涂層粘接。
       
      噴丸的特點:
       
      1、清理的靈活性大。容易清理復雜工件的內外表面和管件的內壁;并且不受場地的限制,可以將其移至到特大型工件附近進行清理。
       
      2、設備結構簡單,整機投資少,易損件少,維修費用低。 3、消耗能量大,必須配備大功率的空壓站 4、清理表面易有潮氣,容易生繡。 5、清理效率低,操作人員多,勞動強度大。 拋丸的特點:
       
      1、靈活性差。受場地的限制,清理工件有些盲目性,在工件內衛表面易產生清理不到的死角、
       
      2、不用壓縮空氣加速彈丸,不必設臵大功率的空壓站, 3、清理表面不易有潮氣,不容易生繡。
       
      4、設備結構比較復雜,易損件多,特別是葉片等零件,維修工時多,費用高。 5、清理效率高,費用低,操作人員少,容易實現自動化控制,適用于大批量生產。 噴丸
       
      噴丸shot peening 。用噴丸進行表面處理,打擊力大,清理效果明顯。但噴丸對薄板工件的處理,容易使工件變形,且鋼丸打擊到工件表面(無論拋丸或噴丸)使金屬基材產生變形,由于Fe3O4和Fe2O3沒有塑性,破碎后剝離,而油膜與基材一同變形,所以對帶有油污的工件,拋丸、噴丸無法徹底清除油污。在現有的工件表面處理方法中,清理效果最佳的還數噴砂清理。噴砂適用于工件表面要求較高的清理。但是我國目前通用噴砂設備中多由鉸龍、刮板、斗式提升機等原始笨重輸砂機械組成。
       
      噴丸與拋丸的區別
       
      噴丸使用高壓風或壓縮空氣作動力,而拋丸一般為高速旋轉的飛輪將鋼砂高速拋射出去。拋丸效率高,但會有死角,而噴丸比較靈活,但動力消耗大。
       
      兩種工藝雖噴射動力和方式不同,但都是高速沖擊工件為目的,其效果也基本相同,相比而言,噴丸比較精細,容易控制精度,但效率不及拋丸之高,適形狀復雜的小型工件,拋丸比較經濟實用,容易控制效率和成本,可以控制丸料的粒度來控制噴射效果,但會有死角,適合于形面單一的工件批量加工.
       
      兩種工藝的選用主要取決工件的形狀和加工效率.
       
      噴丸與噴砂的區別
       
      噴丸與噴砂都是使用高壓風或壓縮空氣作動力,將其高速的吹出去沖擊工件表面達到清理效果,但選擇的介質不同,效果也不相同.
       
      噴砂處理后,工件表面污物被清除掉,工件表面被微量破壞,表面積大幅增加,從而增加了工件與涂/鍍層的結合強度.
       
      經過噴砂處理的工件表面為金屬本色,但是由于表面為毛糙面,光線被折射掉,故沒有金屬光澤,為發暗表面.
       
      噴丸處理后,工件表面污物被清除掉,工件表面被微量而不被破壞,表面積有所增加.由于加工過程中,工件表面沒有被破壞,加工時產生的多余能量就會引會工件基體的表面強化.
       
      經過噴丸處理的工件表面也為金屬本色,但是由于表面為球狀面,光線部分被折射掉,故工件加工為亞光效果. 磷化
       
      磷化(phosphorization)是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程,所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。磷化的目的主要是:給基體金屬提供保護,在一定程度上防止金屬被腐蝕;用于涂漆前打底,提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力;在金屬冷加工工藝中起減摩潤滑使用。 鈍化
       
      其鈍化的機理可用薄膜理論來解釋,即認為鈍化是由于金屬與氧化性質作用,作用時在金屬表面生成 一種非常薄的、致密的、覆蓋性能良好的、牢固地吸附在金屬表面上的鈍化膜。這層膜成獨立相存在,通常是氧化金屬的化合物。它起著把金屬與腐蝕介質完全隔開的作用,防止金屬與腐蝕介質接觸,從而使金屬基本停止溶解形成鈍態達到防腐蝕的作用。 鈍化的優點
       
