生产企业内聘工程师金属表面处理知识问1.docx
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生产企业内聘工程师金属表面处理知识问1
金属表面处理知识问答
1、什么叫电镀?
电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中,在施加电流的作用下,以被镀金属为阴极,以欲镀金属或惰性导体为阳极,通过电解作用在材料表面获得结合牢固的金属膜层的表面处理方法。
电镀的目的是改善基体材料的外观,并赋予材料表面各种特殊的物理化学性能(如耐蚀、耐磨、装饰、导电、焊接以及光学性能等)。
电镀具有工艺设备简单、操作方便、加工成本低等特点,是目前表面处理技术总最常用的方法之一。
根据电镀镀层性能和用途的不同,一般可以将镀层分为以下三类:
1)防护性镀层;
2)装饰性镀层;
3)功能性镀层。
根据镀层性能与基体金属电化学活性的不同,也可以将镀层分为以下二类:
1)阳极性镀层(如钢表面的镀锌层);
2)阴极性镀层(如钢表面的镀铬、镀镍层)。
2、电镀基本原理是什么?
电镀属于典型的电解反应,在外加电流的作用下,溶液中的金属离子向阴极表面运动和迁移,随后在阴极表面得到电子而被还原成金属并沉积于阴极表面,得到金属镀层。
3、镀液成分是什么?
电镀溶液一般包含下列组分:
易溶于水的镀种金属盐,称为主盐;能够与金属离子形成络合剂的络盐;能够提高溶液导电性的导电盐;能够保持溶液pH值稳定性的缓冲剂;有利于改善镀层表面质量的添加剂(如光亮剂)等。
4、电镀工艺方法有哪几种?
电镀工艺方法一般可以分为以下三种:
1)挂镀
挂镀是将零件悬挂于导线制成的挂具上,然后浸没于镀液中作为阴极进行施镀的电镀工艺方法。
2)滚镀
滚镀是置于滚筒中,依靠零件与滚筒的自由接触连接阴极,在滚筒转动过程中实现电镀的工艺方法。
其特点是生产效率高、镀层均匀性好,但是镀件大小受到限制。
3)刷镀
刷镀是通过可移动仿形阳极与阴极零件的接触来实现零件局部电镀的工艺方法。
刷镀不需要电解槽,设备简单、工艺灵活、特别适用于零件表面的局部修复和改性。
5、常用单金属电镀有哪些?
1)镀锌
镀锌层属于阳极性镀层,对钢铁基体的保护不仅仅局限于机械保护作用,而且还可以起到电化学保护作用。
镀锌层的防护能力与镀层厚度有关,镀层越厚、防护性越强。
根据镀液的酸碱性,可以将镀锌工艺分为碱性镀锌(氰化物镀锌、锌酸盐镀锌)、酸性镀锌(硫酸盐镀锌)和中性镀锌(氯化物镀锌)三类。
2)镀铜
镀铜层属于阴极性镀层,对钢铁基体的保护仅局限于机械保护作用。
镀铜层的防护能力与镀层的致密性有关,当镀层表面存在孔隙和损伤时,会加速基体金属的腐蚀过程。
根据镀液的主盐种类,可以将镀铜工艺分为氰化物镀铜、硫酸盐镀铜和焦磷酸盐镀铜。
3)镀镍
镀镍层同样属于阴极性镀层,对钢铁基体的保护仅局限于机械保护作用。
镀层的防护能力与镀层的致密性有关,当镀层表面存在孔隙和损伤时,会加速基体金属的腐蚀过程。
由于镀镍层具有多孔特征,因此镀镍层一般用作中间镀层以配合其他表面镀层。
根据镀液的主盐种类,可以将镀镍工艺分为酸性镀镍(硫酸盐镀镍、氯化物镀镍)和碱性镀镍(焦磷酸盐镀镍)。
4)镀铬
镀铬层同样属于阴极性镀层,对钢铁基体的保护仅局限于机械保护作用。
镀层的防护能力与镀层的致密性有关,当镀层表面存在孔隙和损伤时,会加速基体金属的腐蚀过程。
镀铬层兼有防护性和装饰性效果。
目前镀铬工艺主要是铬酸镀铬,由于铬酸中的六价铬对人体和环境十分有害,因此正在逐渐受到现在使用。
6、什么叫化学镀?
