常用表面处理方式及检验标准

常用表面处理方式及检验标准报告人：沈斌磊时间：2012-03-22前言任何物体都是由各种单个零件通过表面连接在一起的，这些表面不仅要满足运行工况的要求，而且要承受气候环境的侵蚀。任何产品都不可能回避表面，而腐蚀从表面开始、磨损在表面进行、装饰美化在表面，所以任何产品都要善待表面，处理好表面，设计好表面，才能保证产品的性能和质量。由此可见，表面处理的必要性。概述表面处理是在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。表面处理的目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求。以下重点介绍表面处理：1.前处理2.电镀3.烤漆4.涂料表面处理的作用表面处理方式作用例证喷涂-Al₂O₃涂层以防基体金属过热，起隔热作用高温炉感应圈，热处理夹具热喷涂-锌涂层用于屏蔽电磁波无线电频率的干扰计算机终端装置，感光电子设备涂料-环氧粉末涂料防腐，无污染海底，埋地管道表面处理的选择表面处理方式适合材质条件铬酸盐钝化钢铜锌镉铝镁钛能与电解液发生氧化还原反应形成钝性氧化物喷（抛）丸各种类型的金属材料对表面粗糙度要求不高电镀各种导电材料烤漆几乎所有固态工程材料有一定的粗糙度，保证足够的结合力工件在加工、运输、存放等过程中，表面往往带有氧化皮、铁锈制模残留的型砂、焊渣、尘土以及油和其他污物。如果要使涂层牢固地附着在工件表面上，在涂装前就必须对工件表面进行清理，否则，不仅影响涂层与金属的结合力和抗腐蚀性能，而且还会使基体金属在即使有涂层防护下也能继续腐蚀，使涂层剥落，影响工件的机械性能和使用寿命。所以前处理是非常必要的。1.前处理1.1化学处理1.2喷砂1.3抛丸1.1化学处理主要是利用酸碱性或碱性溶液与工件表面的氧化物及油污发生化学反应，使其溶解在酸性或碱性的溶液中，以达到去除工件表面锈迹氧化皮及油污。利用尼龙制成的毛刷辊或不锈钢丝制成的钢丝刷辊便可达到去除的目的。表面有高温氧化皮的产品经过除氧化皮，抛光本过程主要由化学处理完成，再对大体进行抛光但对于较复杂的结构件和有孔的零件，经酸性溶液酸洗后，浸入缝隙或孔穴中的余酸难以彻底清除，若处理不当，将成为工件以后腐蚀的隐患，且化学物易挥发，成本高，处理后的化学排放工作难度大，若处理不当，将对环境造成严重的污染。随着人们环保意识的提高，此种化学处理方法正被机械处理法取代。1.2喷砂喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料（铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂）高速喷射到需要处理的工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性。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,从而增加了工件与涂/镀层的结合强度。吸入式喷砂原理图喷砂料喷砂石英砂分为普通石英砂，精制石英砂。硬度大，除锈效果好,理化指标如下：SiO2≥88—99.8%，Fe2O3≤0.06—0.005%，耐火度1750---1800℃，外观颗粒均匀，常用粒度为1-3MM和0.1-0.3MM，纯白色。粒度范围大多在5—220目，可按用户要求粒度生产。目是指每平方英寸筛网上的空眼数目。由于手动喷砂一定存在处理不均匀的现象，对表面要求高的产品可使用自动喷砂。自动喷砂机采用三角皮带输送工件，不会积砂，皮带速度配合喷砂工艺要求可实现变频调速；每支喷枪角度可自由调节枪架实现自动变频摇摆并可定点喷砂，灵活性强；采用先进的上旋风分离系统配置，粉尘分离效果好，喷砂效率高。