欢迎访问苏州五强光学科技有限公司官网!
您的位置: 首页 > 行业新闻 >

新闻中心

联系我们 Contact Us

联系人:王先生
手机:17625752299
联系人:高小姐
手机:18068096069
电话:0512-87819159
地址:江苏省苏州市吴中区甪直镇淞河路68-1号

行业新闻

先进的金属表面处理工艺-苏州五强光学

作者:苏州五强 来源: 日期:2022/2/3 14:26:01 人气:286

1.机械表面处理:喷砂、抛丸、抛光、抛光、抛光、抛光、喷漆、抹油…………。

2、化学表面处理:蓝色、黑色、磷化、酸洗、化学镀金属和合金TD处理、QPQ化学氧化处理……。

3、电化学表面处理:阳极氧化、电化学抛光、电镀…………

4、现代表面处理:化学气相沉积CVD、物理气相沉积PVD、激光表面处理…………。

上述方面不是类型,如干喷砂、湿喷砂、雾化喷砂、气水喷砂等……工艺。喷涂包括静电喷涂、火焰喷涂、粉末喷涂、塑料喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂…………工艺。电镀包括镀铜、镀铬、镀锌和镀镍……例如,电镀工艺只取决于镀铜PH不同的值可分为酸性和碱性镀铜两类。根据铜离子和电解质的主要成分,有氰化物镀铜、焦磷酸盐镀铜、柠檬酸盐镀铜、硫酸盐镀铜、酒石酸盐镀铜、氟硼酸盐镀铜及其明亮镀铜。

?

1.?????????高频淬火

1.基本原本原理:

将工件放在用空心铜管绕成的感应器内,通入中频或高频交流电后,在工件表面形成同频率的的感应电流,将零件表面或局部迅速加热(几秒钟内即可升温800~1000℃,心脏仍接近室温)几秒钟后,迅速喷水(浸水)冷却(或喷油冷却),使工件表面或局部达到相应的硬度要求。

1.用途:2用途:

感应加热频率的选择:根据热处理技术和加热深度的要求,加热深度越高,加热深度越浅。

高频(10KHZ以上)加热深度为0.5-2.5mm,一般用于中小型零件的加热,如小模数齿轮和中小轴零件。

中频(1~10KHZ)加热深度为2-10mm,一般用于大直径轴和大中型齿轮加热。

工频(50HZ)加热淬硬层深度为10-20mm,一般用于大尺寸零件的透热和大直径零件(直径&Oslash:300mm表面淬火,如轧辊等。

承受扭转、弯曲等交替负荷的工件需要比心脏承受更高的应力或耐磨性,并对工件表面提出强化要求,适用于碳含量We=0.40~0.50%钢材。

主要方法:

感应加热表面淬火(高频、中频、工作频率)、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解质加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束加热表面淬火

快速加热与立即淬火冷却相结合。

通过快速加热,待加工钢件表面达到淬火温度,热量传递到中心时迅速冷却,只使表面硬化为马氏体,中心仍为退火(或正火和质量调节)组织,具有良好的塑性和韧性。

与普通加热淬火相比:

加热速度非常快,可以扩大A体转变温度范围,缩短转变时间。

淬火后,工件表面可获得极细的隐晶马氏体,硬度略高(2~3HRC)。脆性低,疲劳强度高。

该工艺处理的工件不易氧化脱碳,甚至部分工件处理后可直接组装使用。

淬硬层深,操作控制方便,机械化自动化方便。

火焰表面加热淬火

固溶处理

基本原理:

固溶处理(solution treatment)是指将合金加热到高温单相区的恒温保持,使过剩相完全溶解到固溶体中,以获得过饱和固溶体的热处理过程。

由于操作过程与淬火相似,又称 固溶淬火。适用于以固溶体为基体,温度变化时溶解度变化较大的合金。首先,将合金加热到一定时间以上的溶解曲线和固相线以下,使第二相溶解到固溶体中。然后在水或其他介质中快速冷却,以抑制第二相的再沉淀,以获得室温下的过饱和固溶体或通常只存在于高温下的固溶体相。

由于热力学处于亚稳定状态,在适当的温度或应力条件下会发生脱溶或其他变化。一般来说,热处理是为后续热处理准备的最佳条件。

固溶处理是溶解基体内的碳化物,γ’等于获得均匀的过饱和固溶体,便于及时重新沉淀颗粒小、分布均匀的碳化物和γ’等待加固阶段,消除冷热加工产生的应力,使合金再结晶。其次,固溶处理是为了获得适当的晶粒度,以确保合金的高温抗蠕变性能。

用途:

对大多数有色金属合金而言,固溶处理的目的是获得过饱和固溶体,为后续的时效处理做准备。

各种特殊钢、高温合金、特殊性能合金、有色金属。

尤其适用:1.热处理后理的零件。.消除成型过程中的冷作硬化。.工件焊接后。

方法:

固溶处理的温度范围约为980~1250℃之间,主要根据各合金中的相沉淀和溶解规律和使用要求进行选择,以确保必要的沉淀条件和一定的晶粒度。

原则上,加热温度可以根据相应的相图来确定。上限温度通常接近固相线温度或共晶温度。在如此高的温度下,合金具有最大的固体溶解度和快速扩散速度。但温度不宜过高,否则会导致低熔点共晶和晶界相熔化,即过热,导致淬火开裂,降低韧性。最低加热温度应高于固体溶解度曲线(图中ab线),否则时效后性能不符合要求。

快速冷却通常用于固体溶解处理。快速冷却的目的是抑制冷却过程中第二相的沉淀,确保溶质原子和空间的最大过饱和度,以便在及时性后获得最高的强度和最佳的耐腐蚀性。水是一种广泛使用的有效淬火介质,其冷却速度可以满足大多数铝、镁、铜、镍和铁基合金产品的要求。然而,水淬火很容易产生较大的残余应力和变形。为了克服这一缺点,水温可以适当地升高,或者在油、空气和一些特殊的有机介质中淬火。也可以使用一些特殊的淬火方法,如等温淬火、分级淬火等。

QPQ

基本原理:

QPQ处理,它是Quench-Polish-Quench缩写形式。是指将黑色金属零件放入两种不同性质的盐浴中,通过多种元素渗入金属表面形成复合渗层,从而达到改性零件表面的目的。它没有淬火,但达到了表面淬火的效果,因此在国外被称为QPQ。在中国被称为氮碳氧复合处理技术。

3.2.??简介:

盐浴复合处理:技术完成热处理和防腐处理,处理温度低,时间短,可提高零件表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性,降低摩擦系数,变形小,无污染。优化加工工艺,缩短生产周期,降低生产成本,得到了许多制造商的认可和好评。就像美国一样GE、GM大量使用德国大众、奔驰、日本丰田、本田等。

盐浴复合处理技术是热处理技术和防腐技术的结合,是高耐磨性和高耐腐蚀性的结合,是由多种化合物组成的复合渗透层。因此,国外认为这是金属表面强化技术领域的一个巨大进展,被称为一种新的冶金方法。

3.3.??特点:

l耐磨性好,耐疲劳性好:

?该工艺可以大大提高各种黑色金属零件表面的硬度和耐磨性,降低摩擦系数。产品通过QPQ处理后,耐磨性是常规淬火和高频淬火的16倍以上,是20倍#钢渗碳淬火高9倍以上,比镀硬铬和离子氮化高2倍以上。

疲劳试验表明,该工艺可使中碳钢的疲劳强度提高40%以上,优于离子氮化和气体氮化。该工艺特别适用于形状复杂的零件,解决了技术关键问题,解决了变形问题。

耐腐蚀性好:

根据相同的试验条件,处理几种不同材料和工艺的样品ASTMBll7.盐雾试验温度为35±2℃,相对湿度>95%,5%NaCL喷水溶液。试验结果表明,经QPQ处理后零件的耐腐蚀性为1Crl8Ni9Ti不锈钢的5倍,镀硬铬的70倍,黑色的280倍。

产品处理后变形小:

