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內(nèi)容編輯表面處理技術(shù)培訓(xùn)講義
一、金屬的腐蝕
按原理分：
1.化學(xué)腐蝕（緩慢的、均勻的、沒有腐蝕電流產(chǎn)生）——化學(xué)浸蝕溶解
2.電化學(xué)腐蝕（有腐蝕電流產(chǎn)生，快速的、不均勻的）是最廣泛的腐蝕形式
按破壞形式分：點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、絲狀腐蝕、磨損腐蝕等。
按腐蝕介質(zhì)分：大氣腐蝕、土壤腐蝕、海水腐蝕、生物腐蝕、融鹽腐蝕等
二、電化學(xué)腐蝕原理
1.陰極，陽極、腐蝕介質(zhì)（電解液）
構(gòu)成原電池，陽極發(fā)生腐蝕溶解，產(chǎn)生腐蝕電流。銅鋅電池原理圖
2.金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位
金屬活動性順序表（鉀鈣鈉鎂鋁鋅鐵錫鉛（氫）銅汞銀鉑金）活性越強(qiáng)，電位越負(fù)，自然界沒有金屬態(tài)存在（如鈉、鉀、鋁）；電位越正，自然界有金屬態(tài)存在（如銅、銀、金）。
穩(wěn)態(tài)能級——原子序數(shù)小的堿金屬、堿土金屬很容易失去電子達(dá)到穩(wěn)態(tài)能級，形成金屬離子。大原子序數(shù)金屬表面電子多，能級較高，較小的能量不容易引起電子躍遷，穩(wěn)態(tài)發(fā)生變化，因此，性質(zhì)很穩(wěn)定。
3.電位差
兩種材料由于標(biāo)準(zhǔn)電極電位的不同，導(dǎo)致兩者之間形成電位差。如果有腐蝕介質(zhì)存在，就會發(fā)生電化學(xué)腐蝕。如鋼材，是由鐵和碳組成，如果將鋼材直接暴露在潮濕的空氣中，鋼材就會很快的腐蝕生銹。電位差越大的合金材料，越容易腐蝕，如硬鋁12（鋁銅合金）和鋁鎂合金相比，鋁鎂合金耐蝕性明顯好于鋁銅合金。另如鋁壓鑄件、鋅鋁壓鑄件。
三、金屬的防護(hù)
1.電鍍/化學(xué)鍍
幾種保護(hù)方式①犧牲陽極——陽極性鍍層（鋼鐵表面各種鍍鋅、銅表面鍍鎳等）
②惰性隔離層——陰極性鍍層（鋁合金化學(xué)鍍鎳，銅合金鍍銀、金）鍍層必須致密無空隙，否則，腐蝕將會加劇。
③鍍層組合——銅+鎳（雙層或三層）+鉻，銅+鎳+金，利用層間電位差將縱向大電流腐蝕轉(zhuǎn)化為橫向小電流分散的均勻腐蝕，
2.轉(zhuǎn)化膜
鈍化層——表面形成一層致密的惰性膜層，阻止了底層的進(jìn)一步腐蝕。鋼鐵的發(fā)藍(lán)，磷化、鋁的化學(xué)氧化和陽極氧化，不銹鋼的鈍化，銅的氧化
3.涂層
各種有機(jī)涂料——通過固化成膜，在金屬表面形成一層致密的有機(jī)保護(hù)膜。按成膜物質(zhì)來分：酚醛樹脂涂料、醇酸涂料、丙烯酸涂料、聚酯涂料、環(huán)氧樹脂涂料、聚氨酯涂料等。按分散形式來分：有機(jī)溶劑涂料（單組分、雙組分）、水性涂料、無溶劑涂料（粉末涂料）。
4.表面改姓
化學(xué)熱處理（滲碳、滲氮、碳氮共滲），物理氣相沉積（真空蒸發(fā)鍍、真空濺射鍍、離子注入），激光改姓、電子束改性。
四、鍍覆層的設(shè)計選擇
1.環(huán)境條件分類
良好條件：不暴露在大氣中，相對濕度不大于70%，密封條件下，不受腐蝕介質(zhì)作用。
一般條件：非露天，一般大氣條件，相對濕度不大于95%。
惡劣條件：戶外、露天，受各種腐蝕介質(zhì)作用，相對濕度會大于95%。
特殊條件：高溫、低溫、耐磨、特殊介質(zhì)環(huán)境。
