材料工艺学（第十十一章）ppt课件.ppt

材料工艺学,第十章,2,第十章 电镀工艺,第十章 电镀工艺 101 电镀概述 102 金属表面电镀 103 塑料电镀,3,第十章 电镀工艺,101 电镀概述 电镀是我们在设计中经常要涉及到的一种工艺，而电镀效果是使用时间较长，工艺也较为成熟的一种效果，可以得到一些金属色泽的效果，如高光，亚光等，搭配不同的效果构成产品的效果的差异性，通过这样的处理为产品的设计增加一个亮点。电镀的定义：电镀就是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程，就叫电镀。简单的理解，是物理和化学的变化或结合。,4,第十章 电镀工艺,1011电镀的作用 电镀是重要的面饰方法之一，在产品设计中电镀的主要作用表现在以下几方面：（1）改善金属表面的抗腐蚀性能（2）对产品表面的装饰性（3）能提高表面硬度和耐磨性能（4）提高工件的导电性能（5）提高导磁性能（6）提高光的反射性能（7）修复工件尺寸（8）其他作用,5,第十章 电镀工艺,1012 金属镀层的分类 按镀层的应用来分为：（1）防护性镀层 该镀层主要用于防止金属制品或组合件的腐蚀。（2）装饰防护性镀层 它要求镀层不但能防止制品腐蚀，而且应能赋予制品某种经久不变的金属光泽外观。这种类型的镀层在产品造型设计中的应用是最广的。这种镀覆，即首先在基体上镀上“底”层，而后再镀“表”层，有时甚至还有中间层”。在电镀工艺中常采用铜锡合金做底层，它的防腐能力较强，但易氧化变色，然后在其上再镀上一层光亮铬，它具有经久不变的银蓝光泽，且耐磨。,6,第十章 电镀工艺,（3）特殊性能镀层 在这一类中腐蚀防护相对并不重要，但镀层本身的特殊性能却很重要。其镀层主要有以下几种：耐磨和减磨镀层，耐磨镀层是借提高制品表面硬度以增加它的抗磨损能力，工业上常采用镀硬铬，减磨镀层多用于滑动接触面，在这些接触面上能起固体润滑剂作用的韧性金属（减磨合金）就可以减少滑动磨擦。这种镀层多用在轴瓦或轴套上，现有锡、铅锡合金、银铅合金、铜铝合金以及铅锡三元合金等。导电性镀层，在无线电及通讯技术中大量使用提高表面导电性能的镀层。用于一般情况的有镀铜、镀银。磁性镀层，是用于提高有些金属工件的磁性要求的镀层，在录音机及电子计算机等设备中的录音带、磁环线、磁鼓（记忆鼓）等贮存系统，一般镀以镍铁、镍钴、镍钴磷等合金镀层。,7,第十章 电镀工艺,热加工用镀层，用于作为钢件局部不能进行热处理（如防渗碳和防渗氮）的屏蔽。如防渗碳镀铜、防渗氮镀锡等。另外还用于使金属工件易钎焊的镀锡、铜、银、铅铝合金等。高温抗菌素氧化镀层，用于保护金属工件在高温下的腐蚀。比如转子发动机内腔就需要用镀铬来防护。喷气发动机转子叶片也采用铬合金镀层。在更特殊场合下，甚至采用铂铑合金镀层做高温抗氧化层。修复性镀层，用于重要的机械零件的修复。如汽车、拖拉机的曲轴、齿轮和花键、纺机的压辊、深井泵轴等都可进行电镀修复。用于修复性的镀层有铜、铁、硬铬等。其他镀层，为了增加钢丝和橡胶加热时的粘合性，可给钢丝镀以黄铜，利用黄铜镀层的化学特性而不是物理特性，来改善橡胶与金属之间的结合力。为了抵抗硫酸的腐蚀而镀以铅。为了增加反光能力而镀以铬、银、高锡青铜等。,8,第十章 电镀工艺,10.1.3 对镀层的要求 不同金属的镀层有不同的特性，同一种镀层因应用场合差异则要求也不同。