工件经QPQ处理处理之后几乎没有变形产生,可以有效的解决常规热处理方法难以解决的硬化变形难题。例如:尺寸为510×460×1.5mm的2Cr13不锈钢薄板经QPQ处理后,表面硬度大于HRC60、不平度小于0.5mm。目前,QPQ该技术成功地应用于许多轴部件和细长杆,有效地解决了热处理硬化和产品变形之间的矛盾。

时间周期短热处理工艺和防腐处理工艺,时间周期短

工件经QPQ处理后,在提高硬度和耐磨性的基础上,提高耐腐蚀性,形成黑色美观的外观,可以取代常规的淬火、一回火、黑色(铬)等工艺,缩短生产周期,降低生产成本。大量的生产数据显示,QPQ与渗碳淬火相比,处理节能50%,成本30%,性价比高。

无污染水平高,无环境污染

QPQ各种有害物质的排放量低于国家排放标准的允许值。由于技术先进,质量稳定,QPQ技术应用产品数百种,在全国各地建立了多条生产线。

QPQ技术适用材料范围广泛

从纯铁、低碳钢、结构钢、工具钢到各种高合金钢、不锈钢、铸铁钢到各种高合金钢、不锈钢、铸铁黑色金属材料。

3.4.??应用:

l各种高速钢刀具HSS钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具,提高使用寿命l—特别是对于难加工材料,效果特别突出

l刀杆、刀体 各种机夹刀杆、刀体提高耐磨性、耐擦伤、无变形,很好地满足定位和精度要求,防锈能力强

l模具 适用于各种压铸模具、注塑模具、挤压模具、橡胶模具、玻璃模具等,大大提高了模具的使用寿命,提高了加工零件的表面清洁度

l汽车零件 气门、曲轴、凸轮轴、齿轮、气簧活塞杆、减震器杆、差速器支架、球面销等几十种零件已应用多年,效果显著。

l运动器材 高尔夫球头等,产品直接出口欧美市场。

4.?????氮化处理

4.1.??基本信息:

氮化处理是指氮原子在一定温度下渗入工件表面的化学热处理工艺。氮化处理产品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性和耐高温性。

4.2.??氮化处理简介:

l? 传统合金钢中的铝、铬、钒和钼元素对渗氮非常有帮助。这些元素在渗氮温度下与初始生态氮原子接触时产生稳定的氮化物。特别是钼不仅作为氮化物元素,而且作为降低渗氮温度时的脆性。镍、铜、硅、锰等合金钢中的其他元素对渗氮特性没有多大帮助。一般来说,如果钢含有一种或多种氮化物生成元素,氮化后的效果相对较好。铝是最强的氮化物元素,含有0.85~1.5%铝的渗氮效果最好。对于含铬铬钢,如果含有足够的含量,也能取得良好的效果。但无合金碳钢,由于渗氮层脆,易剥落,不适合作为渗氮钢。

l? 常用的渗氮钢有六种:

(1)含铝元素的低合金钢(标准渗氮钢)

(2)含铬中碳低合金钢 SAE4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800系。

(3)热作模具钢(含约5%铬) SAE H11 (SKD – 61)H12,H13

(4)铁素体和马氏体系不锈钢 SAE 400系

(5)奥氏体系不锈钢 SAE 300系

(6)硬化型不锈钢 17 - 4PH,17 – 7PH,A – 286等

含铝的标准渗氮钢具有较高的硬度和较高的耐磨表面,但其硬化层也非常脆。相反,含铬的低合金钢硬度较低,但硬化层更坚韧,其表面也具有相当的耐磨性和耐磨性。因此,在选择材料时,应注意材料的特点,充分利用其优点,以满足零件的功能。至于工具钢,如工具钢H11(SKD61)D2(SKD – 11),即表面硬度高,心部强度高。

技术流程

氮化物前的零件表面清洗,大多数零件,可使用气体油去除方法立即氮化物。有些零件也需要用汽油清洗,但如果氮化物前的最终处理方法是抛光、研磨、抛光等,可能会产生阻碍氮化物渗漏的表面层,导致氮化物渗漏后氮化物层不均匀或弯曲等缺陷。此时,应使用以下两种方法之一来去除表面层。第一种方法是在氮化物渗漏前用气体去除油。然后用氧化铝粉喷砂表面(abrasive cleaning) (phosphatecoating)。

虽然氮可以在各种分解氨下渗出,但一般使用15~分解率为30%,根据渗氮所需厚度至少保持4%~处理温度为520℃左右。

冷却时,大多数工业渗氮炉都有热交换机,以便在渗氮工作完成后快速冷却加热炉和处理部件。即渗氮完成后,关闭加热电源,降低炉温约50℃,然后将氨的流量增加一倍,然后开始打开换热器。此时,应注意观察连接到排气管上的玻璃瓶中是否有气泡溢出,以确认炉内的正压。当导入炉内的氨稳定时,可以减少氨的流量,直到炉内保持正压。当炉温下降到150℃下面,即使用上述排除炉内气体的方法,进口空气或氮气后才能打开炉盖。

分类:

气体氮化

气体氮化系于1923年由德国AF ry 出版后,将工件放入炉内,利润NH3气直接输进500~550℃氮化炉保持20个~100小时,使NH三气分解为原子状态(N)气与(H)气体和氮气处理在钢表面产生耐药性磨、耐腐蚀之化合物层为主要目的,其厚度约为0.02~0.02m/m,其性质极硬Hv1000~1200,又极脆,NH3之分解率视流量的大小与温度的高低而有所改变,流量愈大则分解度愈低,流量愈小则分解率愈高,温度愈高分解率愈高,温度愈低分解率亦愈低,NH3气在570℃时经热分解如下:NH3→〔N〕Fe + 3/2 H2,

经分解出来的N,随而扩散进入钢的表面形成。相的Fe2 - 3N气体渗氮,一般缺点为硬化层薄而氮化处理时间长。

气体氮化因分解NH3进行渗氮效率低,故一般均固定选用适用于氮化之钢种,如含有Al,Cr,Mo等氮化元素,否则氮化几无法进行,一般使用有JIS、SACM1新JIS、SACM ** 5及SKD61以强韧化处理又称调质,因Al,Cr,Mo等皆为提高变态点温度之元素,故淬火温度高,回火温度亦较普通之构造用合金钢高,此乃在氮化温度长时间加热之间,发生回火脆性,故预先施以调质强韧化处理。NH3气体氮化,因为时间长表面粗糙,硬而较脆不易研磨,而且时间长不经济,用于塑胶射出形机的送料管及螺旋杆的氮化。

液体氮化

液体软氮化主要不同是在氮化层里之有Fe3Nε相,Fe4Nr相存在而不含Fe2Nξ相氮化物,ξ相化合物硬脆在氮化处理上是不良于韧性的氮化物,液体软氮化的方法是将被处理工件,先除锈,脱脂,预热后再置于氮化坩埚内,坩埚内是以TF – 1为主盐剂,被加温到560~600℃处理数分至数小时,依工件所受外力负荷大小,而决定氮化层深度,在处理中,必须在坩埚底部通入一支空气管以一定量之空气氮化盐剂分解为CN或CNO,渗透扩散至工作表面,使工件表面最外层化合物8~9%wt的N及少量的C及扩散层,氮原子扩散入α – Fe基地中使钢件更具耐疲劳性,氮化期间由于CNO之分解消耗,所以不断要在6~8小时处理中化验盐剂成份,以便调整空气量或加入新的盐剂。

液体软氮化处理用的材料为铁金属,氮化后的表面硬度以含有 Al,Cr,Mo,Ti元素者硬度较高,而其含金量愈多而氮化深度愈浅,如炭素钢Hv 350~650,不锈钢Hv1000~1200,氮化钢Hv 800~1100。

液体软氮化适用于耐磨及耐疲劳等汽车零件,缝衣机、照相机等如气缸套处理,气门阀处理、活塞筒处理及不易变形的模具处。采用液体软氮化的国家,西欧各国、美国、苏俄、日本。