      1、與傳統的物理封閉法相比,鈍化處理后具有絕對不增加工件厚度和改變顏色的特點、提高了產品的精密度和附加值,使操作更方便;
       
      2、由于鈍化的過程屬于無反應狀態進行,鈍化劑可反復添加使用,因此壽命更長、成本更經濟。
       
      3、鈍化促使金屬表面形成的氧分子結構鈍化膜、膜層致密、性能穩定,并且在空氣中同時具有自行修復作用,因此與傳統的涂防銹油的方法相比,鈍化形成的鈍化膜更穩定、更具耐蝕性。
       
      金屬或合金受一些因素影響,化學穩定性明顯增強的現象,稱為鈍化。由某些鈍化劑(化學藥品)所引起的金屬鈍化現象,稱為化學鈍化。如濃HNO3、濃H2SO4、HClO3、K2Cr2O7、KMnO4等氧化劑都可使金屬鈍化。金屬鈍化后,其電極電勢向正方向移動,使其失去了原有的特性,如鈍化了的鐵在銅鹽中不能將銅臵換出。此外,用電化學方法也可使金屬鈍化,如將Fe臵于H2SO4溶液中作為陽極,用外加電流使陽極極化,采用一定儀器使鐵電位升高一定程度,Fe就鈍化了。由陽極極化引起的金屬鈍化現象,叫陽極鈍化或電化學鈍化。 噴涂
       
      利用壓力或靜電力將油漆或粉末附著在工件表面,使工件有防腐和外觀裝飾作用. 烤漆
       
      在基材上打上底漆、面漆,每上一遍漆,都送入無塵衡溫烤房,烘烤。 浸滲
       
      是一種微孔(細縫)滲透密封工藝。將密封介質(通常是低粘度液體)通過自然滲透(即微孔自吸)、抽真空和加壓等方法滲入微孔(細縫)中,將縫隙填充滿,然后通過自然(室溫)、冷卻或加熱等方法將縫隙里的密封介質固化,達到密封縫隙的作用。 噴油
       
      將油漆噴在產品表面,自然風干的方式。 拋光
       
      利用柔性拋光工具和磨料顆粒或其他拋光介質對工件表面進行的修飾加工。拋光不能提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度,而是以得到光滑表面或鏡面光澤為目的,有時也用以消除光澤(消光)。通常以拋光輪作為拋光工具。拋光輪一般用多層帆布、毛氈或皮革疊制而成,兩側用金屬圓板夾緊,其輪緣涂敷由微粉磨料和油脂等均勻混合而成的拋光劑。拋光時,高速旋轉的拋光輪(圓周速度在20米/秒以上)壓向工件,使磨料對工件表面產生滾壓和微量切削,從而獲得光亮的加工表面,表面粗糙度一般可達Ra0.63~0.01微米;當采用非油脂性的消光拋光劑時,可對光亮表面消光以改善外觀。對產品表面要求稍低時,常采用滾筒拋光的方法。粗拋時將大量磨料和產品放在罐狀滾筒中,滾筒轉動時,使產品與磨料等在筒內隨機地滾動碰撞以達到去除表面凸鋒而減小表面粗糙度的目的。

      超聲波清洗;是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進;緊固件的表面處理:;緊固件表面處理的選擇;由于幾乎所有商業緊固件都是由碳鋼、合金鋼制成,一;電鍍鋅;電鍍鋅是商業緊固件最常用的鍍層;電鍍鋅加工過程易產生氫脆,所以10.9級以上的螺;電鍍鋅的緊固件扭矩—預緊力一致性較差,且不穩定,;磷化(磷化相對鍍鋅便宜,耐腐蝕性能比鍍鋅差);磷化相對鍍鋅便宜,耐
       