目数粒度um目数粒度um目数粒度um5390014010416001010200017089180081611902007420006.5208402306125005.5257102705330005305903254435004.5355004003840003.4404204603050002.7453505402660002.5502976502170001.2560250800198017890015100150110013120124130011常用目数和尺寸对照表手动喷砂图自动喷砂原理图喷砂功用：喷砂主要用以表面除锈，也可以通过调换不同粒度的磨料，达到不同程度的粗糙度，大大提高工件与涂料、镀料的结合力；也用以清理铸锻件、热处理后工件表面的一切污物使工件露出均匀一致的金属本色，使工件外表更美观，达到美化装饰的作用；也可用以清理工件表面的微小毛刺，并且能在工件表面交界处打出很小的圆角。喷砂前后对比图1.3喷（抛）丸喷（抛）丸过程是弹丸流不断撞击材料表层并使表层材料发生循环塑性变形的过程。喷（抛）丸可以提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐腐蚀性等。还可用于表面消光、去氧化皮和消除铸、锻、焊件的残余应力。高温去应力为消除铸造、锻造、焊接和机加工、冷变形等冷热加工在工件中造成的残余内应力而进行低温退火，一般是将钢件加热至500℃～650℃，保温（一般零件尺寸越大，保温时间也就越长），然后随炉冷却，这种处理可以消除约50%～80%的内应力，不会引起组织变化。由于材料成分、加工方法、内应力大小及分布的不同，以及去除程度的差异，去应力退火温度范围很宽。抛丸机喷丸机喷丸与抛丸的区别喷丸使用高压风或压缩空气作动力，而抛丸一般为高速旋转的飞轮将钢砂高速抛射出去。抛丸效率高，但会有死角，而喷丸比较灵活，但动力消耗大。但都是高速冲击工件为目的,其效果也基本相同。两种工艺的选用主要取决工件的形状和加工效率。抛丸前后对比抛丸丸的种类铸钢丸：韧性较好，其使用寿命为铸铁丸的几倍。铸铁丸：质脆而易于破碎，寿命短，主要用于需喷丸强度高的场合。玻璃丸：硬度较前两者低，主要用于不锈钢、钛、铝、镁及其它不允许铁质污染的材料。弹丸的选择选择原则：根据被强化零件的材料，表面粗糙度以及喷丸强度等来选择可使用弹丸的种类。a.黑色金属零件可使用任何一种弹丸。b.有色金属(铝合金、镁合金、铜合金、钛合金、镍基合金等）最好使用不锈钢丸，如果必须使用高强度的其他弹丸，强化后需去除表面铁粉，防止引起电化学腐蚀。c.对表面粗糙度要求高的零件，选用尺寸较小的弹丸。d.玻璃丸和陶瓷丸适合任何材料的表面强化。e.当需对零件上的圆角、沟槽等部位强化时，所选弹丸尺寸应满足以下要求：（1）弹丸尺寸应小于喷丸区内最小圆角半径的1/2；（2）弹丸尺寸应小于键槽宽度的1/4；（3）当弹丸必须通过槽缝强化下方的表面时，其尺寸应小于槽缝宽度的1/4。2.电镀2.1电镀原理2.2电镀方式2.3电镀的检验标准2.1电镀原理电镀是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。具体操作：电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层，含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。阴极主要反应:Cu2++2e-→Cu阳极主要反应:Cu→Cu2++2e-阴极副反应:2H3O++2e-→H2+2H2O阳极副反应:6H2O→O2+4H3O++4e-2.2电镀方式电镀方式常规电镀脉冲电镀电刷镀电铸滚镀连续电镀挂镀挂镀即利用挂具吊挂制件进行的电镀，工件装夹在挂具上，适宜大零件，每一批能镀的产品数量少，镀层厚度10μm以上的工艺。优点：挂镀适用于一般尺寸的制品,挂镀时，产品独立固定，过程中没有产品间的碰撞，产品表面不会划伤。缺点：小的零件或不规则零件无法进行吊挂。自动挂镀线挂具滚镀过程是这样的：将小零件装进滚筒内，零件靠自身的重力作用将滚筒内的阴极导电装置紧紧压住，然后，滚筒以一定的速度按一定的方向旋转，零件在滚筒内受到旋转作用后不停地翻滚、跌落。