离子氮化

此一方法为将一工件放置于氮化炉内,预先将炉内抽成真空达10-2~10-3 Torr(㎜Hg)后导入N2气体或N2 + H2之混合气体,调整炉内达1~10Torr,将炉体接上阳极,工件接上阴极,两极间通以数百伏之直流电压,此时炉内之N2气体则发生光辉放电成正离子,向工作表面移动,在瞬间阴极电压急剧下降,使正离子以高速冲向阴极表面,将动能转变为气能,使得工件表面温度得以上升,因氮离子的冲击后将工件表面打出Fe.C.O.等元素飞溅出来与氮离子结合成FeN,由此氮化铁逐渐被吸附在工件上而产生氮化作用,离子氮化在基本上是采用氮气,但若添加碳化氢系气体则可作离子软氮化处理,但一般统称离子氮化处理,工件表面氮气浓度可改变炉内充填的混合气体(N2 + H2)的分压比调节得之,纯离子氮化时,在工作表面得单相的r′(Fe4N)组织含N量在5.7~6.1%wt,厚层在10μm以内,此化合物层强韧而非多孔质层,不易脱落,由于氮化铁不断的被工件吸附并扩散至内部,由表面至内部的组织即为FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N顺序变化,单相ε(Fe3N)含N量在5.7~11.0%wt,单相ξ(Fe2N)含N量在11.0~11.35%wt,离子氮化首先生成r相再添加碳化氢气系时使其变成ε相之化合物层与扩散层,由于扩散层的增加对疲劳强度的增加有很多助。而蚀性以ε相最佳。

离子氮化处理的度可从350℃开始,由于考虑到材质及其相关机械性质的选用处理时间可由数分钟以致于长时间的处理,本法与过去利用热分解方化学反应而氮化的处理法不同,本法系利用高离子能之故,过去认为难处理的不锈钢、钛、钴等材料也能简单的施以优秀的表面硬化处理。

镀镍

基本信息:

通过电解或化学方法在金属或某些非金属上镀上一层镍的方法,称为镀镍。镀镍分电镀镍和化学镀镍。电镀镍是在由镍盐(称主盐)、导电盐、pH缓冲剂、润湿剂组成的电解液中,阳极用金属镍,阴极为镀件,通以直流电,在阴极(镀件)上沉积上一层均匀、致密的镍镀层。从加有光亮剂的镀液中获得的是亮镍,而在没有加入光亮剂的电解液中获得的是暗镍。

化学镀又称为无电解镀(Electroless plating),也可以称为自催化电镀(Autocatalytic plating)。具体过程是指:在一定条件下,水溶液中的金属离子被还原剂还原,并且沉淀到固态基体表面上的过程。ASTM B374(ASTM,美国材料与试验协会)中定义为Autocatalytic plating is “deposition of a metallic coating by acontrolled chemical reduction that is catalyzed by the metal or alloy beingdeposited”。这一过程与置换镀不同,其镀层是可以不断增厚的,且施镀金属本身也具有催化能力。

电镀镍的特点、性能、用途:

电镀镍层在空气中的稳定性很高,由于金属镍具有很强的钝化能力,在表面能迅速生成一层极薄的钝化膜,能抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀。

电镀镍结晶极其细小,并且具有优良的抛光性能。经抛光的镍镀层可得到镜面般的光泽外表,同时在大气中可长期保持其光泽。所以,电镀层常用于装饰。

镍镀层的硬度比较高,可以提高制品表面的耐磨性,在印刷工业中常用镀镍层来提高铅表面的硬度。由于金属镍具有较高的化学稳定性,有些化工设备也常用较厚的镍镀层,以防止被介质腐蚀。镀镍层还广泛的应用在功能性方面,如修复被磨损、被腐蚀的零件,采用刷镀技术进行局部电镀。采用电铸工艺,用来制造印刷行业的电铸版、唱片模以及其它模具。厚的镀镍层具有良好的耐磨性,可作为耐磨镀层。尤其是近几年来发展了复合电镀,可沉积出夹有耐磨微粒的复合镍镀层,其硬度和耐磨性比镀镍层更高。若以石墨或氟化石墨作为分散微粒,则获得的镍-石墨或镍-氟化石墨复合镀层就具有很好的自润滑性,可用作为润滑镀层。黑镍镀层作为光学仪器的镀覆或装饰镀覆层亦都有着广泛的应用。

镀镍的应用面很广,可作为防护装饰性镀层,在钢铁、锌压铸件、铝合金及铜合金表面上,保护基体材料不受腐蚀或起光亮装饰作用;也常作为其他镀层的中间镀层,在其上再镀一薄层铬,或镀一层仿金层,其抗蚀性更好,外观更美。在功能性应用方面,在特殊行业的零件上镀镍约1~3mm厚,可达到修复目的。特别是在连续铸造结晶器、电子元件表面的模具、合金的压铸模具、形状复杂的宇航发动机部件和微型电子元件的制造等方应用越来越广泛

在电镀中,由于电镀镍具有很多优异性能,其加工量仅次于电镀锌而居第二位,其消耗量占到镍总产量的10%左右。

化学镀镍的特点、性能、用途:

厚度均匀性  厚度均匀和均镀能力好是化学镀镍的一大特点,也是应用广泛的原因之一,化学镀镍避免了电镀层由于电流分布不均匀而带来的厚度不均匀。化学镀时,只要零件表面和镀液接触,镀液中消耗的成份能及时得到补充,镀件部位的镀层厚度都基本相同,即使凹槽、缝隙、盲孔也是如此。

镀件不会渗氢,没有氢脆,化学镀镍后不需要除氢。

很多材料和零部件的功能如耐蚀、抗高温氧化性等比电镀镍好。

可沉积在各种材料的表面上,例如:钢镍基合金、锌基合金、铝合金、玻璃、陶瓷、塑料、半导体等材料的表面上,从而为提高这些材料的性能创造了条件。

不需要一般电镀所需的直流电机或控制设备。

热处理温度低,只要在400℃以下经不同保温时间后,可得到不同的耐蚀性和耐磨性,因此,特别适用于形状复杂,表面要求耐磨和耐蚀的零部件的功能性镀层等

镀镍类型

镀镍液的类型主要有硫酸盐型、氯化物型、氨基磺酸盐型、柠檬酸盐型、氟硼酸盐型等。其中以硫酸盐型(低氯化物)即称之谓Watts(瓦特)镀镍液在工业上的应用最为普遍。几种不同镀镍溶液中所获得的镀镍层的物理性质,如表2-3-45所列。氨基磺酸盐型、氟硼酸盐型适用于镀厚镍或电铸。柠檬酸盐型适用于在锌压铸件上直接镀镍。这几种镀液的成本比较高。

普通电镀又称暗镍工艺﹐根据镀液的性能和用途﹐普通镀镍可以分为低浓度的预液﹐普通镀液﹐瓦特液和滚镀液等。

预镀液﹕经预镀可保证层与铜铁基体和随后的镀铜层结合力良好。

普通液﹕该镀液的导电性好﹐可在较低温度下电镀﹐节省能源﹐使用比较方便。

瓦特液﹕满足小零件的电镀﹐但镀液必须要有良好的导电性和覆盖能力。

镍阳极材料的纯度是电镀中最重要的条件﹐镍的含量>99%﹐不纯的阳极导致镀液污染﹐使镀层的物理性能变坏。在镀镍中比较适宜的镍阳极有以下几种﹕1.含碳镍阳极﹐2.含氧镍阳极﹐3.含硫镍阳极。

光亮镍:镀光亮镍有很多优点﹐不仅可以省去繁重的抛光工序﹐改善操作条件﹐节约电镀和抛光材料﹐还能提高镀层的硬度﹐便于实现自动化生产﹐但是光亮镀镍层中含硫﹐内应力和脆性较大﹐耐蚀性不如镀暗镍层﹐为了克服这些缺点﹐可采用多层镀镍工艺﹐使镀层的机械性能和耐蚀性得到显著的改善。

镀镍过程中出现的问题

电镀镍出现的白色斑点是由一种高碳物引起,高碳物是由热处理渗碳过程及电镀前处理时的酸洗过程中产生的。

1018料正常渗碳后表层的碳(主要是Fe、C),可达0.8~1.2,突出在镀层中的颗粒是由于前处理清洗不彻底,使工件表面的颗粒掉入了镀液中,在电镀过程中由于有搅拌作用,使这些游离于镀液中的颗粒与镍离子产生了共沉积。

