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內容編輯表面處理技術培訓講義
一、金屬的腐蝕
按原理分：
1.化學腐蝕（緩慢的、均勻的、沒有腐蝕電流產生）——化學浸蝕溶解
2.電化學腐蝕（有腐蝕電流產生，快速的、不均勻的）是最廣泛的腐蝕形式
按破壞形式分：點蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、絲狀腐蝕、磨損腐蝕等。
按腐蝕介質分：大氣腐蝕、土壤腐蝕、海水腐蝕、生物腐蝕、融鹽腐蝕等
二、電化學腐蝕原理
1.陰極，陽極、腐蝕介質（電解液）
構成原電池，陽極發生腐蝕溶解，產生腐蝕電流。銅鋅電池原理圖
2.金屬的標準電極電位
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，電位越負，自然界沒有金屬態存在（如鈉、鉀、鋁）；電位越正，自然界有金屬態存在（如銅、銀、金）。
穩態能級——原子序數小的堿金屬、堿土金屬很容易失去電子達到穩態能級，形成金屬離子。大原子序數金屬表面電子多，能級較高，較小的能量不容易引起電子躍遷，穩態發生變化，因此，性質很穩定。
3.電位差
兩種材料由于標準電極電位的不同，導致兩者之間形成電位差。如果有腐蝕介質存在，就會發生電化學腐蝕。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
1.電鍍/化學鍍
幾種保護方式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化為橫向小電流分散的均勻腐蝕，
2.轉化膜
鈍化層——表面形成一層致密的惰性膜層，阻止了底層的進一步腐蝕。鋼鐵的發藍，磷化、鋁的化學氧化和陽極氧化，不銹鋼的鈍化，銅的氧化
3.涂層
各種有機涂料——通過固化成膜，在金屬表面形成一層致密的有機保護膜。按成膜物質來分：酚醛樹脂涂料、醇酸涂料、丙烯酸涂料、聚酯涂料、環氧樹脂涂料、聚氨酯涂料等。按分散形式來分：有機溶劑涂料（單組分、雙組分）、水性涂料、無溶劑涂料（粉末涂料）。
4.表面改姓
化學熱處理（滲碳、滲氮、碳氮共滲），物理氣相沉積（真空蒸發鍍、真空濺射鍍、離子注入），激光改姓、電子束改性。
四、鍍覆層的設計選擇
1.環境條件分類
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，受各種腐蝕介質作用，相對濕度會大于95%。
特殊條件：高溫、低溫、耐磨、特殊介質環境。
2.接觸偶
兩種材料的電位差大小決定了接觸偶得大小（見表3）。電位差越大，腐蝕越快。一般條件下，標準電極電位差不超過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，但影響不嚴重，在多數場合下可以使用，熱帶海洋環境例外。（需進行涂裝）
2級——引起嚴重的接觸腐蝕，除在有空調的干燥室內或密封良好的條件下，一般不宜采用。（必須用絕緣墊片隔離）
接觸偶設計過程中，應盡量避免大陰極小陽極現象出現。
3.鍍覆層設計原則
鍍覆層設計時須考慮以下各項因素：
①零件的材料、結構、形狀、配合公差
②零件儲存和使用環境條件特征
③金屬鍍覆層的特性和分類、應用范圍、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
根據電化學特征，結構設計中盡量避免兩端盲孔等溶液無法進入或流動的區域和結構，當孔較小、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生氫脆抗疲勞性能下降，需要受力的高強度鋼和薄壁零件，要注意氫脆、疲勞和應力集中等。
鍍層組合不可隨意設計，必須經過試驗驗證性能滿足各項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，原則上不可以進行鍍覆。
應注意鍍覆層的使用溫度范圍，超過允許的使用范圍時，不僅會導致性能無法達到，甚至可能引起基體金屬的開裂和脆斷。
在密閉情況下，應考慮有機揮發氣氛對鋅鎘鍍層的腐蝕作用。
五、結構設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，膜層導電，裝飾性差。工藝成熟，應用最廣泛，
藍白色鈍化——裝飾性好，耐蝕性差，適用于使用環境好、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，在一般環境下有較好的防護性能。但在海水、海霧直接接觸的情況下，其防護性能不如鎘鍍層。
使用溫度不應超過250度，否則會產生鎘脆，再低于70度的環境和高于70度的水中，耐蝕性顯著下降。
在密封和空氣不流通時，非金屬揮發物（低分子羧酸、酚、醛、氨氣）能腐蝕鋅鍍層。促使其迅速產生“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，單層鎳不宜作防護層，常以銅+鎳+鉻復合鍍層作為防護層