化学镀是指在无外加电流条件下,借助于还原剂而使镀液中的金属离子还原成金属,并沉积到材料表面的工艺方法。
7、化学镀镀液基本组成和特点是什么
化学镀属于在催化条件下发生的氧化-还原反应过程,化学镀溶液由主盐(金属离子盐)、还原剂(次亚磷酸钠)、络合剂、稳定剂、缓冲剂等组成。
与电镀相比,化学镀不需要外加电流,不存在镀层均匀性问题,因此形状复杂的零件也可获得均匀的镀层,同时也能实现非金属材料表面的镀覆。
8、化学镀镍的特点是什么
化学镀镍层结晶细致、孔隙率低、硬度高,是目前应用最为广泛的化学镀镀种。
化学镀镍溶液一般可分为酸性化学镀镍和碱性化学镀镍两种。
碱性化学镀镍层含磷量低,具有良好的焊接性;而酸性化学镀镍层含磷量高,具有较高的硬度和耐磨性。
在腐蚀防护方面,化学镀镍层既可以经过封孔处理后直接使用,也可以作为其他镀种的中间镀层。
9、其他化学镀有哪些?
其他化学镀还包括化学镀铜、化学镀金、化学镀钴、化学镀钯等。
10、什么叫热喷涂技术?
热喷涂技术是利用热能(如氧-乙炔火焰、电弧、等离子火焰等)将具有特殊性能的涂层材料熔化后涂敷在工件上形成涂层的技术。
这些技术的特点之一是可以制备比较厚的涂层(0.1~10mm),因此对于制造具有复合表面结构的机械零件和各类零件的修复非常有用。
11、热喷涂技术基本原理和特点如何?
热喷涂是采用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化,然后用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到材料表面形成涂层的工艺过程。
其原理示意图如图5-1所示。
图5-1热喷涂技术原理示意图
根据所使用的热源不同,一般将热喷涂工艺分为燃烧法和电加热法两大类。
根据喷涂用材料的形式和喷涂时气氛环境还可进一步分类,目前常用的热喷徐技术是线材火焰喷涂、粉末火焰喷涂、电弧喷涂、大气等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂技术。
热喷涂技术的主要特点是:
1)可在各种基体上制备各种材质的涂层,金属、陶瓷、金属陶瓷以及工程塑料等都可用作热喷涂的材料,而金属、陶瓷、金属陶瓷、工程塑料、玻璃、石膏、木材、布、纸等几乎所有固体材料都可以作为热喷涂的基材。
2)基体温度低,基材温度一般在30~200℃之间,因此变形小,热影响区浅。
3)操作灵活,可喷涂各种规格和形状的物体,特别适合于大面积涂层,并可在野外作业。
4)涂层厚度范围宽,从几十微米到几毫米的涂层都能制备,且容易控制,喷涂效率高,成本低。
热喷涂技术的局限性主要体现在热效率低、材料利用率低、浪费大和涂层与基体结合强度较低这三个方面。
12、热喷涂工艺方法有哪些?
1)火焰喷涂工艺
火焰喷涂一般通过氧-乙炔气体燃烧提供热量加热熔化喷涂材料(线材或粉末),通过压缩空气雾化并加速喷涂材料,随后在基体上沉积成涂层。
火焰喷涂的优势在于设备投资少、操作容易、设备可携带到现场施工、无电力要求、沉积效率高等,至今仍是热喷涂的主要工艺方法。
但是涂层氧含量较高、孔隙较多,涂层结合强度偏低,涂层质量不高。
2)电弧喷涂工艺
电弧喷涂是在对两根导线(同时也是喷涂材料)施加直流电压(18~40V)条件下,利用在两根导线顶端产生电弧并发生熔化,同时吹入压缩空气使熔融的液滴雾化并形成喷涂束流,沉积在工件表面。
电弧喷涂只能用于具有导电性的金属线材,当前主要用于喷涂锌、铝防腐蚀涂层、不锈钢涂层等。
电弧喷涂成本较低、喷涂速度和效率都很高,因此是喷涂大面积涂层尤其是长效防腐蚀锌、铝涂层的最佳选择。
3)等离子喷涂工艺
等离了喷涂工艺是采用等离了火焰作为热源对喷涂材料进行加热。
等离了体是由电离的原子、分子、离子和电子组成的导电气体。
等离子喷涂的等离子体通常由氩气、氦气、氮气和氢气所组成的混合气体产生,等离子体火焰温度可高达20000K,几乎可以熔化和气化各种喷涂材料,因此对喷涂材料的适应范围最为广泛。
13、什么叫化学转化膜技术
转化膜技术是通过化学或电化学方法,使金属表面形成稳定的化合物膜层而改善金属表面性能的工艺方法。