镀层中没覆盖的孔洞,主要是前处理酸洗过程产生过腐蚀(表面脱碳)引起的。电镀厂酸洗液的主要成分是HCl 1:1;H2SO4(98%)50 mL/L;该配方对普通碳钢可以,对高碳钢则浓度太高。含碳量越高,酸洗反应越剧烈。表面脱碳后,对工件的导电性和镀层的附着力有很大的影响。镀层中的孔洞实际上是由于高碳部分导电性差(或附着力差),镀层难于覆盖造成的。

解决办法:

(1)改进前处理清洗工序,采用超声波清洗的方法,使渗碳后附着力差的颗粒在清洗中脱落下来。

(2)及时对镀液进行过滤。

(3)改进酸洗工艺:主要是降低酸洗液的浓度、加入合适的缓蚀剂并适当控制酸洗的时间,避免过腐蚀。

6.     镀硬铬

a)    基本信息

镀铬层硬度高、耐磨、耐蚀并能长期保持表面光亮且工艺相对比较简单,成本较低。长期以来,铬镀层除了作为装饰涂层外,还广泛作为机械零部件的耐磨和耐蚀涂层。电镀硬铬镀层技术常常用来修复破损部件。

b)    缺点:

l  但电镀硬铬工艺会导致严重的环境问题,镀铬工艺使用的铬酸溶液,会产生含铬酸雾和废水

l  硬度一般为800~900HV,硬度比一些陶瓷和金属陶瓷材料低,且硬度还会随温度升高而降低;

l  镀铬层存在微裂纹,不可避免产生穿透性裂纹,导致腐蚀介质从表面渗透至界面而腐蚀基体,造成镀层表面出现锈斑甚至剥落;

l  电镀工艺沉积速度慢,镀0.2~0.3mm厚的镀层往往需要2~3个班的时间,也不利于厚镀层的应用。

7.     磷化处理

a)    基本信息

l  电镀工艺沉积速度慢,镀0.2~0.3mm厚的镀层往往需要2~3个班的时间,也不利于厚镀层的应用。

l  磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程,所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。

l  磷化的目的主要是:给基体金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀;用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;在金属冷加工工艺中起减摩润滑作用。

b)    简介:

l  磷化是常用的前处理技术,原理上应属于化学转换膜处理,主要应用于钢铁表面磷化,有色金属(如铝、锌)件也可应用磷化。

l  磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程,所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。

l  磷化的目的主要是:给基体金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀;用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;在金属冷加工工艺中起减摩润滑作用。

c)    磷化分类

l  高温型

80—90℃处理时间为10-20分钟,形成磷化膜厚达10-30g/m2,溶液游离酸度与总酸度的比值为1:(7-8)

优点:膜抗蚀力强,结合力好。

缺点:加温时间长,溶液挥发量大,能耗大,磷化沉积多,游离酸度不稳定,结晶粗细不均匀,已较少应用。

中温型

50-75℃,处理时间5-15分钟,磷化膜厚度为1-7 g/m2,溶液游离酸度与总酸度的比值为1:(10-15)

优点:游离酸度稳定,易掌握,磷化时间短,生产效率高,耐蚀性与高温磷化膜基本相同,应用较多。

低温型

30-50℃ 节省能源,使用方便。

常温型

10-40℃ 常(低)温磷化(除加氧化剂外,还加促进剂),时间10-40分钟,溶液游离酸度与总酸度比值为1:(20-30),膜厚为0.2-7 g/m2。

优点:不需加热,药品消耗少,溶液稳定。

缺点:处理时间长,溶液配制较繁。

化学磷化

将工件浸入磷化液中,依靠化学反应来实现磷化,应用广泛。

电化学磷化

在磷化液中,工件接正极,钢铁接负极进行磷化。

浸渍磷化

适用于高、中、低温磷化特点:设备简单,仅需加热槽和相应加热设备,最好用不锈钢或橡胶衬里的槽子,不锈钢加热管道应放在槽两侧。

喷淋磷化

适用于中、低温磷化工艺,可处理大面积工件,如汽车、冰箱、洗衣机壳体。特点:处理时间短,成膜反应速度快,生产效率高,且这种方法获得的磷化膜结晶致密、均匀、膜薄、耐蚀性好。

刷涂磷化

上述两种方法无法实施时,采用本法,在常温下操作,易涂刷,可除锈蚀,磷化后工件自然干燥,防锈性能好,但磷化效果不如前两种。

c)    磷化作用

l  涂装前磷化的作用

u  增强涂装膜层(如涂料涂层)与工件间结合力。

u  提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性。

u  提高装饰性。

l  非涂装磷化的作用

u  提高工件的耐磨性。

u  令工件在机加工过程中具有润滑性。

u  提高工件的耐蚀性。

d)    工艺流程

l  预脱脂→脱脂→除锈→水洗→(表调)→磷化→水洗→磷化后处理(如电泳或粉末涂装)。

l  主要铝件及锌件

l  磷化发黑液

常温使用,磷化保护一步成型,又称钢铁着色剂。1:4-5稀释后使用,常温浸泡30分钟左右,最后封闭保护。

处理工艺:除油除锈——防锈水浸泡——磷化发黑——晾干——封闭保护

DLC(类金刚石镀膜(Diamond-like carbon))

基本信息

“DLC”是英文“DIAMOND-LIKECARBON”一词的缩写。DLC是一种由碳元素构成、在性质上和钻石类似,同时又具有石墨原子组成结构的物质。类金刚石薄膜(DLC)是一种非晶态薄膜,由于具有高硬度和高弹性模量,低摩擦因数,耐磨损以及良好的真空摩擦学特性,很适合于作为耐磨涂层,从而引起了摩擦学界的重视。目前制备DLC薄膜的方法很多, 不同的制备方法所用的碳源以及到达基体表面的离子能量不同, 沉积的DLC膜的结构和性能存在很大差别, 摩擦学性能也不相同。

b)    生产方式

常见的制备DLC 薄膜的方法有真空蒸发 、溅射、等离子体辅助化学气相沉积、离子注入等。这些方法中,传统的真空蒸发镀膜法具有较高的沉积速度, 生成的薄膜纯度高, 但由于热蒸发的原子或分子在基板上能量很低(约0􀀁2eV ), 其表面迁移率很低, 导致薄膜与基体结合强度差, 加上已经沉积的原子对后来飞到的原子会造成阴影效果, 使得真空蒸发镀膜技术的应用受到很大的限制。离子注入法能使材料的摩擦因数、耐磨性、耐腐蚀性等发生显著变化, 而且注入层与基体材料之间没有清晰的界面, 因而与基体结合牢固, 表面不存在粘附破裂或剥落。然而, 离子注入的注入层太薄, 仅数百纳米, 在耐磨工况下应用受到一定限制。

为了克服真空蒸发镀膜法结合力差以及离子注入法注入层浅的问题, 科研人员把薄膜蒸发沉积与离子注入技术结合起来, 研究出了真空蒸发离子束辅助沉积技术[ 5, 6] 。该技术在用蒸发源(电子束) 将元素沉积在基片上的同时, 用离子轰击镀层, 以获得比离子注入层更厚、比蒸发镀膜法附着力更大的高性能致密膜层。因此这种方法有利于增强薄膜的摩擦学性能。

碳素的天然结构有两种,空间立体结构(金刚石)和平面网状结构(石墨),而两者共存的结构就是DLC,其实DLC的定义是具有非晶质(amorphous)结构的碳素。所以,DLC的定义非常广泛,只要含有碳元素,而且是非晶质结构(没有固定的结构形态),那么它就是DLC,不管里面还掺杂有其它元素什么的,统统都叫DLC。

c)    主要性能

1、力学性能

硬度及弹性模量。不同的沉积方法制备的DLC膜硬度及弹性模量差异很大,用磁过滤阴极电弧法可以制备出硬度达到甚至超过金刚石的DLC膜,广州有色金属研究院用阴极电弧法制备的DLC膜最高硬度可达50GPa以上,而用离子源结合非平衡磁控溅射法制备的DLC膜硬度达21GPa。膜层内的成分对膜层的硬度有一定的影响, Si、N的掺入可以提高DLC膜的硬度。DLC膜具有较高的弹性模量,虽低于金刚石(110GPa),但明显高于一般金属和陶瓷的弹性模量。

