表面处理与涂镀层技术-金属的腐蚀与防护.ppt

第七章 表面处理与涂镀层技术 表面处理与涂镀层技术是从金属材料与腐蚀介质的界面处着手，从而得到防腐蚀的目的，主要包括金属表面处理、金属涂镀层和非金属涂层。 §7.1 金属表面处理 主要包括铝及铝合金的氧化、钢铁的氧化和磷化以及不锈钢的钝化等三部分。 一、铝及铝合金的氧化 铝及铝合金在大气中虽然能够自然形成一层氧化膜，但膜薄 (4～5nm)而疏松多孔，为非晶态、不均匀、不连续的膜层，不能作为可靠的防护-装饰性薄膜。 经化学氧化处理获得的氧化膜，厚度一般在0.3～4μm，质地柔软，耐磨和抗蚀性能均低于阳极氧化膜。所以，除有特殊用途外，很少单独使用。但因为它多孔且具有较好的吸附能力，在其表面再涂漆，可以有效地提高铝及铝合金制品的耐蚀性和装饰性。 经阳极氧化处理获得的氧化膜，厚度一般在5～20μm，硬质阳极氧化膜厚度可达60～250μm，膜层具有以下特性： (1)硬度较高。纯铝氧化膜的硬度比铝合金氧化膜的硬度高。通常它的硬度大小与铝合金的成分、电解液组成及阳极氧化时的工艺条件有关。阳极氧化膜不仅硬度高，而且具有较好的耐磨性，尤其是表面层多孔的氧化膜具有吸附润滑剂的能力，可进一步改善表面的润滑性能。 (2)有较高的耐蚀性。这是由于阳极氧化膜有较高的化学稳定性。经测试，纯铝的阳极氧化膜比铝合金的阳极氧化膜耐蚀性好。这是由于合金成分夹杂或形成金属化合物不能被氧化或被溶解，使得氧化膜不连续或产生空隙，从而导致氧化膜耐蚀性降低。所以一般经阳极氧化后所得膜必须进行封闭处理，才能提高其耐蚀性。 (3)有较强的吸附能力。铝及铝合金的阳极氧化膜为多孔结构，具有很强的吸附能力，所以给孔内填充各种颜料、润滑剂、树脂等进一步提高铝制品的防护、绝缘、耐磨和装饰性能。 (4)有很好的绝缘性能。铝及铝合金的阳极氧化膜，已不具备金属的导电性质，而成为良好的绝缘材料。 (5)绝热抗热性能好。这是因为阳极氧化膜的导热系数大大低于纯铝。阳极氧化膜可耐l773K，而纯铝只能耐933K。 综上所述，铝及铝合金经化学氧化处理，特别是阳极氧化处理后，其表面形成的氧化膜具有良好的防护装饰等特性。因此被广泛用于航空、电器、机械制造和轻工业等方面，汽车工业也趋于采用轻质的铝及铝合金。 下面介绍几种阳极氧化的工艺特点。 a．硫酸阳极氧化 硫酸阳极氧化工艺获得的铝氧化膜外观呈无色透明状，厚度约为5～20μm，硬度较高，孔隙较多(一般孔隙率在10%～15%)，吸附力强，有利于染色。经封闭处理后，具有较高的抗蚀能力，主要用于防护和装饰目的。 硫酸阳极氧化工艺简单，操作方便；溶液稳定，成本低廉；不需要高压电源，电能消耗较少；氧化时间短，氧化效率高；适用范围广。除不适合松孔度大的铸件、点焊件和铆接组合件外，对其他铝合金都适用。 该工艺的缺点：氧化过程中产生大量的热，槽温升高太快，生产时需要降温装置。 b．铬酸阳极氧化 铬酸阳极氧化得到的氧化膜较薄，一般1～5μm，膜层 质地较软，弹性高，具有不透明的灰白色至深灰色外观。氧化膜孔隙极少，染色困难。其耐磨性不如硫酸阳极氧化膜，但在同样厚度条件下，它的抗蚀能力比不经封闭处理的硫酸阳极氧化膜高。铬酸阳极氧化可以用来检查铝及铝合金材料的晶粒度、纤维方向、表面裂纹等冶金缺陷。该膜层与有机涂料的结合力良好，是油漆等有机涂料的良好底层。 由于铝在铬酸氧化液中不易溶解，形成氧化膜后，仍能保持原来零件的精度和表面粗糙度，因此铬酸阳极氧化工艺适用于容差小，表面粗糙度低的零件以及铸件、铆接件和点焊件等，不适用于含铜量大于4%和含硅量较高的铝合金零件。 c．硬质阳极氧化 硬质阳极氧化是一种厚层阳极氧化工艺，氧化膜最大厚度可达250～300μ m，镀层硬度很高，在铝合金上纤维硬度(HV)可达2452～4903MPa，而在纯铝上可达11768～14710MPa，且其内层硬度大于外层。因膜层有孔隙，可吸附各种润滑剂，增加了减磨能力。膜层导热性很差，其熔点高达2323K。电阻系数较大，经过封孔处理(浸绝缘油漆或石蜡)，击穿电压高达2000V，在大气中有较强的抗蚀能力。 因此，在国防工业和各种机械制造工业上获得广泛应用，其中主要用于要求耐磨、耐热、绝缘的铝合金零件上，如活塞、汽缸、轴承、飞机货轮的地板、滚棒、导轨等。其缺点是当膜厚度大时，对铝合金的疲劳强度有影响。 获得硬质阳极氧化膜的溶液很多，如硫酸、草酸、