其一般操作过程是:
将金属工件浸渍于处理溶液中,通过化学或电化学反应,使被处理金属表面发生溶解并与处理溶液发生反应,从而在金属表面上形成—层难溶的化合物膜层。
14、转化膜的基本特性和用途有哪些
1)用于腐蚀防护和装饰;
2)提高后续涂层与基体的结合强度;
3)耐磨减摩;
4)提高冷变形加工性能;
5)提高电绝缘性能。
15、转化膜的基本工艺方法
1)磷化
当金属浸入磷酸盐溶液中时,金属表面首先发生溶解,并使得表面处的pH值上升,促进表面附近处的可溶性磷酸盐向不溶性磷酸盐转化,最终沉积在金属表面成为磷化膜。
磷化膜的用途很广,特别适用于涂装前处理、工序间腐蚀防护、提高冷变形润滑性以及电绝缘性等。
2)铬酸钝化
通过化学处理或电化学处理可以得到铬酸盐膜,但是目前一般以化学处理方法为主,主要用于锌、铝、镁等有色金属及其合金的钝化。
铬酸钝化膜耐蚀性高,锌镀层经过纯化处理后耐蚀性可提高6~8倍,所以镀锌后必须进行钝化处理。
铝、镁合金上的铬酸钝化膜虽然很薄,但是防护性却很好,不仅可以单独用作防护膜,也可用作涂料底层。
不过,由于铬酸中的六价铬离子对环境和人体十分有害,目前铬酸钝化已经逐渐被低铬甚至无铬钝化所代替,但是钝化膜质量明显不如铬酸钝化膜质量。
3)化学氧化
化学氧化处理因为成本低、设备简单、处理方便等特点,使用范围正在不断扩大。
化学氧化处理可在铝、铜、钢铁、锌、锡等金属及其合金上进行,以获得不同性能、不同颜色的氧化膜。
钢铁的化学氧化俗称发蓝处理,膜的主要成分是四氧化三铁,具有一定的防护和润滑性能。
4)电化学氧化
电化学氧化俗称阳极氧化,普遍用于轻金属材料的表面处理。
轻金属材料重量轻、导电导热性好,但这些材料一般耐蚀性和耐磨性都比较差。
通过阳极氧化处理,可在其表面生成—层厚度达几十到数百微米的氧化膜。
根据不同的用途,阳极氧化膜可赋予表面防护、装饰性、耐磨性、绝缘、隔热和光学性能等。
15、涂料有哪几部份组成?
涂料一般由成膜物质、溶剂、助剂和颜料4个部分组成。
16、气相沉积有哪几种?
气相沉积的方法主要有:
物理气相沉积和化学气相沉积两种
17、物理气相沉积?
物理气相沉积,是指在真空的条件下,利用物理的方法,将材料气化成原子、分子或者使其电离成离子,并通过气相过程,在材料或者基体表面沉积一层具有某些特殊性能的薄膜技术。
方法有:
真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀膜。
18、什么叫化学气相沉积?
化学气相沉积,是在一定的温度下,混合气体之间或者混合气体与基体表面之间相互作用,在基体表面形成金属或火鹤舞等固态膜或镀层,使材料表面改性,以满足耐磨、抗氧化、抗腐蚀以及特定的化学、光学和摩擦学等特殊性能要求的一种技术
19、什么叫表面热处理?
在表面工程技术中,不需要外加其他材料,主要依靠材料自身组织与结构转变进行表面改性的工艺主要是表面淬火与退火技术。
20、什么叫热扩渗?
将工件放在特殊介质中加热,使介质中某一种或几种元素渗入工件表面形成合金层(或参杂层)的工艺,就称为热扩渗技术,又称为化学热处理技术。
技术特点:
1)渗层与基体是冶金结合,结合强度很高,渗层不易剥落;
2)可以使工件表面获得不同组织和性能的扩渗层,从而极大提高工件的耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性能。
21、热扩渗分类有哪些?
1)气体热扩渗
包括:
气体渗碳、气体渗氮、气体碳氮共渗等;
2)液体热扩渗
包括:
热浸锌、热浸铝等;
3)固体热扩渗
包括:
固体渗硼等;
4)等离子体热扩渗
包括:
离子渗氮等。
22、不锈钢表面处理技术包括哪些?
不锈钢表面处理技术主要包括除油、酸洗、钝化、抛光和着色等。
23、不锈钢的除油有哪些方法?
不锈钢的除油主要包括碱洗除油和有机除油。
表面油污严重时,应使用有机溶剂如汽油等清洗;油污较少时,可以采用碱洗除油。
除油干净的标准为:
除油后水洗,水膜完整连续并30秒之内不自行汇聚。
24、不锈钢的酸洗的目的是什么?