内应力和结合强度。薄膜的内应力和结合强度是决定薄膜的稳定性和使用寿命,影响薄膜性能的两个重要因素,内应力高和结合强度低的DLC膜容易在应用中产生裂纹、褶皱,甚至脱落,所以制备的DLC膜最好具有适中的压应力和较高的结合强度。大部分研究表明,直接在基体上沉积的DLC膜的膜/基结合强度一般比较低,广州有色金属研究院通过采用Ti/TiN/TiCN/TiC中间梯度过渡层的方法提高DLC膜与基体的结合强度,在模具钢上沉积DLC膜的结合强度达44N-74N,制备的膜导总体厚度可达5um。

 2、摩擦性能

DLC膜不仅具有优异的耐磨性,而且具有很低的摩擦系数,一般低于0.2,是一种优异的表面抗磨损改性膜。DLC的摩擦系数随制备工艺的不同和膜中成分的变化而变化,其摩擦系数最低可达0.005。掺杂金属元素可能降低其摩擦系数,但加入H能提高润滑作用,环境也对摩擦系数有一定的影响。但总的来说,DLC膜与传统的硬质薄膜(如上述的TiN、TiC、TiAlN等)相比,在摩擦系数方面具有明显优势,这些传统硬质薄膜的摩擦系数都在0.4以上。因此,DLC膜有可能在许多摩擦学领域替代这些传统硬膜。广州有色金属研究院制备的掺金属DLC膜具有良好的抗摩擦磨损性能及低达0.13-0.15的摩擦系数。

3、热稳定性

由于DLC属亚稳态的材料,热稳定性差是限制DLC膜应用的一个重要因素,在300℃以上退火时即出现了sp3键向sp2键转变,为此,人们进行了大量的工作试图提高其热稳定性。有研究发现:Si的加入可以明显改善DLC膜的热稳定性,含20 at%Si的DLC膜在740℃退火时才出现sp3键向sp2键转变。同样,金属(如Ti、W、Cr)的掺入也可提高DLC膜的热稳定性,我们正在对这方面进行研究。

4、耐腐蚀性

  纯DLC膜具有优异的耐蚀性,各类酸、碱甚至王水都很难侵蚀它。但掺杂有其他元素的DLC膜的耐蚀性有所下降,这是由于掺杂的元素首先被侵蚀,从而破坏了膜的连续性所致。

5、表面状态

DLC膜表面一般较光洁,对基材的表面光洁度没有太大的影响,但随着膜厚的增加,表面光洁度会下降。不同的沉积方法所得到的DLC膜表面光洁度也是不同的,广州有色金属研究院采用离子源技术沉积的DLC膜表面质量明显优于电弧离子镀。

DLC膜具有很好的抗粘结性,特别是对有色金属(如铜、铝、锌等),对塑料、橡胶、陶瓷等也有抗粘结性。

9.     硬质阳极氧化

a)    基本信息

硬质氧化全称硬质阳极氧化处理。铝合金的硬质阳极氧化处理主要目的是,提高铝及铝合金的各种性能,包括耐蚀性、耐磨性、耐候性、绝缘性及吸附性等。它既适用于变形铝合金,也可能用于压铸造铝合金零部件。

硬质氧化全称硬质阳极氧化处理。硬质阳极氧化膜一般要求厚度为25-150um,大部分硬质阳极氧化膜的厚度为50-80um,膜厚小于25um的硬质阳极氧化膜,用于齿键和螺线等使用场合的零部件,耐磨或绝缘用的阳极氧化膜厚度约为50um,在某些特殊工艺条件下,要求生产厚度为125um以上的硬质阳极氧化膜,但是必须注意阳极氧化膜越厚,其外层的显微硬度可以越低,膜层表面的粗糙度增加。硬质阳极氧化的槽液,一般是硫酸溶液以及硫酸添加有机酸,如草酸、氨基磺酸等。另外,可通过降低阳极氧化温度或降低硫酸浓度来实现硬质阳极氧化处理。对于铜含量大于5%或硅含量大于8%的变形铝合金,或者高硅的压铸造铝合金,也许还应考虑增加一些阳极氧化的特殊措施。例如:对于2XXX系铝合金,为了避免铝合金在阳极氧化过程中被烧损,可采用385g/L的硫酸加上15g/L草酸作为电解槽液,电流密度也应该提高到2.5A/dm以上。

b)    工艺方法

硬质阳极氧化电解方法很多,例如:硫酸、草酸、丙二醇、磺基水杨酸及其它的无机盐和有机酸等。所用电源可分为直流、交流,交直流叠加,脉冲及叠加脉冲电源等几种,广泛应用的有下列几种硬质阳极氧化。

(1)  硫酸硬质阳极氧化法;

(2)  草酸硬质阳极氧化法。

(3)  混酸型硬质阳极氧化。

c)    原理

单纯硫酸型铝合金硬质阳极氧化原理和普通阳极氧化没有本质区别,如果是混酸型硬质氧化则存在一些附反应。

1 .阴极反应:4H+ +4e=2H2↑

2. 阳极反应:4OH--4e=2H2O+O2↑

3. 铝氧化:阳极上析出的氧呈原子状态,比分子状态的氧更为活泼,更易与铝起反应:2Al+3O→Al2O3

4 .氧化于阳极膜溶解的动平衡:氧化膜随着通电时间的增加,电流增大而促使氧化膜增厚。与此同时,由于(Al2O3)的化学性质有两重性,即它在酸性溶液中呈碱性氧化物,在碱性溶液中呈酸性氧化物。无疑在硫酸溶液中氧化膜液发生溶解,只有氧化膜的生成速度大于它的溶解速度,氧化膜才有可能增厚,当溶解速度与生成速度相等时,氧化膜不再增厚。当氧化速度过分大于溶解速度时,铝和铝合金制件表面易生成带粉状的氧化膜 [2]  。

d)    注意事项:

l  锐角倒圆:被加工零件不允许有锐角、毛刺以及其它各种尖锐的有棱角的地方因为硬质氧化,一般阳极氧化时间均是很长的,而且氧化过程(Al+O2→A12O3+ Q )本身就是一个放热反应。又由于一般零件棱角的地方往往又是电流较为集中的部位所以这些部位最易引起零件的局部过热,使零件被烧伤。因此铝和铝合金所有棱角均应进行倒角处理,并且倒角y圆半径不应小于0.5毫米。

l  表面光洁度:硬质阳极氧化后,零件表面的光洁度是有所改变的,对于较粗糙的表面来说,经此处理后可以显得比原来平整一些,而对于原始光洁度较高的零件来说,往往经过此种处理后,显示的表面光洁光亮度反而有所降低,降低的幅度在1~2级左右。

l  尺寸余量:因硬质氧化膜的厚度较高,所以如需要进一步加工的铝零件或以后需要装配的零件,应事先留有一定的加工余量,及指定装夹部位。因硬质阳极氧化时,要改变零件尺寸,故在机械加工时,要事先预测,氧化膜的可能厚度和尺寸公差,而后在确定阳极氧化前的零件实际尺寸,以便处理后,符合规定的公差范围。一般来说,零件增加的尺寸大致为生成氧化膜厚度的一半左右。

l  如果是做本色硬质氧化,硬质氧化的颜色取决于膜厚和化学成分。膜厚可以控制颜色的深浅程度,化学成分是控制颜色(本色)的种类,如7075是黄色的,膜厚大,颜色就很深(金黄色)。

l      出现花斑以及颜色不均匀怎么回事:有时候阳极氧化也会使得铝件报废,这个值得我们注意了,第一个,铝零件不纯的情况下千万不要做阳极氧化,第二个,做了之后你会发现这个铝件表面起斑,很大程度上就是铝件的材料不纯造成的,要避免颜色不均匀首先你得保证这个铝件的材料的纯净度,这个怎么样解决呢?1)铝密度不够好时铝表面出现 ** 导致颜色不均匀:解决:先先拿一个铝件进行试验,可行的话再进行全部的阳极氧化。2)氧化前处理水洗工艺:除油(脱脂)后的水冼:应该具有两次水洗,目标是洗净产物残留的药液(或酸或碱,若除油剂中添加溶剂型乳化剂的,清洗更为主要。)或油污。避免带入随后槽液中影响槽液的不变性以及预防产物带有油污而发生不良品。