       
      超聲波清洗
       
      是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進流作用對液體和污物直接、間接的作用,使污物層被分散、乳化、剝離而達到清洗目的。
       
      緊固件的表面處理:
       
      緊固件表面處理的選擇
       
      由于幾乎所有商業緊固件都是由碳鋼、合金鋼制成,一些種類的緊固件希望能防止腐蝕,即使使用防腐蝕材料的緊固件,仍然需要表面處理來防止不同材料的腐蝕。此外,表面處理的鍍層必須附著牢固,不能在安裝和卸下的過程中脫落,對螺紋緊固件,鍍層還需足夠薄,使得鍍后螺紋仍能旋合。一般鍍層的溫度限制比緊固件材料要低,因此還需考慮緊固件所處的工作溫度要求。對于表面處理,人們一般關注的是美觀和防腐,但緊固件的主要功能是緊固零部件,而表面處理對緊固件的緊固性能也有很大的影響,所以,選擇表面處理時,也應考慮緊固性能的因素,即安裝扭矩—預緊力的一致性。一名高水平的設計者,不僅應考慮設計,還因注意到裝配的工藝性,甚至環保要求。下面根據上述因素簡要介紹一些緊固件常用的鍍層,以供設計人員和緊固件從業人員參考。
       
      電鍍鋅
       
      電鍍鋅是商業緊固件最常用的鍍層。它比較便宜,外觀也較好看,可以有黑色、軍綠色。然而,它的防腐性能一般,其防腐性能是鋅鍍(涂)層中最低的。一般電鍍鋅中性鹽霧試驗在72小時之內,也有采用特殊封閉劑,使得中性鹽霧試驗達200小時以上,但價格貴,是一般鍍鋅的5~8倍。
       
      電鍍鋅加工過程易產生氫脆,所以10.9級以上的螺栓一般不采用鍍鋅的處理.雖然鍍后可以用烘箱去氫,但因鈍化膜在60℃以上時將遭破壞,因此去氫必須在電鍍后鈍化前進行。如此可操作性差,加工成本高。在現實中,一般生產廠不會主動去氫,除非特定客戶的強制要求。
       
      電鍍鋅的緊固件扭矩—預緊力一致性較差,且不穩定,一般不用于重要部位的連接。為了改善扭矩—預緊力一致性,也可采用鍍后涂覆潤滑物質的方法改善和提高扭矩—預緊力一致性。
       
      磷化( 磷化相對鍍鋅便宜,耐腐蝕性能比鍍鋅差)
       
      磷化相對鍍鋅便宜,耐腐蝕性能比鍍鋅差。磷化后應涂油,其耐腐蝕性能的高低與所涂油的性能有很大的關系。例如,磷化后涂一般的防銹油,中性鹽霧試驗也只有10~20小時。涂高檔的防銹油,則可達72~96小時。但其價格是一般磷化涂油的2~3倍。
       
      緊固件磷化常用的兩種,鋅系磷化和錳系磷化。鋅系磷化潤滑性能比錳系磷化好,錳系磷化抗腐蝕性,耐磨性鍍鋅較好。它的使用溫度可達華氏225度到400度
       
      (107~204℃)。
       
      工業用緊固件很多用磷化涂油處理。因為它扭矩—預緊力一致性很好,裝配時能保證達到設計所預期的緊固要求,所以在工業中使用較多。特別是一些重要零部件的連接。如,鋼結構連接副,發動機的連桿螺栓、螺母,缸蓋、主軸承、飛輪螺栓,車輪螺栓螺母等。
       
      高強度螺栓采用磷化,還可以避免氫脆問題,所以在工業領域10.9級以上的螺栓一般采用磷化表面處理。
       
      氧化(發黑)
       
      發黑+涂油是工業緊固件很流行的鍍層,因為它最便宜,并且在油耗盡之前看起來不錯。由于發黑幾乎無防銹能力,所以無油后它很快就會生銹。就是在有油狀態下,其中性鹽霧試驗也只能達到3~5小時。
       