酸洗的主要目的是除去不锈钢经高温作业(如热处理、焊接、锻造、铸造等)产生的氧化膜,露出不锈钢基体表面。
25、酸洗液的主要药剂是什么?
根据不锈钢的材质选用不同的酸洗液,酸洗液主要组成为硝酸、硫酸、氢氟酸和少量缓蚀剂。
奥氏体不锈钢可以采用侵蚀性较强的酸液,而马氏体和铁素体不锈钢则应采用侵蚀性较弱的酸液。
26、酸洗时要注意哪几方面?
(1)马氏体不锈钢不能用腐蚀性较强的配方酸洗,否则会发生局部腐蚀;
(2)氯离子易引起不锈钢点腐蚀,配制酸洗溶液时尽量用蒸馏水,防止氯离子的混入;
(3)擦洗、滚洗、酸洗膏酸洗时,应使酸洗表面始终保持湿润,不能干燥,否则局部酸浓度过高,将产生云雾状花纹。
(4)在各种酸洗工艺过程中都必须注意严格控制酸洗温度、时间等工艺条件,否则会酸洗不足、过酸洗,甚至发生工件腐蚀报废。
27、不锈钢钝化的目的是什么?
不锈钢因其具有很高的耐蚀性而在各个领域得到日益广的泛应用,但是不锈钢并不是绝对耐蚀的,也需要通过进行适当的表面处理以保证其耐蚀性,这种表面处理方法就是钝化。
28、不锈钢表面钝化的具体作用是什么?
(1)提高不锈钢在腐蚀介质中的热力学稳定性;
(2)提高不锈钢的耐局部腐蚀能力;
(3)使不锈钢表面具有足够的清洁度;
(4)消除不锈钢表面热加工氧化物;
29、钝化的方法有哪些?
不锈钢钝化方法主要包括化学钝化和电化学钝化两种方法,其中化学法钝化方法主要有铬酸钝化、硝酸钝化、硝酸-重铬酸盐钝化、硝酸-氢氟酸钝化、硝酸-盐酸钝化、硫酸钝化、双氧水钝化、碱液钝化等;电化学钝化方法主要有直流电钝化和载波直流钝化。
30、什么叫硝酸钝化?
由不同浓度的硝酸组成的不锈钢硝酸钝化溶液,用于各种不锈钢的钝化,这种方法叫硝酸钝化,硝酸钝化属于通用型钝化。
31、不锈钢硝酸钝化工艺特点有哪些?
(1)不锈钢在硝酸溶液中处于钝态,处理前后色泽无变化,重现性良好;
(2)不锈钢在硝酸溶液中不易发生过腐蚀,钝化液较为稳定,无需经常添加药剂,操作方便;
(3)不锈钢硝酸钝化后不必进行封闭处理;
(4)钝化液对环境和人体危害程度低(相对于铬酸钝化而言)。
32、不锈钢进行硝酸钝化时要注意什么?
(1)不锈钢钝化前需要进行前处理,不锈钢在钝化前必须进行除油和酸洗,不锈钢表面的油污应彻底清除后,方可进入硝酸溶液;
(2)硝酸钝化后必须进行中和处理,不锈钢在硝酸中钝化后应放在微碱性溶液中浸渍中和。
33、化学除油的原理是什么?
化学除油是利用碱性化学物质溶液除去不锈钢表面上的油污,以达到清洁表面的作用。
34、在化学除油过程中,除油剂发生哪些作用?
(1)皂化作用:
动物和植物油脂由于其分子结构的原因可被碱所皂化,称为可皂化油,生成可溶性的肥皂(化学结构为脂肪酸钠)和甘油(化学结构为丙三醇)皂化的化学方程通式可表示为:
脂肪酸甘油酯+氢氧化钠=脂肪酸钠+甘油。
(2)乳化作用:
皂化油,如矿物油能与乳化剂乳化形成乳浊液(其体系属于水包油)使其从金属表面脱落。
乳化剂分子的一端含憎水基团而另一端含亲水基团,在除油过程中,乳化剂以其憎水基团吸附于油表面产生亲和作用,而其亲水基团与水分子相结合,在乳化分子定向排列的作用下,油-溶液界面的表面张力大为降低。
在溶液的对流和搅拌等作用下,油污就能脱离表面,以微小油珠状态,分散在除液中,这时乳化剂的分子包围在小油珠表面,防止小油珠重新黏附在表面上,变成乳浊液。
乳浊液是液相油分散在液相水中,这种乳化作用便起到了除油作用。
35、常用的化学除油剂有哪些碱性化学品,其特性如何?