作为金属镀层，无论其品种和性质如何，应有的共同要求是：镀层结构细致紧密，镀层厚度均匀一致，镀层与基体材料的结合牢固等。,9,第十章 电镀工艺,102 常用金属表面电镀10.2.1镀铬 镀铬是目前应用最广泛的镀层品种。铬是微带蓝色的银白色金属。不能用做防护性镀层，一般常用铜锡合金、铜或镍层做底层、以防止基体金属遭受腐蚀。镀铬层主要有五种类型。1防护装饰镀铬 在铜、镍或合金镀层表面上镀一层铬，可获得结晶细密、美观光亮、有像镜面一样的银蓝色光泽（有的称为军蓝），如汽车、机床以及日常用具外部零件的装饰。2镀黑铬 主要用于航空、仪表、相机等光学系统中，以及其他产品上用于装饰、作标志等场合。,10,第十章 电镀工艺,3乳白铬 乳白铬的特点是无光泽、硬度低、无裂纹网、随镀层厚度的增加，气孔减少、抗蚀性好，在乳白铬镀层作刻度容易，且使用者不感到眼睛疲劳。乳白铬广泛用于工量具、机械设备中的分度盘、刻度盘、医疗器械等。4镀硬铬 这种镀层的特点是通过厚的镀层来突出铬层本身的特殊性能。包括耐热、耐磨损、耐腐蚀，以及低的摩擦系数等。硬铬一般是直接镀在钢铁件表面，它的用途比较广泛。如机床主轴、曲轴轴颈等，经过镀硬铬修复后可大大延长使用期限。5多孔性镀铬 多孔性镀铬是耐磨镀铬的一种特殊形式，所不同的是镀层表面具有网状沟纹或点状孔隙，便于贮存润滑油，从而减小镀铬工件与其滑动配合工件间的摩擦，提高工件的耐磨性。主要用于内燃机的汽缸内腔、活塞环、滑动轴承等。,11,第十章 电镀工艺,10.2.2 镀镍 镍镀层的性质：外观略带米黄色的银白色金属光泽，有很高的化学稳定性，能够保持其光泽外表。它在工业产品面饰中是目前世界各国应用最广泛、最重要的镀层之一。镍镀层主要用作防护装饰性镀层。常采用双层电镀法，如：铜一镍、镍一铜一镍一铬、铜一镍一铬、铜锡合金一镍一铬等，还可以采用双层镍、三层镍等工艺，以减少镍层孔隙，提高镍层的抗蚀性能。用于装饰性表面处理还有镀黑镍。镀黑镍是利用电解液中含有锌时，会使镍发黑的特性，在电解液中添加一定数量的锌盐和含硫物质而获得。镀黑镍多用于光学仪器、仪器仪表工业等精密机械装置上的某些特殊零件的装饰且满足物理特性。镀黑镍色质柔和、不反光、又有金属的质感，比用涂料获得的黑色效果好。,12,第十章 电镀工艺,10.2.3 镀银 银是一种白色光亮、可锻、可塑及具有极强反光能力的贵金属。其硬度比铜稍低，比金高。另外银有优良的电性能，在所有金属中，银是导电性能最好的金属。由于银的导电性能好，因此它的接触电阻小，可以提高产品的电性能。银有美丽的银白色光泽，常用于装饰的目的。银镀层主要用于仪器仪表工业、轻工产品、灯具、反光镜、探照灯等需要防护装饰性的电镀层和反光面镀层的物品表面。镀银的物件一般多是铜或铜合金件。钢铁金属构件镀银，必须先镀上一层能防止金属受腐蚀的其他金属或合金层（如铜、黄铜、青铜等），经常与硬橡胶（含有硫）接触的零件不宜镀银。如果需要高度的光泽，则在镀前和镀后必须对零件进行精细的抛光处理。镀银的方法主要有两大类，即氰化镀银和无氰镀银。,13,第十章 电镀工艺,10.2.4 镀金 金是一种黄色，可锻及塑性极好的金属。它质软，易于抛光。镀金一般在铜或银镀层上进行。为克服金镀层具有质软和不耐磨的弱点，若在氰化镀金电解液中加入银、镍、钴等金属离子或采用酸性光亮镀金溶液，能提高金镀层的硬度和光洁度，减少金的消耗。