10.阳极氧化

a)    基本信息

阳极氧化(anodic oxidation),金属或合金的电化学氧化。铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下,由于外加电流的作用下,在铝制品(阳极)上形成一层氧化膜的过程。阳极氧化如果没有特别指明,通常是指硫酸阳极氧化。

为了克服铝合金表面硬度、耐磨损性等方面的缺陷,扩大应用范围,延长使用寿命,表面处理技术成为铝合金使用中不可缺少的一环,而阳极氧化技术是应用最广且最成功的。

b)    特性

(1)  提高零件的耐磨、耐蚀性、耐气候腐蚀。(2)氧化生成的透明膜,可以着色制成各种彩色膜。(3)作为电容器介质膜。(4)提高与有机涂层的结合力。作涂装底层。(5)作电镀、搪瓷的底层。(6)正在开发的其它用途,太阳能吸收板、超高硬质膜、干润滑膜、触媒膜、纳米线、在多孔膜中沉积磁性合金作记忆元件。

(2)  阳极氧化膜的结构 阳极氧化膜由两层组成, 外层称为多孔层,较厚、疏松多孔、电阻低。内层称为阻挡层(亦称活性层),较薄、致密、电阻高。

(3)  阻挡层:阻挡层是由无水的AI2O3所组成, 薄而致密, 具有高的硬度和阻止电流通过的作用。多孔的外层氧化膜多孔的外层主要是由非晶型的AI2O3及少量 的r-AI2O3.H2O还含有电解液的阴离子。

(4)  主要特性:阳极氧化膜的性质与应用 阳极氧化膜具有较高的硬度和耐磨性、极强的附着能力、较强的吸附能力、良好的抗蚀性和电绝缘性及高的热绝缘性。

c)    注意事项

l  铝氧化膜是多孔性膜,无论有没有着色处理,在投入使用前都要进行封闭处理,这样才能提高其耐蚀性和耐候性。处理的方法有三类,即高温水化反应封闭、无机盐封闭和有机物封闭等。

(1) 高温水封闭:这种方法是利用铝氧化膜与水的水化反应,将非晶质膜变为水合结晶膜,水化反应在常温和高温下都可以进行,但是在高温下特别是在沸点时,所生成的水合结晶膜是非常稳定的不可逆的结晶膜,因此,最常用的铝氧化膜的封闭处理就是沸水法或蒸汽法处理。

(2) 无机盐封闭:无机盐法可以提高有机着色染料的牢度,因此在化学着色法中常用。①醋酸盐法、②硅酸盐法。

(3) 有机封闭法:这是对铝氧化膜进行浸油、浸漆或进行涂装等,由于成本较高并且增加了工艺流程,因此不大采用,较多的还是用前述的两类方法,并且以第一种高温水合法为主流。

氧化膜的绝大部分优良特性,如抗蚀、耐磨、吸附、绝缘等性能都是由多孔外层的厚度及孔隙率所决定的,然而这两者却与阳极氧化条件密切相关, 因此可通过改变阳极化条件来获得满足不同使用要求的膜层。膜厚是阳极氧化制品一个很主要的性能指针, 其值的大小直接影响着膜层耐蚀、耐磨、绝缘及化学着色能力。在常规的阳极氧化过程中, 膜层随着时间的增加而增厚。在逹到最大厚度之后, 则随着处理时间的延长而逐渐变薄, 有些合金如AI-Mg、AI-Mg-Zn合金表现得特别明显。因此, 氧化的时间一般控制在逹最大膜厚时间之内。

电解

基本信息

流通过物质而引起化学变化的过程。化学变化是物质失去或获得电子(氧化或还原)的过程。电解过程是在电解池中进行的。电解池是由分别浸没在含有正、负离子的溶液中的阴、阳两个电极构成。电流流进负电极(阴极),溶液中带正电荷的正离子迁移到阴极,并与电子结合,变成中性的元素或分子;带负电荷的负离子迁移到另一电极(阳极),给出电子,变成中性元素或分子。

将电能转化为化学能的装置叫电解池。将直流电通过电解质溶液或熔体,使电解质在电极上发生化学反应,以制备所需产品的反应过程。电解过程必须具备电解质、电解槽、直流电供给系统、分析控制系统和对产品的分离回收装置。电解过程应当尽可能采用较低成本的原料,提高反应的选择性,减少副产物的生成,缩短生产工序,便于产品的回收和净化。电解过程已广泛用于有色金属冶炼、氯碱和无机盐生产以及有机化学工业。

b)    电解原理

电解质中的离子常处于无秩序的运动中,通直流电后,离子作定向运动。阳离子向阴极移动,在阴极得到电子,被还原;阴离子向阳极移动,在阳极失去电子,被氧化。在水电解过程中,OH在阳极失去电子,被氧化成氧气放出;H在阴极得到电子,被还原成氢气放出。所得到的氧气和氢气,即为水电解过程的产品。电解时,在电极上析出的产物与电解质溶液之间形成电池,其电动势在数值上等于电解质的理论电解电压。此理论电解电压可由能斯特方程计算。

在水溶液电解时,究竟是电解质电离的正负离子还是水电离的H和OH离子在电极上放电,需视在该电解条件下的实际电解电压的高低而定。实际电解电压为理论电解电压与超电压之和。影响超电压的因素很多,有电极材料和电极间距、电解液温度、浓度、pH等。

12.抛光

a)    基本信息

抛光是指利用机械、化学或电化学的作用,使工件表面粗糙度降低,以获得光亮、平整表面的加工方法。是利用抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。

抛光不能提高工件的尺寸精度或几何形状精度,而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的,有时也用以消除光泽(消光)。通常以抛光轮作为抛光工具。抛光轮一般用多层帆布、毛毡或皮革叠制而成,两侧用金属圆板夹紧,其轮缘涂敷由微粉磨料和油脂等均匀混合而成的抛光剂。

抛光时,高速旋转的抛光轮(圆周速度在20米/秒以上)压向工件,使磨料对工件表面产生滚压和微量切削,从而获得光亮的加工表面,表面粗糙度一般可达Ra0.63~0.01微米;当采用非油脂性的消光抛光剂时,可对光亮表面消光以改善外观。大批量生产轴承钢球时,常采用滚筒抛光的方法。

粗抛时将大量钢球、石灰和磨料放在倾斜的罐状滚筒中,滚筒转动时,使钢球与磨料等在筒内随机地滚动碰撞以达到去除表面凸锋而减小表面粗糙度的目的,可去除0.01毫米左右的余量。

精抛时在木桶中装入钢球和毛皮碎块,连续转动数小时可得到耀眼光亮的表面。精密线纹尺的抛光是将加工表面浸在抛光液中进行的,抛光液由粒度为W5~W0.5的氧化铬微粉和乳化液混合而成。抛光轮采用材质匀细经脱脂处理的木材或特制的细毛毡制成,其运动轨迹为均匀稠密的网状,抛光后的表面粗糙度不大于Ra0.01微米,在放大40倍的显微镜下观察不到任何表面缺陷。此外还有电解抛光等方法。

b)    化学抛光

l  化学抛光机理:化学抛光是金属表面通过有规则溶解达到光亮平滑。在化学抛光过程中,钢铁零件表面不断形成钝化氧化膜和氧化膜不断溶解,且前者要强于后者。由于零件表面微观的不一致性,表面微观凸起部位优先溶解,且溶解速率大于凹下部位的溶解速率;而且膜的溶解和膜的形成始终同时进行,只是其速率有差异,结果使钢铁零件表面粗糙度得以整平,从而获得平滑光亮的表面。抛光可以填充表面毛孔、划痕以及其它表面缺陷,从而提高疲劳阻力、腐蚀阻力。

l  电化学抛光原理:电化学抛光也称电解抛光。电解抛光是以被抛工件为阳极,不溶性金属为阴极,两极同时浸入到电解槽中,通以直流电而产生有选择性的阳极溶解,从而使工件表面光亮度增大,达到镜面效果。