(1)氢氧化钠(NaOH)。
有很强的皂化能力,对不锈钢表面也具有一定的氧化作用,吸附力很强,不易用水洗净。
(2)碳酸钠(Na2CO3).俗名纯碱。
水解能释放出少量的碱,水溶液呈碱性,0.5%的水溶液PH值为11.83.是表面活性剂的极好载体,其本身有一定的去污能力,但水洗性不是很好。
(3)磷酸三钠(Na3PO4·12H20)。
水溶液呈碱性,0.5%水溶液PH值为11.8,对污物有分散和润湿作用,具有较好的表面活性作用,对皮肤刺激小,是手工擦拭时首选清洁剂,且水洗性极好。
(4)硅酸钠(Na2Sio3)俗称水玻璃和泡花碱。
其湿润、乳化、抗絮凝作用均佳,价格低廉。
除油后要将硅酸钠彻底洗净,否则在酸冼时形成硅胶,影响后续加工。
(4)焦磷酸钠(Na4P2O7·2H2O)水溶液呈碱性,0.5%水溶液PH值为10.1,表面活好,水洗性好,可防止金属溶入后生
36、不锈钢的抛光目的是什么?
不锈钢在生产过程中经过铸造、锻压,热处理等工艺加工后,表面会形成一层深色氧化皮,另外在机械加工过程中也会留下粗糙的表面。
为了获得不锈钢表面的光洁度、光亮度和使用寿命,通常要求对不锈钢表面进行抛光处理。
37、不锈钢抛光工艺方法有哪些?
不锈钢的抛光工艺方法主要包括机械抛光、化学抛光和电化学抛光(电解抛光)。
38、机械抛光用磨料及其化学成份有那些?
主要有人造金刚砂(碳化硅sic紫黑闪光晶粒)、人造刚玉(氧化铝(AL2O3)白至灰暗色晶粒)、天然金刚砂(AL2O3.Fe2O3发红到黑色砂粒。
39、机械抛光的原理是什么?
填平论认为:
当抛光轮高速旋转时,不锈钢表面在力的作用下与抛光轮摩擦而产生局部高温,使金属的塑性提高,微观不平处凸起部份在高温下流动至凹入部份发生填平,从而使细微不平的表面得到改善。
40、抛光轮圆周速度如何计算?
抛光不锈钢采用的圆周速度为30-35M/S。
当用直径D=300mm的抛光轮时,其旋转速度2000r/min时,其圆周速度v=0.3×3.14×2000/60=31.4m/s.用直径D=250mm的抛光轮,其转速为2400r/min.成不溶性硬水皂膜。
41、不锈钢电镀有几种工艺方法?
为了改善不锈钢的外观,并赋予不锈钢表面各种特殊的物理化学性能(如耐蚀、耐磨、装饰、导电、焊接以及光学性能等),可以对不锈钢表面进行电镀。
电镀具有工艺设备简单、操作方便、加工成本低等特点,是目前表面处理技术中最常用的方法之一。
不锈钢表面电镀工艺方法主要有镀铬、镀锌、镀铜、镀镍、镀贵金属和镀复合镀层。
42、什么叫化学抛光?
化学抛光是通过添加剂控制化学反应,使金属表面微观突起部分的溶解速度大于微观凹洼处的溶解速度,从而实现表面抛光。
因此,抛光液的组成对抛光质量起着决定的作用。
43、化学抛光的优点有哪些?
(1)适应性强,可以处理形状复杂的零件,能使不锈钢内外表面都可获得均匀的光洁度;
(2)操作简单,生产效率高;
(3)所用设备简单,价格便宜。
化学抛光的缺点是:
化学抛光表面质量略低于电化学抛光。
44、什么叫电化学抛光?
电化学抛光是以被抛光工件为阳极,不溶性金属为阴极,两电极同时浸入电化学抛光槽中,通以直流电而产生有选择性的阳极溶解,阳极表面光亮度增大,这种过程与电镀过程正好相反。
45、电化学抛光有什么优点?
(1)产品内外色泽一致,清洁光亮,光泽持久,外观轮廓清洗;
(2)螺纹中毛刺在电解过程中溶解脱落,螺纹间配合松滑,防止螺纹间咬合时出现咬死现象;
(3)抛光面耐蚀性能提高;
(4)与机械抛光相比,生产效率高,生长成本低。
但是电化学抛光还不能完全取代机械抛光,电化学抛光只是对金属表面起微观整平作用,宏观的整平还是需要依靠机械抛光。
46、不锈钢的着色有哪些工艺方法
不锈钢的着色主要有高温氧化法、化学处理法、电化学法和电镀法等四种类型,分别可以获得黑色和金黄色等彩色表面。
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