另外，镀铬、镀镍、镀银、镀金常作为防护装饰电镀层，镀锌和镀铜等常作为装饰电镀的底层和中间层。,14,第十章 电镀工艺,10.2.5 镀合金 随着工业生产和科学技术的发展，人们对金属的表面性能、外观提出了种种新的要求，因而开发了电镀合金。1电镀锡钴合金 电镀锡钴合金与电镀钴的色调比较接近，但较为柔和，目前国外大都用来代替铬。电镀锡钴合金具有优良均镀能力和滚镀能力，因而可适用于复杂形状的工件。如在底层上电镀双层镍，则其耐腐蚀性并不亚于电镀铬。为防止表面变色，应用浸渍铬酸盐的方法进行处理，这样还可提高它的耐腐蚀性。,15,第十章 电镀工艺,2电镀锡镍合金 它的外观呈淡玫瑰的色调，使人感到十分舒适，并具有优良的耐腐蚀性。如对有光泽的基材或在光亮镍的电镀层上，再施以锡镍合金电镀，则可得到良好的光泽表面。如对无光泽的表面（梨纹）上进行电镀，则能重现该面的原有情况。电镀层的均镀能力非常优异，几乎完全没有整平作用，因而适用于要求极细线条及旋转加工制品的电镀。3电镀铜锡合金 低锡青铜镀层的色泽呈粉红色或金黄色，结晶细，它有较高的防蚀能力和良好的抛光性能，常作为防护装饰性的镍底层 中锡青铜镀层的色泽呈金黄色，防蚀能力较好。主要用做装饰性镀铬的底层。它的硬度和在空气中的稳定性比低锡青铜镀层高。高锡青铜镀层具有美丽的银白色光泽和良好的抛光性能，有较高的硬度和耐磨性，用来代替银或铬作为反光器械、仪器仪表、日用商品等防护装饰性表面镀层。,16,第十章 电镀工艺,4电镀黄铜 黄铜镀层可得到玫瑰金色，柠檬金色等各种基调的金色，一般仿金镀层用黄铜。但黄铜镀层自身的抗蚀及抗变色能力都很差，在空气中放置一段时间就会被氧化发黑。因此，一般在仿金电镀上要涂覆一层保护性涂料来提高抗蚀及抗变色能力。电镀黄铜被广泛运用于在首饰、钟表、镜框、灯具、等方面。5电镀镍铁合金 电镀镍铁合金是为了取代电镀光亮镍而开发的课题。电镀镍铁合金与电镀光亮镍相比，具有柔软性好、成本更低的特点，但耐腐蚀性较差。,17,第十章 电镀工艺,6电镀锡镍铜合金 稍带黑色金属光泽，常应用于旋扭、眼镜框架、雨伞等产品上。该合金镀层应力大，不能镀厚，但其耐腐蚀性非常优异，如能解决镀厚问题，则应用会更加广泛。7电镀锡锌合金 耐蚀性高，且有着良好的装饰性能，适用于作为热带气候条件下的防护装饰镀层。,18,第十章 电镀工艺,103 塑料电镀1031 非金属电镀的基本特点 在非金属材料表面电镀前需先用化学镀覆法镀上一层导电层，这是非金属材料电镀的基本特点。其中主要的工序有机械粗化、化学除油、化学粗化、敏化处理、活化处理、还原处理、化学镀覆。,19,第十章 电镀工艺,1化学除油 除去工件表面的油污，促使粗化均匀，从而提高镀层的结合力，延长粗化液的使用寿命。2粗化 使非金属表面微观粗糙，增加镀层和基体间的接触面积，借助于机械结合力来提高结合强度；使非金属从憎水体变为亲水体，从而达到提高基体与电镀层结合力的目的 3敏化 所谓敏化就是使非金属表面吸附一些容易氧化的物质，而后在活化处理时敏化剂被氧化，制品表面就形成了活化层，也叫催化膜或结晶核心。这就给化学镀覆金属层打下了基础。4活化 非金属制品经过敏化处理后，紧接着需要进行活化处理。活化的目的是使工件表面形成一层贵金属膜，以此作为化学沉积时氧化还原反应的催化剂，使化学镀覆的反应加速。