l  工艺流程:

u  化学(或电化学)除油→热水洗→流动水洗→除锈(10%硫酸)→流动水洗→化学抛光→流动水洗→中和→流动水洗→转入下道表面处理工序

u  工作环境:传统抛光工艺工作环境恶劣,抛光过程中产生沙粒,铁屑,粉尘等,严重污染环境;

u  加工效率:人工抛光;豪克能工艺属于以车代磨,线速度可达50-80 m/min,进给量可达0.2-0.5mm/r,相当于半精车的效率。

u  铺料消耗:抛光需要消耗抛光轮、磨料、砂带等辅料;

u  适应性:抛光可以加工平面等简单的型面,对于曲面无法加工。如果加工R弧,曲面等复杂型面,可采用豪克能抛光工艺。

l  化学抛光后处理:钢铁零件化学抛光,可以作为防护装饰性电镀的前处理工序,也可以作为化学成膜如磷化发兰的前处理工序。如不进行电镀或化学成膜,而直接应用,可喷涂氨基清漆或丙烯酸清漆,烘干后有较好的防护装饰效果。若喷漆前浸防锈钝化水剂溶液,抗蚀防护性将会进一步提高。

c)    CMP

CMP,即ChemicalMechanical Polishing,化学机械抛光。CMP技术所采用的设备及消耗品包括:抛光机、抛光浆料、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等。

区别于传统的纯机械或纯化学的抛光方法,CMP通过化学的和机械的综合作用,从而避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。它利用了磨损中的“软磨硬”原理,即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。

CMP抛光液是以高纯硅粉为原料,经特殊工艺生产的一种高纯度低金属离子型抛光产品,广泛用于多种材料纳米级的高平坦化抛光。

d)    抛光分类

l  机械抛光:机械抛光是靠切削、材料表面塑性变形去掉被抛光后的凸部而得到平滑面的抛光方法,一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等,以手工操作为主,特殊零件如回转体表面,可使用转台等辅助工具,表面质量要求高的可采用超精研抛的方法。超精研抛是采用特制的磨具,在含有磨料的研抛液中,紧压在工件被加工表面上,作高速旋转运动。利用该技术可以达到Ra0.008μm的表面粗糙度,是各种抛光方法中最高的。光学镜片模具常采用这种方法。

l  化学抛光:化学抛光是让材料在化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解,从而得到平滑面。这种方法的主要优点是不需复杂设备,可以抛光形状复杂的工件,可以同时抛光很多工件,效率高。化学抛光的核心问题是抛光液的配制。化学抛光得到的表面粗糙度一般为数10μm。

l  电解抛光:电解抛光基本原理与化学抛光相同,即靠选择性的溶解材料表面微小凸出部分,使表面光滑。与化学抛光相比,可以消除阴极反应的影响,效果较好。电化学抛光过程分为两步:(1) 宏观整平 溶解产物向电解液中扩散,材料表面几何粗糙下降,Ra>1μm。(2) 微光平整 阳极极化,表面光亮度提高,Ra<1μm。

l  超声波抛光:将工件放入磨料悬浮液中并一起置于超声波场中,依靠超声波的振荡作用,使磨料在工件表面磨削抛光。超声波加工宏观力小,不会引起工件变形,但工装制作和安装较困难。超声波加工可以与化学或电化学方法结合。在溶液腐蚀、电解的基础上,再施加超声波振动搅拌溶液,使工件表面溶解产物脱离,表面附近的腐蚀或电解质均匀;超声波在液体中的空化作用还能够抑制腐蚀过程,利于表面光亮化。

l  流体抛光:流体抛光是依靠高速流动的液体及其携带的磨粒冲刷工件表面达到抛光的目的。常用方法有:磨料喷射加工、液体喷射加工、流体动力研磨等。流体动力研磨是由液压驱动,使携带磨粒的液体介质高速往复流过工件表面。介质主要采用在较低压力下流过性好的特殊化合物并掺上磨料制成,磨料可采用碳化硅粉末。

l  磁研磨抛光:磁研磨抛光是利用磁性磨料在磁场作用下形成磨料刷,对工件磨削加工。这种方法加工效率高,质量好,加工条件容易控制,工作条件好。采用合适的磨料,表面粗糙度可以达到Ra0.1μm。

13.化学气相沉积CVD

a)    基本信息

化学气相沉积是一种化工技术,该技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。化学气相淀积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物,也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物,而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。化学气相淀积已成为无机合成化学的一个新领域。

b)    应用:

现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料,这些功能材料必须是高纯的,或者是在高纯材料中有意地掺入某种杂质形成的掺杂材料。但是,我们过去所熟悉的许多制备方法如高温熔炼、水溶液中沉淀和结晶等往往难以满足这些要求,也难以保证得到高纯度的产品。因此,无机新材料的合成就成为现代材料科学中的主要课题。

c)    原理

化学气相沉积技术是应用气态物质在固体上产生化学反应和传输反应等并产生固态沉积物的一种工艺,它大致包含三步:

(1)形成挥发性物质 ;

(2)把上述物质转移至沉积区域 ;

(3)在固体上产生化学反应并产生固态物质 。

最基本的化学气相沉积反应包括热分解反应、化学合成反应以及化学传输反应等集中。

d)    特点

1)      在中温或高温下,通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。

2)      可以在常压或者真空条件下进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好。

3)      采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应,使沉积可在较低的温度下进行。

4)      涂层的化学成分可以随气相组成的改变而变化,从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。

5)      可以控制涂层的密度和涂层纯度。

6)      绕镀件好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆各种复杂形状的工件。由于它的绕镀性能好,所以可涂覆带有槽、沟、孔,甚至是盲孔的工件。

7)      沉积层通常具有柱状晶体结构,不耐弯曲,但可通过各种技术对化学反应进行气相扰动,以改善其结构。

8)      可以通过各种反应形成多种金属、合金、陶瓷和化合物涂层。

14.      物理气相沉积PVD

a)    基本信息

物理气相沉积(Physical Vapour Deposition,PVD)技术表示在真空条件下,采用物理方法,将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有,真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜,及分子束外延等。发展到目前,物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等

PVD(物理气相沉积)镀膜技术主要分为三类,真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。对应于PVD技术的三个分类,相应的真空镀膜设备也就有真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机这三种。

近十多年来,真空离子镀膜技术的发展是最快的,它已经成为当今最先进的表面处理方式之一。我们通常所说的PVD镀膜 ,指的就是真空离子镀膜;通常所说的PVD镀膜机,指的也就是真空离子镀膜机。

物理气相沉积是通过蒸发,电离或溅射等过程,产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面。物理气象沉积方法有真空镀,真空溅射和离子镀三种,应用较广的是离子镀。

离子镀是借助于惰性气体辉光放电,使镀料(如金属钛)气化蒸发离子化,离子经电场加速,以较高能量轰击工件表面,此时如通入CO2,N2等反应气体,便可在工件表面获得TiC,TiN覆盖层,硬度高达2000HV。离子镀的重要特点是沉积温度只有500℃左右,且覆盖层附着力强,适用于高速钢工具,热锻模等。

b)    基本原理

物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤:

(1)  镀料的气化:即使镀料蒸发,升华或被溅射,也就是通过镀料的气化源。

(2)  镀料原子、分子或离子的迁移:由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后,产生多种反应。

(3)  镀料原子、分子或离子在基体上沉积。

c)    特点

物理气相沉积技术工艺过程简单,对环境改善,无污染,耗材少,成膜均匀致密,与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域,可制备具有耐磨、耐腐蚀、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。

d)    分类

(1)真空蒸镀

真空蒸镀原理

(1)  真空蒸镀是在真空条件下,将镀料加热并蒸发,使大量的原子、分子气化并离开液体镀料或离开固体镀料表面(升华)。

(2)  气态的原子、分子在真空中经过很少的碰撞迁移到基体

(3)  镀料原子、分子沉积在基体表面形成薄膜。

蒸发源

将镀料加热到蒸发温度并使之气化,这种加热装置称为蒸发源。最常用的蒸发源是电阻蒸发源和电子束蒸发源,特殊用途的蒸发源有高频感应加热、电弧加热、辐射加热、激光加热蒸发源等。