      發黑的緊固件扭矩—預緊力一致性也很差。如需提高,可以在裝配時在內處螺紋上涂抹油脂后再旋合。
       
      電鍍鎘(價格約是電鍍鋅的15~20倍)
       
      鎘鍍層耐腐蝕性能很好,特別是在海洋性大氣環境下的耐腐蝕性較其他表面處理好。電鍍鎘的加工過程中的廢液處理費用大,成本高,其價格約是電鍍鋅的15~20倍。所以在一般行業不使用,只用于一些特定的環境。如,用于石油鉆井平臺和海航飛機用緊固件。 電鍍鉻
       
      鉻鍍層在大氣中很穩定,不易變色和失去光澤,硬度高耐磨性好。在緊固件上用鉻鍍層一般是作為裝飾作用。在防腐性要求較高的工業領域很少使用,因為好的鉻電鍍緊固件與不銹鋼同樣昂貴,只是使用不銹鋼強度不夠時,才用鍍鉻緊固件代替。
       
      為了防止腐蝕,鍍鉻前應首先鍍銅和鎳。鉻鍍層可以承受華氏1200度(650℃)的高溫。但也與電鍍鋅一樣存在氫脆問題。
       
      鍍銀、鍍鎳
       
      銀鍍層既可以防腐蝕,又可以作為緊固件的固體潤滑劑。由于成本原因,螺母使用鍍銀,螺栓不用,有時小螺栓也鍍銀。銀在空氣中失去光澤,但可以在華氏1600度下作用。所以,人們利用其耐高溫和潤滑的特性,用于在高溫下工作的緊固件,以防止螺栓、螺母的氧化咬死。
       
      緊固件鍍鎳,主要用于既要防腐,又要導電性好的地方。如車輛電瓶的引出端子等。
       
      熱浸鋅
       
      熱浸鋅為鋅加熱到液體下熱擴散涂層。其鍍層厚度在15~10μm,并且不易控制,但搞腐蝕性好,多用于工程中。熱浸鋅加工過程中污染嚴重,有鋅廢料和鋅蒸汽等。
       
      由于鍍層厚,在緊固件中引發了內外螺紋難以旋合的問題。解決此問題有兩種方法。一種是在鍍后再攻內螺紋,雖然解決了螺紋旋合的問題。但也降低了防腐性能。一種是在螺母攻絲時,使螺紋大于標準紋約有0.16~0.75mm(M5~M30),然后再熱浸鋅這樣雖然也可解決旋合難題,但付出了強度降低的代價。目前,有一種防松螺紋——美國“施必牢”內螺紋可以解決此難題。因其內螺紋與外螺紋未緊固時容隙大,可以用于容得下厚的涂層,所以不影響旋合性,同時防腐性能和強度亦保持原樣,不受影響。
       
      因熱浸鋅加工的溫度原因,它不能用于10.9級以上的緊固件。
       
      滲鋅
       
      滲鋅為鋅粉固態冶金熱擴散涂層。其均勻性好,螺紋、盲孔內都能獲得均勻層。鍍層厚度為10~110μm,并且誤差可控制在10%。它與基體的結合強度和防腐性能在鋅涂層中(電鍍鋅、熱浸鋅、達克羅)是最好的。其加工過程無污染,最環保。
       
      達克羅
       
      不存在氫脆問題,并且扭矩—預緊力一致性能很好。如不考慮六價鉻的環保問題,它實際上最適用于高防腐要求的高強度緊固件。
       
      其他涂層
       
      上述鍍層之外,還有許多金屬或非金屬涂層。這些涂層由各公司詳細闡明。如美加力(MAGNI)、拉斯派特(RUSPERT)、耐美特(NanoMate)、美國TIODIZE公司的鋁伏龍、鈦伏龍。

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