5化学镀 化学镀的目的是为了在需要镀覆的零件表面形成一层导电的金属层，为非金属制品电镀创造条件，所以化学膜是非金属材料电镀的关键。,20,第十章 电镀工艺,1032 塑料电镀的特点 塑料电镀制品具有塑料和金属两者的特性。具有金属光泽和质感，还有导电、导磁和焊接等特性。由于金属镀层对光、大气等外界因素具有较高的稳定性，因而塑料电镀金属后，可防止塑料老化，延长塑料件的使用寿命。随着工业的迅速发展、塑料电镀的应用日益广泛，成为塑料产品中表面装饰的重要手段之一。目前国内外已广泛在ABS、聚丙烯、聚砜、聚碳酸酯、尼龙、酚醛玻璃纤维增强塑料、聚苯乙烯等塑料表面上进行电镀，其中尤以ABS塑料电镀应用最广，电镀效果最好。,21,第十章 电镀工艺,1033塑料电镀的工艺过程 塑料制件电镀的主要工艺流程 1化学除油 防止塑料变形、溶解，应考虑除油液对塑料的适应性。当用碱性除油液时，应注意使用温度，以防变形；用有机溶剂除油时，应注意其是否有溶解塑料的现象。2粗化 粗化的方法有机械粗化法和化学粗化方法两种。机械粗化如喷砂、滚磨、用砂纸打磨等。化学粗化可以迅速地使工件表面微观粗糙，粗化层均匀、细致、不影响工件的外观。,22,第十章 电镀工艺,3敏化处理 工业上常用的敏化剂为氯化亚锡或三氯化钛的水溶液。4活化处理 所谓活化处理，就是将吸附有还原剂的制件浸入含有氧化剂的溶剂中。一般是浸入贵金属盐类水溶液，于是贵金属离子就被还原剂还原为贵金属，从而在制件表面上形成贵金属膜。这层贵金属可以起到活性催化的作用，故也称催化膜，它可以加速化学镀的还原反应。实践证明，银、钯等贵金属都具有这种催化能力。5还原反应 经过活化处理的塑料制件，用水清洗后，就可以进行化学镀。塑料制件进行化学镀以前，先在一定浓度的化学镀所用的还原剂溶液中浸一下，把未被水洗掉的活化剂还原，这就是还原处理。化学镀铜时，可先用甲醛溶液进行还原处理。化学镀镍时，可先用次磷酸钠溶液进行还原处理。,23,第十章 电镀工艺,6 化学镀 到目前为止，已有很多重金属可以通过化学镀铜的方法从水溶液中沉积出来。从经济角度来看，化学镀铜成本最低，因此被广泛采用。化学镀铜层外观呈铜红色，不能作为装饰和防护层，通常用作非金属、印刷电路板孔金属化等电镀加厚镀层的导电层。化学镀铜只能给塑料制件镀上一层导电源，镀层很薄。要想继续加厚其他镀层时，要先用电镀铜将化学镀铜层加厚。电镀铜时，可以使用酸性镀铜，也可以使用碱性镀铜。塑料制件经过电镀铜以后，就可以根据需要继续电镀其他金属镀层。,24,第十章 电镀工艺,制造商：松下 耳机的材质为高柔性聚乙烯氨化树脂，耳机表面的装饰线条采用了点电镀工艺体现出金属的感觉，与鲜艳的色彩形成一种对比。,25,第十章 电镀工艺,设计者：汤姆迪克森 镜球灯的实际材质是塑料，只是它们被进行了金属电镀工艺的处理，形成了镜子般的效果。这样的表面是灯的外观具有了反射的效果。,26,制造商：爱国者 这款数码相机，给人的第一感觉比较厚重。机身采用工程塑料，经过磨砂处理以减少塑料的感觉。整个机身除了镜头周围的一圈是金属材质外，其余都是电镀了金属层的塑料部件。,27,第十一章 金属的氧化与着色工艺,第十一章 金属的氧化与着色工艺 111 铝及其合金的氧化与着色处理 112 钢铁的氧化及磷化处理 113 铜及其合金的氧化处理,28,第十一章 金属的氧化与着色工艺,111铝及其合金的氧化与着色处理11.1.1概述 在金属的氧化与着色工艺中，应用最多的是铝合金的氧化与着色工艺。