2.接觸偶
兩種材料的電位差大小決定了接觸偶得大�。ㄒ姳�3）。電位差越大，腐蝕越快。一般條件下，標(biāo)準(zhǔn)電極電位差不超過0.5伏時，可以安全使用。
接觸偶等級：0級——不引起接觸腐蝕可安全使用
1級——引起接觸腐蝕，但影響不嚴(yán)重，在多數(shù)場合下可以使用，熱帶海洋環(huán)境例外。（需進(jìn)行涂裝）
2級——引起嚴(yán)重的接觸腐蝕，除在有空調(diào)的干燥室內(nèi)或密封良好的條件下，一般不宜采用。（必須用絕緣墊片隔離）
接觸偶設(shè)計過程中，應(yīng)盡量避免大陰極小陽極現(xiàn)象出現(xiàn)。
3.鍍覆層設(shè)計原則
鍍覆層設(shè)計時須考慮以下各項(xiàng)因素：
①零件的材料、結(jié)構(gòu)、形狀、配合公差
②零件儲存和使用環(huán)境條件特征
③金屬鍍覆層的特性和分類、應(yīng)用范圍、厚度系列與選擇原則
④金屬材料接觸偶級別
⑤鍍覆的目的和各種性能要求
⑥鍍覆層的表示方法
根據(jù)電化學(xué)特征，結(jié)構(gòu)設(shè)計中盡量避免兩端盲孔等溶液無法進(jìn)入或流動的區(qū)域和結(jié)構(gòu)，當(dāng)孔較小、較深時，要增加工藝橫孔，以提高溶液流動性和改善電場分布，提高鍍層均勻性和可鍍性。
黑色金屬電鍍后會不同程度的產(chǎn)生氫脆抗疲勞性能下降，需要受力的高強(qiáng)度鋼和薄壁零件，要注意氫脆、疲勞和應(yīng)力集中等。
鍍層組合不可隨意設(shè)計，必須經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證性能滿足各項(xiàng)要求的鍍層組合才可以采用。
帶有螺紋連接、壓合、搭接、鉚接、電焊、單面焊等組件，因存在縫隙，原則上不可以進(jìn)行鍍覆。
應(yīng)注意鍍覆層的使用溫度范圍，超過允許的使用范圍時，不僅會導(dǎo)致性能無法達(dá)到，甚至可能引起基體金屬的開裂和脆斷。
在密閉情況下，應(yīng)考慮有機(jī)揮發(fā)氣氛對鋅鎘鍍層的腐蝕作用。
五、結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見鍍覆層介紹
1.鍍鋅
鍍鋅層為銀白色，鈍化后具有不同的顏色。
彩虹色鈍化——耐蝕性好，膜層導(dǎo)電，裝飾性差。工藝成熟，應(yīng)用最廣泛，
藍(lán)白色鈍化——裝飾性好，耐蝕性差，適用于使用環(huán)境好、要求不高的零件
銀白色鈍化——裝飾性好，耐蝕性差，適用于使用環(huán)境好、要求不高的零件
黑色鈍化——有一定的裝飾性、耐磨性好、耐蝕性好，適用于有一定裝飾和耐磨要求的零件。
軍綠色鈍化——有一定的裝飾性、耐蝕性很好、導(dǎo)電性差，適用于有一定外觀裝飾和好的防腐性能要求的零件。
對于鋼和銅，鋅是陽極性鍍層，在一般環(huán)境下有較好的防護(hù)性能。但在海水、海霧直接接觸的情況下，其防護(hù)性能不如鎘鍍層。
使用溫度不應(yīng)超過250度，否則會產(chǎn)生鎘脆，再低于70度的環(huán)境和高于70度的水中，耐蝕性顯著下降。
在密封和空氣不流通時，非金屬揮發(fā)物（低分子羧酸、酚、醛、氨氣）能腐蝕鋅鍍層。促使其迅速產(chǎn)生“白霜”。
2.鍍鎳
鍍層為稍帶淡黃的銀白色，對于鋼為陰極性鍍層，因此，單層鎳不宜作防護(hù)層，常以銅+鎳+鉻復(fù)合鍍層作為防護(hù)層
具有良好的抗氧化性，在300——600度條件下能防止零件氧化，常溫下具有磁性，加熱到360度失去磁性。
