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金属镀层防护技术 1 金属表面转化层技术 2 非金属覆盖层 3 10 防腐蚀表面层技术 热喷涂技术 4 覆盖层保护的特点 (1)基底材料和覆层材料组成复合材料,可以充分发挥基 底材料和覆层材料的优点,满足耐蚀性,物理、机械 和加工性能,以及经济指标多方面的需要。 (2) 覆盖层的保护效果和使用寿命取决于以下因素: 覆层材料在使用环境中的耐蚀性 、强度、塑性和耐 磨性。 保护性覆盖层基本要求: (1) 覆盖层本身耐蚀、化学稳定, 结合牢固, 附着力好; (2) 覆盖层致密, 孔隙率小; (3) 覆盖层良好物理机械性能 (硬度、耐磨性); (4) 一定厚度和均匀性。 覆盖层保护技术的主要种类 电镀 喷涂 渗镀 金属镀层 热浸 金 属 化学镀 覆 盖 层 金属衬里 双金属复合板 阳极氧化 化 学 化学氧化 转化膜 磷酸盐处理,草酸盐处理 铬酸盐处理 油漆涂料 塑料涂覆 非金属 搪瓷 覆盖层 钢衬玻璃 非金属材料衬里 暂时性防锈层 10.1 金属镀层防护技术 n在使用环境中,覆层材 料的电位比基体金属的 电位负,比如铁表面上 用锌作覆层。 n 在覆层缺陷处形成的腐 蚀电池中,覆层是阳极 ,能够对基体金属起到 阴极保护作用。 n 阳极性覆层常用作防护 性覆层。 电解质溶液 锌 钢 锌腐蚀 一、阳极性覆层 二、 阴极性覆层 u在使用环境中,覆层材料的电位比基体金属的电位正,如 铁表面上覆盖铬、镍。 u如果覆盖层存在缺陷,将加速基体金属的腐蚀。因此阴极 性覆层必须足够完整、无孔隙,才能取得好的保护效果。 机械隔离作用。 u覆层的极性不是绝对的,当环境条件改变时,覆层和基体 金属的电偶关系可能发生反转。 电解质溶液 钢腐蚀 铬 钢 镀层金属纯度高,分布均匀,与基体金属结合牢固。 镀层具有较高硬度和耐磨性能。 为获得同样保护效果所需要的覆层金属最少。 镀层厚度容易控制,一般在常温下进行, 电镀适应范围很宽,从正电性金属到负电性金属,从低 熔点金属到高熔点金属,从高纯金属到合金,都可以 进行电镀。 三、几种金属镀层技术简介 1、电镀 u电镀优点 电镀是一种电化学和氧化还原过程。以镀镍为例:将金 属制件浸在金属盐(NiSO4)的溶液中作为阴极,金属镍板作为 阳极,接通直流电源后在制件上就会沉积出金属镀镍层。 u电镀原理 在阳极上的反应为: Ni 2eNi2+(阴极溶解) 4OH4e2H2O+O2 2Cl-2eCl2 在阴极上的反应为: Ni 2+ +2eNi(形成镀层) 2H+ +2eH2 镀液的组成镀液的组成 钢铁零件上镀锌主要作用是防腐蚀,用量占全部电镀零件 的1/3至1/2,是所有电镀品种中产量最大的一个镀种。镀锌具有 成本低、抗蚀性好、美观和耐贮存等优点,在轻工、机电、农 机和国防等工业中得到广泛应用。 钢铁零件上镀镉,在海洋和湿热大气环境中,其保护性能 比锌好,航空、航海及电子工业中的零件大多采用镀镉。但镉 盐有毒,且对环境污染严重,使镀镉的应用受到限制。 锡的腐蚀产物对人类无害,且易于钎焊,镀锡广泛用于 食品罐头包装制品、饮具、餐具及电子工业中很多需要钎焊的 零件。 1) 镀锌 2) 镀镉 3) 镀锡 4) 镀铜 铬在大气中能长久保持光泽,在碱液、硝酸、硫酸及许 多有机酸中不发生反应,镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨 性及较低的摩擦系数,故镀铬常用于防护装饰性镀层,防止 基体金属生锈和美化外观,也常用于提高制品的耐磨性或修 复磨损。 