随着铝的广泛应用，铝表面的防护性、装饰性、氧化工艺将得到不断发展和广泛应用。铝是比较活泼的金属，在大气中生成的氧化铝薄膜，虽然较薄而疏松，但比其他金属的氧化膜要致密得多，在一般大气条件下，有较高的抗蚀能力。铝及其合金氧化处理有化学氧化和电化学氧化两种。在电化学氧化中，把铝及其合金作为阳极，所以叫做阳极氧化。在铝及其合金的氧化膜上可以进行各种着色处理。,29,第十一章 金属的氧化与着色工艺,1112 铝及其合金化学氧化工艺 化学氧化是不用外来电流而仅把制件置入适当溶液中，使其表面生成氧化膜。一般是将铝件浸在含有碱溶液和碱金属的铬酸盐溶液中，铝和溶液互相作用，很快生成 AI2O3 和AI（OH）3 的薄膜。这种氧化膜具有较高的吸附能力，一般工业上作为表面涂装的底层，经化学氧化后进行涂装，可以大大地提高铝及其合金外观装饰件的抗蚀能力，使涂料的保持性增强。铝及其合金化学氧化的优点主要是生产效率高、成本低、不消耗电能，不需专门设备，适合于大批量生产。,30,第十一章 金属的氧化与着色工艺,1113 铝及其合金的电化学氧化法 铝及其合金的电化学氧化法又称阳极氧化处理，该工艺像电镀的逆过程，工件为电解电路的阳极，不是将一层材料（金属）加到工件表面上去，而是进行内部的反应，以增加通常存在于铝表面很薄的氧化铝层的厚度。,31,第十一章 金属的氧化与着色工艺,1114 铝及其合金氧化膜着色工艺 1氧化膜化学染色法 铝及其合金经过氧化处理后，得到了新鲜的氧化膜层，该膜层孔隙高，吸附能力强，容易染色，因而可以染上各种鲜艳的色彩，使铝制件表面装饰得美观。其方法就是把氧化后的制件用有机染料或无机染料的水溶液来染色。目前广泛应用的是有机染料染色。需要进行染色的氧化膜应具备下列要求，才能获得良好的均匀色彩。氧化膜层具有一定的厚度，厚度不同所染出的色调不同。氧化膜必须具有一定的松孔和吸附性；氧化膜层本身应无色、透明；氧化膜层应均匀，不应有伤痕、砂眼、点蚀等缺陷。,32,第十一章 金属的氧化与着色工艺,常用的氧化膜化学染色方法：（1）彩色印染（2）膜转移彩色印花（3）丝网印刷套色（4）消色法着色（5）仿大理石花纹染色（6）仿礼花图案,33,第十一章 金属的氧化与着色工艺,2阳极氧化铝电解着色 电解着色工艺近年来引起人们的重视。电解着色的耐晒性能良好，颜色的再现性、均匀性、耐光性、耐磨性以及使用的难易和单位表面加工成本均优于吸附染色法，故常用作室外使用的结构材料、防腐和装饰涂层。,34,35,第十一章 金属的氧化与着色工艺,112 钢铁的氧化及磷化处理1121钢铁的发蓝处理 钢铁表面的人工氧化膜，可用热加工、电化学加工和化学加工等不同方法来处理。应用较多的是发蓝处理和不锈钢着色技术。许多钢铁零件经过处理产生一层黑色发亮的表面，这种表面在使用时，可以阻止生锈。这种覆盖层是通过发蓝处理使其表面转变成黑色的铁氧化物而获得的。发蓝表面光泽美丽，一般呈黑色和深蓝黑色。组成钢铁零件的合金成分不同，其氧化膜色泽便会有所差异，如低碳钢制件的氧化膜呈黑色；高碳钢的氧化膜呈带有灰的黑色；低合金钢的氧化膜呈蓝黑色；含硅量高的特种合金的氧化膜呈棕褐色。