硬度低于鉻，只能承受輕微的磨擦。但鍍層較硬不易擴(kuò)善，因此經(jīng)常做為貴金屬電鍍和許多裝飾性鍍層的中間層。
由于不同的添加劑可以鍍出成分不同鎳鍍層，因此派生出許多性能不同的鍍鎳層并可以進(jìn)行組合：暗鎳、半光亮鎳、光亮鎳、高硫鎳、黑鎳、珍珠鎳。
鍍層特性
目前，暗鎳已很少使用，其優(yōu)點(diǎn)：鍍層無應(yīng)力，缺點(diǎn)：外觀差，不耐指紋，鍍液對雜質(zhì)敏感，工藝不穩(wěn)定。
半光亮鎳：優(yōu)點(diǎn)是鍍層基本無應(yīng)力，可取代暗鎳。缺點(diǎn)是使用添加劑，含量難以化驗(yàn)，只能根據(jù)試片和經(jīng)驗(yàn)判定，精確控制有一定的難度。
光亮鎳：優(yōu)點(diǎn)是外觀裝飾性好，可以達(dá)到鏡面光亮，鍍層硬度較高，缺點(diǎn)：鍍層有脆性，不適用于需彎曲或垂直受力的零件，表面如果不在鍍裝飾鉻，外觀很容易氧化變色，耐磨性也不如鉻層。
高硫鎳：鍍層夾雜的硫含量較高，鍍層活性較強(qiáng)，作為半亮鎳和兩鎳的中間層，提高鎳層間的電位差，將縱向腐蝕轉(zhuǎn)化為橫向腐蝕，起到犧牲陽極的作用，現(xiàn)在已很少采用。
黑鎳：有一定硬度和消光性，可以緩解視覺疲勞。但鍍層顏色不耐久，適用于光學(xué)、武器和銘牌等相關(guān)部件，缺點(diǎn)耐蝕性差，須有后處理。工藝穩(wěn)定性也不太好。
珍珠鎳：又叫緞面鎳，沙鎳。外觀裝飾性鍍層，具有霧面效果。底層需亮鎳打底。缺點(diǎn)是工藝穩(wěn)定性較差。
3.鍍硬鉻和鍍裝飾鉻
鍍鉻層的顏色為稍帶淺藍(lán)色調(diào)的的銀白色，鉻的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比鐵低，但由于鉻在大氣中具有鈍化能力，所以鉻鍍層對于鋼是陰極性鍍層，對于銅合金（黃銅除外）是陽極性鍍層，對于鋁合金是陰極性鍍層。
硬鉻
硬鉻層硬度為HV900—1200。
硬鉻鍍層具有較高的耐熱性，400度時開始氧化，并且，硬度隨之降低。硬鉻鍍層具有高硬度和低的磨擦系數(shù)。有很高的耐磨性，但鍍層脆不能承受彎曲和沖擊。
鍍鉻過程對鋼基體的力學(xué)性能有影響，疲勞性能下降幅度較大。
裝飾鉻
裝飾鉻鍍層具有很高的反光性能，并能長時間保持其反光性。
由于鉻鍍層本身具有微裂紋且多孔，因此，單層鉻鍍層不宜作防護(hù)層用。要提高耐蝕能力，必須先鍍銅再鍍雙層鎳。底層采用酸性鍍銅或氰化鍍銅，然后鍍半光亮鎳+光亮鎳（半光亮鎳厚度至少要達(dá)到鎳層總厚度的三分之二），最后鍍0.3微米的鉻即可。鍍裝飾鉻必須達(dá)到鏡面光亮才可鍍鉻，否則達(dá)不到裝飾效果。
鍍黑鉻
鍍層呈深灰色至黑色，比黑鎳鍍層耐磨性好，鍍層硬度HV130—150，在一般的大氣條件下較穩(wěn)定，有良好的消光性能，適用于光學(xué)零件，使用時顏色會逐漸減退。
4.化學(xué)鍍鎳
化學(xué)鍍鎳層對于鋼、鋁及鋁合金是陰極性鍍層，對于銅及銅合金（黃銅除外）是陽極性鍍層。化學(xué)鍍鎳層是層狀結(jié)構(gòu)，孔隙率低，其耐蝕性比鍍鎳好得多。
鍍層硬度比較高，稍有脆性，鍍層中含有磷，因此對導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性有顯著影響。磷含量越高，鍍層硬度越高，耐蝕性越好。
鋼表面化學(xué)鍍鎳層經(jīng)400度熱處理后，硬度可以達(dá)到HV900-1100，可以取代硬鉻層。鍍層具有類似于不銹鋼的外觀，鍍層抗氧化性也比較強(qiáng)。