镀铜常作为其他镀层的中间层,以提高表面镀层和基体 金属的结合力。在电力工业中,也可用铁丝镀厚铜来代替纯 铜导线,以减少铜的耗用量。 镀镍的应用面很广,可用于防护装饰性和功能性两方面。 前者主要用于自行车、钟表、家用电器、五金产品、汽车、照 相机等零件的防护装饰性镀层;后者主要用于易磨损产品的 修复电镀。 5) 镀镍 6) 镀铬 2. 化学镀(也称为“无电镀”) u 化学镀是一种不需要通电,依据氧化还原反应原 理,利用强还原剂在含有金属离子的溶液中,将金属 离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层 的方法。 u 化学镀常用溶液:化学镀银、镀镍、镀铜、镀钴、 镀镍磷液、镀镍磷硼液等。 u化学镀镍层与电镀硬铬层相比,硬度和耐磨性能相近 ,但化学镀不需要电源,无电镀硬铬层中出现的脆性 和网状裂纹,而且比电镀镍层孔隙率低,化学稳定性 高。 u近年来又开发了脉冲化学镀,进行化学镀时迭加脉冲 电流,可使镀层更致密,更光亮,组织均匀,结合牢 固,因而较薄镀层就能达到较厚的普通化学镀层相同 的技术指标。 3. 热浸镀层 u将工件浸入熔融的液态镀层金属中,经短时间取出 ,便形成金属覆层。 u这种施工方法最古老,简单,但难以控制覆层厚度 ,操作时金属损耗也大。 u使用热浸法的条件是:基体金属与覆层金属之间能 生成化合物或固溶体,才能具有足够的结合力且不 起皮脱落。 u一般用于钢铁管、板、带、丝的镀锌、锡、铝、铅 锡合金等。 渗 镀 手表表面的金属镀层 热浸有花镀锌板 热浸镀锌钢卷板 电镀亚克力钻 热喷镀 u将金属部件置于选定的介质条件下,使表层金属和介质中的 阴离子反应,生成附着牢固的稳定化合物。这样得到的保护 性覆盖层叫做化学转化膜。 其反应一般式可写成 m M + n AZ - = MmAn + nze u形成化学转化膜的方法有两类: 一类是电化学方法,称为阳极氧化或阳极化。 另一类是化学方法,包括化学氧化,磷酸盐处理,铬酸盐处 理,草酸盐处理。 10.2 金属表面转化层技术 1. 铝的阳极(氧)化 u铝是易钝化金属,表面有天然氧化物膜,但只有0.020.14微 米厚,经阳极化处理可使氧化膜增厚至2030微米,这层氧化 膜与基体金属结合十分牢固,具有很好的保护性能。 u铝阳极化生成的氧化膜包括密膜层和孔膜层。密膜层(阻挡层 )厚度很小,孔膜层存在大量孔隙,因此可以着色处理,获得 装饰性外观。 u着色方法主要有:染料着色和电解着色。 说明: 阳极氧化是将铝或铝合金制件浸沉于酸性电解液中,在外 电流作用下作为阳极,在制件表面上形成与基体牢固结合 的防蚀氧化膜层。 阳极氧化和着色处理常用于汽车、飞机的某些装饰性零件 及工艺品和日用五金制品作装饰性处理。 阳极氧化前要经抛光、除油、清洗等预处理,其后要进行 冲洗、着色和封闭等处理。 阳极氧化的氧化膜可染成黑色、红色、蓝色、绿色、金黄 色和茶色等。 封闭处理: u不管是着色或不着色的阳极化膜都需要进行封闭,使 孔闭合以提高膜的保护性能和保持着色效果。 u 封闭的方法有: 蒸汽封闭 热水封闭(90100C) 镍盐和钴盐溶液封闭 重铬酸盐溶液封闭等 孔膜层 密膜层 铝 水合氧化铝 膜孔 未封闭 已封闭 铝的阳极化膜结构示意 2. 钢铁的化学氧化 u 将钢铁部件放入选定的溶液中,发生化学 反应,生成一层致密的氧化物膜这种方法 在工厂中叫做“发蓝”或“煮黑”。 