,36,第十一章 金属的氧化与着色工艺,由于钢铁氧化处理是在碱性溶液中进行的，一般不会产生氢脆现象，因此像弹簧钢、薄钢片及细钢丝等制件常用它作防护层；氧化膜富有装饰性，有较好的弹性及润滑性，并且厚度很薄，不影响制件的精度。常用于精密仪器和光学仪器上的装饰性防护层；由于氧化膜薄、多孔、耐蚀性较差，主要用来作为在轻微腐蚀条件下工作制件的防护层；钢铁氧化膜的强度很低、不宜用于磨擦条件下工作的制件。,37,第十一章 金属的氧化与着色工艺,1122 不锈钢着色技术 自然发色法是从70年代初才发展起来的。该技术使不锈钢不断地向高级化和多样化、以及装饰性和艺术性方面发展，丰富了面饰工艺。由这种通过“自然发色法”处理的不锈钢，常称为彩色不锈钢。酸性氧化着色法的工艺流程主要包括着色处理和硬膜处理两个工序。着色处理是将不锈钢浸到Cr2O3和H2SO4 着色液里，在其表面上生成具有一定厚度的氧化膜。硬膜处理就是将已着色的不锈钢作为阴极，在Cr2O3和H3PO4 水溶液中，以板作为阳极，通电后结果在阴极上（不锈钢）生成Cr2O3、Cr（OH）3等稳定化合物，填塞氧化膜的微小孔隙，使其氧化膜硬化。硬膜处理主要是提高氧化膜的耐磨性、耐蚀性和耐热性等。,38,第十一章 金属的氧化与着色工艺,1123 钢铁的磷化处理 在钢铁制件表面上形成一层不溶解的磷酸盐保护膜的处理过程称为磷化。磷化膜根据基体材料和磷化工艺条件的不同，可呈现出暗灰色到黑灰色的不同色阶，厚度一般为 520um，其抗腐蚀能力稍高于碱性化学氧化膜。磷化膜对油漆有良好的吸附能力，可广泛地应用于油漆底层。它的绝缘性能好，一般电器装置中的硅钢片都采用磷化处理。,39,第十一章 金属的氧化与着色工艺,1l3 铜及其合金的氧化处理 铜及其合金的氧化有化学氧化和电化学氧化，铜及铜合金上的氧化膜呈黑色、蓝黑或褐色，其厚度一般为l2um，氧化膜的硬度和耐磨性都高于金属本身，且具有一定的耐蚀性，主要用来防护与装饰在正常湿度大气条件下使用的制件。有些光学仪器的铜制件为了具有消光的功能而使其氧化发黑。,40,表面蚀刻：使用化学酸进行腐蚀而使得金属表面得到的一种斑驳装饰效果。,41,塑料表面处理a.丝网印刷定义：丝网印刷就是在丝网上涂一层感光材料，利用其感光前后可溶性的不同，经过感光后将不需要的部分洗去，从而控制何处能透过油墨，何处不能透过。塑料件的丝印，是塑料制品的二次加工（或称再加工）中的一种。b.贴膜法定义：是将印有花纹和图案的塑料薄膜紧贴在模具上，在加工塑料件时，靠其熔融的原料的热量将薄膜融合在产品上的方法。c.热烫印法定义：是利用压力和热量将压膜上的粘接剂熔化，并将已镀到压膜上的金属膜转印到塑料件上的方法。效果：同贴膜法相似，可以美化产品外观、传达产品信息,42,制造商：诺基亚手机屏幕周围的装饰采用了膜内转印技术，可以在复杂的曲面上印刷精美的图案,43,设计师：Fusi-Mollica-Zanotto Architetti Associatti Anatonello Piredda（意大利）流线型的设计减少了风的阻力。外壳的支撑是用GE-CET聚苯乙烯制成的。聚碳酸酯外壳的图案采用丝网印刷而成。效果精致，色泽饱满,44,这张钱币不是用纸币制作的，而是用一种叫Melinex的塑料(聚对苯二甲酸乙二醇酯PET)制作而成。采用丝网印刷工艺。这种薄膜可以用于印刷，而且就算是紧紧卷起，它也可以十分平整的恢复到平片状态，另外，它也有良好的抗高温和抗腐蚀性。,