同时，金属离子受到电场作用后在零件表面还原为金属镀层，滚筒外新鲜溶液连续不断地通过滚筒壁板上无数的小孔补充到滚筒内，而滚筒内的旧液及电镀过程中产生的氢气也通过这些小孔排出筒外。滚筒滚镀线优点：适用于受形状、大小等因素影响无法或不宜装挂的小零件的电镀。缺点：由于滚筒的封闭式结构，造成了滚镀电镀时间长、镀层厚度不均匀、零件低电流区镀层质量不佳等缺陷，使其在生产中的应用受到影响。连续电镀又称卷对卷电镀，素材一般是带状可以卷起来的，如钢带，连续冲压后的产品，对镀层厚度均一性很高的产品，一般是阵列封装的产品电镀的首选。优点：镀层厚度均一性很高。缺点：对设备要求较高连续电镀刷镀的基本过程是用裹有包套浸渍特种镀液的镀笔（阳极）贴合在工件（阴极）的被镀部位并做相对运动形成镀层，刷镀电源串接于两级之间。特点：(1)无电镀槽，设备简单，不受零件尺寸的限制；(2)电镀工艺简化，如：不需要包扎绝缘等；(3)镀层种类多：均匀、不均匀镀层等；(4)沉积速度快，是有槽电镀的10～15倍；(5)镀后一般不要加工，镀层厚度可控制。电刷镀电刷镀原理图电刷镀脉冲电镀是使电镀回路周期性地接通和断开，或者在固定直流上再叠加某一波形脉冲的电镀方法。用直流电电镀时，在阴极和溶液界面处形成较厚的扩散层，使阴极表面金属离子浓度降低产生浓差极化，使用较大的电流密度不但不能提高镀速，反而使阴极上的氢气析出量增加，电流效率降低，镀层质量变坏出现氢脆、针孔、麻点、烧焦和起泡等。脉冲电镀由于有关断时间，被消耗的金属离子利用这段时间扩散补充到阴极附近、当下一个导通时间到来时，阴极附近的金属离子浓度得以恢复，保证镀层结晶细化，排列紧密，孔隙减少，镀层厚度均匀。脉冲电镀脉冲电镀的优点：1、改善镀层结构，使镀层平滑，细致；2、改善分散能力；3、由上述两点而导致镀层孔隙率低，提高其抗蚀性；4、降低镀层的内应力，提高镀层韧性；5、提高镀层的耐磨性；6、降低镀层中的杂质含量；7、有利于获得成分稳定的合金镀层。脉冲电镀的缺点：1、会促使有机添加剂的分解，造成分解产物的积累而加速镀液的污染，故一般不适用于含有机添加剂的镀液；2、采用脉冲电镀，因镀层均匀，由于工件个别部位要求比其它部位要厚，则要比直流镀时要多镀一些时间才能满足，反而造成浪费。电铸就是把预先按所需形状制成的原模作为阴极，用电铸材料作为阳极，一同放入与阳极材料相同的金属盐溶液中，通以直流电。在电解作用下，原模表面逐渐沉积出金属电铸层，达到所需的厚度后从溶液中取出，将电铸层与原模分离，便获得与原模形状相对应的金属复制件。电铸的主要用途是精确复制微细、复杂和某些难于用其他方法加工的特殊形状模具及工件等，例如制作纸币和邮票的印刷版、唱片压模、铅字字模、玩具滚塑模、模型模具、金属艺术品复制件等。电铸电铸原理图电铸件控制电镀层厚度的主要因素为电流密度、电流效率与电镀时间，同时要考虑主盐浓度、阳极面积、镀液搅拌程度。根据库伦法，通过对所耗的电量的计算得出电镀层的厚度，从而确定电镀件的电镀厚度。电镀厚度2.3电镀的检验标准镀层性能检测，需检验镀层的外观、厚度、结合力等。镀层外观应是光亮或带有柔和浅黄色的银白色。镀层结晶应均匀、细致、光滑、连续。不允许：1）镀层有斑点、黑点、烧焦、粗糙、针孔、麻点、分层、起泡、起皮、脱落；2）树枝状、海绵状和条纹状镀层；3）局部无镀层（盲孔内、以及深度大于直径的孔内部分除外）。电镀镍零件电镀不良因素电源基件溶液电流密度添加剂、导电盐、金属离子浓度等直接影响镀层的好坏电流密度影响镀层的结晶效果电流波形电极电流波形对镀层的结晶组织、光亮、镀液的分散能力和覆盖能力等都有影响.现在多使用脉冲电流电极的形状、尺寸、位置影响镀层的分布效果成分温度搅拌适当的温度可以提高溶液的导电性，促进阳极溶解，提高阴极电流效率，减少针孔，降低镀层内应力等加速溶液对流，降低阴极的浓差极化作用表面状态形状清洁、平整的基件表面镀层效果越好影响电流分布，位置定位等影响电镀因素镀层的缺陷主要有：(1)密着性不好，(2)光泽和平滑性不佳，(3)均一性不良，(4)变色，(5)斑点，(6)粗糙，(7)小孔。缺陷产生的原因有：(1)材质不良，(2)电镀管理不好，(3)电镀工程不完全，(4)电