u钢铁的化学氧化有碱性法和酸性法。 u 非金属涂层在化工防腐中普遍应用。 u特点 施工简便, 适应性广, 重涂容易, 成本、 施工费用低。 u有机涂料最重要非金属涂覆层,利用有机 涂料的胶粘性和粘附性,在表面固化成薄覆盖层 ,使金属(材料)与腐蚀环境隔离而起到防腐,发 展迅猛。 10.3 非金属覆盖层 1.涂层保护机理 阻挡作用高聚物结构间隙平均直径104106 mm, 而H2O, O2分子直径为几个埃, 涂料应选用结构致密成 膜物质和屏蔽大固体填料,增加涂覆层数和厚度, 厚 度为0.30.4mm时, 抗渗大为提高。 电化学保护涂料内活性填料如锌电位较负, 可起牺牲阳 极保护作用, 而锌腐蚀产物又可填塞空隙, 腐蚀下降。 缓蚀作用涂料内组分如红丹, 铬锌黄使金属钝化, 或具缓蚀剂作用。 2.涂层破坏形式 涂层存在各种缺陷, 引起金属局部腐蚀, 导致涂层 鼓泡、剥离、脱落等腐蚀破坏: 涂层下残碱, 残盐或氧化物等使腐蚀发生而导致涂层 脱落; 介质渗透到涂层下, 引起浓差电池, 腐蚀使涂层破坏; 涂层受水浸渍后吸收水分,体积增加, 内应力使涂 层鼓泡; 光照、温度、化学介质、磨损、机械损伤等引起涂 层本身的破坏; 施工不当而引起的破坏。 涂料 主成膜物质 辅成膜物质 次成膜物质(填料) 油料和树脂 半干性油 干性油 天然/合成树脂固化剂固化 氧与油料不饱和双键聚合而固化 溶剂挥发固化 聚乙烯、聚过氯乙烯等 环氧、酚醛、呋喃、聚脂等 着色颜料 防锈颜料红丹(Pb3O4)、锌铬黄、锌粉、磷酸盐等 体质颜料(Fe2O3、铝粉、有机铬酸盐等)。 各种溶剂、稀释剂、催干剂、 固化剂、防雾剂、增塑剂、触 变剂、缓蚀剂等。 3.涂料的组成 4. 常用涂料(油漆) 磁漆(树脂漆):用清漆与着色颜料调配的色漆,有酚醛磁漆、 醇酸磁漆等。 清漆:不含颜料的透明漆,由树脂、溶剂及催干剂制成的 涂料。 厚漆:由干性油、颜料混合而成的涂料。使用时用清油调到合 适粘度。该漆干燥慢、漆膜软,炎热潮湿天气有反粘现象 调合漆:已调制好,不用加任何材料即可使用的涂料,分油性 调和漆和磁性调和漆两种。 腻子:由各种填料加入少量漆料配制的糊状物。主要用于底漆 前,使基体表面平整。 烘漆(烤漆):涂于基体后需经烘烤才能干燥成膜的漆。 水溶漆、乳胶漆:可用水作稀释剂的涂料。水溶漆是以水溶性 树脂为主要成分的漆;乳胶漆是以乳胶(合成树脂)为主要成分 的漆。 大漆(天然漆):特点是漆膜耐久性、耐酸性、耐油性、耐水性 、光泽性均较好。 底漆:直接涂于基体表面作为面漆基础的涂料,有环氧底漆、 酚醛底漆等。 5. 涂料合理选用 介质环境环境条件与涂料适用范围一致, 考虑环境介质酸 碱性、氧化性、腐蚀性、温度、光照等。 表面性质针对不同保护对象基体性质, 选择不同保护特性 、粘合能力涂料。如酸固化涂料不能涂覆在易被酸腐蚀的钢铁 表面,红丹不能用于铝、锌表面。 工程要求主要是针对保护要求年限、投资额等经济指标 加以综合参考。 涂料性能合理配套重要,如用环氧基涂料等粘附性好的 涂料作底漆,用磷化底漆作过渡中间层,聚乙烯类作面漆等。 合理配套可获的具有互补型、功能型,保护效果优良的涂层。 腻子层, 填平,环氧+填料 Fe 底层(环氧). 附着力强 热膨胀系数小 增强层 多层玻璃织物 树脂浸润 面层 致密,抗渗, 耐蚀, 耐磨 u 阴极保护 + 表面涂覆 表面涂覆 本身缺陷: 微孔、结
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