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。但鍍層較硬不易擴善，因此經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，其優點：鍍層無應力，缺點：外觀差，不耐指紋，鍍液對雜質敏感，工藝不穩定。
半光亮鎳：優點是鍍層基本無應力，可取代暗鎳。缺點是使用添加劑，含量難以化驗，只能根據試片和經驗判定，精確控制有一定的難度。
光亮鎳：優點是外觀裝飾性好，可以達到鏡面光亮，鍍層硬度較高，缺點：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，作為半亮鎳和兩鎳的中間層，提高鎳層間的電位差，將縱向腐蝕轉化為橫向腐蝕，起到犧牲陽極的作用，現在已很少采用。
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、武器和銘牌等相關部件，缺點耐蝕性差，須有后處理。工藝穩定性也不太好。
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。缺點是工藝穩定性較差。
3.鍍硬鉻和鍍裝飾鉻
鍍鉻層的顏色為稍帶淺藍色調的的銀白色，鉻的標準電極電位比鐵低，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。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。鍍裝飾鉻必須達到鏡面光亮才可鍍鉻，否則達不到裝飾效果。
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定，有良好的消光性能，適用于光學零件，使用時顏色會逐漸減退。
4.化學鍍鎳
化學鍍鎳層對于鋼、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。化學鍍鎳層是層狀結構，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，因此對導電性和導磁性有顯著影響。磷含量越高，鍍層硬度越高，耐蝕性越好。
鋼表面化學鍍鎳層經400度熱處理后，硬度可以達到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。
由于是化學沉積，鍍層均勻性比電鍍好很多，適用于形狀復雜，要求鍍層均勻且有防腐或耐磨要求的零件。缺點是工藝較復雜，成本較高。
5.鋁合金化學導電氧化
氧化膜比較薄，硬度低，不耐磨，不能錫焊（能點焊），具有較小的接觸電阻，根據膜厚和工藝不同，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和裝飾方法。膜層具有較高的防護能力，膜層多孔，與油漆的結合力良好，經重鉻酸鉀、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性能低于重鉻酸鉀、熱水填充的膜層。膜層經150度以上烘烤時，會出現發紋，隨著溫度升高發紋變短變細，數量增多，但對耐蝕性無明顯影響。膜層不導電，有一定的耐磨性，膜較脆，基體變形后，膜會出現裂紋。經拋光表面，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。
硬質陽極氧化
硬質陽極氧化是使鋁合金零件表面達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，特別是在潮濕的環境下，易氧化變得不易釬焊。錫鍍層較軟，在干燥的環境下，化學穩定性好。鍍層導電性能和焊接性能好。適合于需要焊接或導電的零件。
鍍錫鉛合金層為灰白色。鍍層經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.磷化和發藍
鋼鐵零件發藍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，鋼鐵法藍的零件適合在油中工作，防護能力較低。生產成本很低。工藝很穩定。適用于不適于電鍍的精密機械零件，武器等。
磷化膜為灰色至暗灰色。膜層具有晶體結構，不導電，硬度低，不耐磨，彈性極小，基體變形時膜層容易脫落。磷化膜與油漆結合力較好，常用來做油漆的底層。單獨的磷化膜防護能力較差，表面涂漆后裝飾和防護性能大大提高。
9.達克羅涂覆
達克羅涂層又叫水基鋅鉻涂層，是由超微鋅片、鋁片及特殊有機物結合在一起形成的層狀結構的膜層。由于鋅的陽極保護作用和鉻酸的鈍化效應，鋁對鋅腐蝕的抑制作用，使達克羅涂層具有超強的耐腐蝕性。由于沒有經過酸洗，不會產生氫脆。膜層耐候性良好，有一定的導電性。適用于戶外工作的大型結構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。缺點是：膜層是層狀結構，不太適合作底層使用。