由于是化學(xué)沉積，鍍層均勻性比電鍍好很多，適用于形狀復(fù)雜，要求鍍層均勻且有防腐或耐磨要求的零件。缺點(diǎn)是工藝較復(fù)雜，成本較高。
5.鋁合金化學(xué)導(dǎo)電氧化
氧化膜比較薄，硬度低，不耐磨，不能錫焊（能點(diǎn)焊），具有較小的接觸電阻，根據(jù)膜厚和工藝不同，顏色有無色、淺黃色、黃綠色和彩虹色。有一定的耐腐蝕性。適用于要求導(dǎo)電且有一定耐蝕性要求的零件。
6.鋁合金陽極氧化
硫酸陽極氧化
陽極氧化是一般鋁合金最常用的防護(hù)和裝飾方法。膜層具有較高的防護(hù)能力，膜層多孔，與油漆的結(jié)合力良好，經(jīng)重鉻酸鉀、熱水封閉空隙，可以提高膜層的耐腐蝕性，用染料填充孔隙，可以得到所需要的各種顏色（含硅鋁合金除外），但著色后的膜層防護(hù)性能低于重鉻酸鉀、熱水填充的膜層。膜層經(jīng)150度以上烘烤時，會出現(xiàn)發(fā)紋，隨著溫度升高發(fā)紋變短變細(xì)，數(shù)量增多，但對耐蝕性無明顯影響。膜層不導(dǎo)電，有一定的耐磨性，膜較脆，基體變形后，膜會出現(xiàn)裂紋。經(jīng)拋光表面，可以得到光亮美觀的膜層，有較好的裝飾性。陽極氧化對鋁合金的疲勞性能有影響。對疲勞性能要求高的零件不宜采用。
硬質(zhì)陽極氧化
硬質(zhì)陽極氧化是使鋁合金零件表面達(dá)到耐磨和防腐蝕的有效辦法。膜層硬度高HV250-400，具有良好的耐磨性、耐熱性、絕緣性和耐蝕性。膜層脆，隨著膜厚增加脆性增大。膜層厚度20-80微米。
瓷質(zhì)陽極氧化
膜層外觀似搪瓷，顏色為淺灰色至鋼灰色。膜層薄，很致密，不透明，具有良好的耐磨性、耐蝕性和電絕緣性，膜層還有一定的韌性，基體變形是不容易崩裂。適用于精密零件的防護(hù)與裝飾。
7.鍍錫和錫鉛
鍍錫層為銀白色或淺灰白色。新的鍍錫層易釬焊，隨著時間的延長，特別是在潮濕的環(huán)境下，易氧化變得不易釬焊。錫鍍層較軟，在干燥的環(huán)境下，化學(xué)穩(wěn)定性好。鍍層導(dǎo)電性能和焊接性能好。適合于需要焊接或?qū)щ姷牧慵?/font>
鍍錫鉛合金層為灰白色。鍍層經(jīng)熱熔后能大大降低孔隙率，易于焊接。在鋼鐵件表面鍍錫時，要有足夠厚的銅層打底。適用于釬焊的零件。
8.磷化和發(fā)藍(lán)
鋼鐵零件發(fā)藍(lán)膜是由不同的氧化鐵所組成，膜層顏色隨合金成分不同而不同，鋼鐵法藍(lán)的零件適合在油中工作，防護(hù)能力較低。生產(chǎn)成本很低。工藝很穩(wěn)定。適用于不適于電鍍的精密機(jī)械零件，武器等。
磷化膜為灰色至暗灰色。膜層具有晶體結(jié)構(gòu)，不導(dǎo)電，硬度低，不耐磨，彈性極小，基體變形時膜層容易脫落。磷化膜與油漆結(jié)合力較好，常用來做油漆的底層。單獨(dú)的磷化膜防護(hù)能力較差，表面涂漆后裝飾和防護(hù)性能大大提高。
9.達(dá)克羅涂覆
達(dá)克羅涂層又叫水基鋅鉻涂層，是由超微鋅片、鋁片及特殊有機(jī)物結(jié)合在一起形成的層狀結(jié)構(gòu)的膜層。由于鋅的陽極保護(hù)作用和鉻酸的鈍化效應(yīng)，鋁對鋅腐蝕的抑制作用，使達(dá)克羅涂層具有超強(qiáng)的耐腐蝕性。由于沒有經(jīng)過酸洗，不會產(chǎn)生氫脆。膜層耐候性良好，有一定的導(dǎo)電性。適用于戶外工作的大型結(jié)構(gòu)件和各種用途的緊固件。是取代熱鍍鋅和電鍍鋅的最佳工藝之一。缺點(diǎn)是：膜層是層狀結(jié)構(gòu)，不太適合作底層使用。