真空蒸镀工艺实例 以塑料金属化为例,真空蒸镀工艺包括:镀前处理、镀膜及后处理。

真空蒸镀的基本工艺过程如下:

(1)  镀前处理,包括清洗镀件和预处理。具体清洗方法有清洗剂清洗、化学溶剂清洗、超声波清洗和离子轰击清洗等。具体预处理有除静电,涂底漆等。

(2)  装炉,包括真空室清理及镀件挂具的清洗,蒸发源安装、调试、镀件褂卡。

(3)  抽真空,一般先粗抽至6.6Pa以上,更早打开扩散泵的前级维持真空泵,加热扩散泵,待预热足够后,打开高阀,用扩散泵抽至6×10- ** a半底真空度。

(4)  烘烤,将镀件烘烤加热到所需温度。

(5)  离子轰击,真空度一般在10Pa~10-1Pa,离子轰击电压200V~1kV负高压,离击时间为5min~30min,

(6)  预熔,调整电流使镀料预熔,除气1min~2min。

(7)  蒸发沉积,根据要求调整蒸发电流,直到所需沉积时间结束。

(8)  冷却,镀件在真空室内冷却到一定温度。

(9)  出炉,取件后,关闭真空室,抽真空至l × l0-1Pa,扩散泵冷却到允许温度,才可关闭维持泵和冷却水。

(10)      后处理,涂面漆。

(2)溅射镀膜

溅射镀膜是指在真空条件下,利用获得功能的粒子轰击靶材料表面,使靶材表面原子获得足够的能量而逃逸的过程称为溅射。被溅射的靶材沉积到基材表面,就称作溅射镀膜。溅射镀膜中的入射离子,一般采用辉光放电获得,在l0-2Pa~10Pa范围,所以溅射出来的粒子在飞向基体过程中,易和真空室中的气体分子发生碰撞,使运动方向随机,沉积的膜易于均匀。发展起来的规模性磁控溅射镀膜,沉积速率较高,工艺重复性好,便于自动化,已适当于进行大型建筑装饰镀膜,及工业材料的功能性镀膜,及TGN-JR型用多弧或磁控溅射在卷材的泡沫塑料及纤维织物表面镀镍Ni及银Ag。

(3)等离子体镀膜

这里指的是PVD领域通常采用的冷阴极电弧蒸发,以固体镀料作为阴极,采用水冷、使冷阴极表面形成许多亮斑,即阴极弧斑。弧斑就是电弧在阴极附近的弧根。在极小空间的电流密度极高,弧斑尺寸极小,估计约为1μm~100μm,电流密度高达l05A/cm2~107A/cm2。每个弧斑存在极短时间,爆发性地蒸发离化阴极改正点处的镀料,蒸发离化后的金属离子,在阴极表面也会产生新的弧斑,许多弧斑不断产生和消失,所以又称多弧蒸发。最早设计的等离子体加速器型多弧蒸发离化源,是在阴极背后配置磁场,使蒸发后的离子获得霍尔(hall)加速效应,有利于离子增大能量轰击量体,采用这种电弧蒸发离化源镀膜,离化率较高,所以又称为电弧等离子体镀膜。由于镀料的蒸发离化靠电弧,所以属于区别于第二节,第三节所述的蒸发手段。

(4)离子镀

离子镀技术最早在1963年由D.M.Mattox提出,1972年,Bunshah &Juntz推出活性反应蒸发离子镀(AREIP),沉积TiN,TiC等超硬膜,1972年Moley&Smith发展完善了空心热阴极离子镀,l973年又发展出射频离子镀(RFIP)。20世纪80年代,又发展出磁控溅射离子镀(MSIP)和多弧离子镀(MAIP)。

离子镀

离子镀的基本特点是采用某种方法(如电子束蒸发磁控溅射,或多弧蒸发离化等)使中性粒子电离成离子和电子,在基体上必须施加负偏压,从而使离子对基体产生轰击,适当降低负偏压后,使离子进而沉积于基体成膜。离子镀的优点如下:①膜层和基体结合力强。②膜层均匀,致密。③在负偏压作用下绕镀性好。④无污染。⑤多种基体材料均适合于离子镀。

反应性离子镀

如果采用电子束蒸发源蒸发,在坩埚上方加20V~100V的正偏压。在真空室中导人反应性气体。如N2、O2、C2H2、CH4等代替Ar,或混入Ar,电子束中的高能电子(几千至几万电子伏特),不仅使镀料熔化蒸发,而且能在熔化的镀料表面激励出二次电子,这些二次电子在上方正偏压作用下加速,与镀料蒸发中性粒子发生碰撞而电离成离子,在工件表面发生离化反应,从而获得氧化物(如TeO2:SiO2、Al2O3、ZnO、SnO2、Cr2O3、ZrO2、InO2等)。其特点是沉积率高,工艺温度低。

多弧离子镀

多弧离子镀又称作电弧离子镀,由于在阴极上有多个弧斑持续呈现,故称作“多弧”。多弧离子镀的主要特点如下:(1)阴极电弧蒸发离化源可从固体阴极直接产生等离子体,而不产生熔池,所以可以任意方位布置,也可采用多个蒸发离化源。(2)镀料的离化率高,一般达60%~90%,显著提高与基体的结合力改善膜层的性能。(3)沉积速率高,改善镀膜的效率。(4)设备结构简单,弧电源工作在低电压大电流工况,工作较为安全。

15.发蓝发黑

a)    基本信息

钢铁零件的发蓝可在亚硝酸钠和硝酸钠的熔融盐中进行,也可在高温热空气及500℃以上的过热蒸气中进行,更常用的是在加有亚硝酸钠的浓苛性钠中加热。发蓝时的溶液成分、反应温度和时间依钢铁基体的成分而定。发蓝膜的成分为磁性氧化铁,厚度为0.5~1.5微米,颜色与材料成分和工艺条件有关,有灰黑、深黑、亮蓝等。单独的发蓝膜抗腐蚀性较差,但经涂油涂蜡或涂清漆后,抗蚀性和抗摩擦性都有所改善。发蓝时,工件的尺寸和光洁度对质量影响不大。故常用于精密仪器、光学仪器、工具、硬度块及机械行业中的标准件等。

b)    工艺原理

高温化学氧化是传统的发蓝方法,采用还有亚硝酸钠的浓碱性处理液,在140℃左右的温度下处理15min-90min。高温化学氧化得到的是以磁性氧化铁为主的氧化膜,膜厚一般只有0.5μm-1.5μm,最厚可达2.5μm。氧化膜具有良好的吸附型。将氧化膜浸油或做其他后处理,其耐蚀性能可大大提高。由于氧化膜很薄,对零件的尺寸和精度几乎没有影响,因此在精密仪器、光学仪器、武器、及机器制造业中得到广泛的应用。

c)    工艺流程

脱脂→除锈→清洗→发蓝→清洗→浸油→检验

1、      去污:清洗处理(去污剂),除污锈和除油的质量影响发蓝的质量。

2、      清洗:清水冲洗干净,表面要擦干净。晾干

3、      发蓝:把工件放入已经配好水的槽中,开始加热,使温度达到145~155℃,时间保持50~60分钟。特别注意:严禁对正在加热过程中或已经加热过的槽中液体加水。

4、      清洗:最好用热肥皂水漂洗数分钟,再用冷水冲洗。然后,又用热水冲洗,吹干。

5、      防锈:最后涂抹机油即可(每隔一星期左右按期分析溶液中亚硝酸钠和氢氧化钠的含量,以便及时补充有关成分。一般使用半年后就应更换全部溶液)。


下一个:为什么钢表面是黑色?苏州五强告诉您原理
网站首页 关于我们 产品展示 新闻中心 资质荣誉 售后服务 在线留言 联系我们
手机:17625752299(王先生)
手机:18068096069(高小姐)
电话:0512-87819159
地址:江苏省苏州市吴中区甪直镇淞河路68-1号
Copyright © 2020 版权所有:苏州五强光学科技有限公司 备案号:苏ICP备15043644号-1 技术支持:仕德伟科技