了解金属表面改性技术。

我也知道其中的原因，所以看看关于金属改性的知识，非常系统！

镀层1镀层的定义和原理镀层是利用电化学性质在镀层表面沉积所需形貌金属层的表面处理工艺。

电镀原理：在含待镀金属的盐类溶液中，以被镀母材为阴极，通过电解作用，使镀液中待镀金属的阳离子沉积在母材表面，形成镀层。

如图13所示。

图13是以获得与基材不同且具有特殊性能的表面层，提高表面的耐腐蚀性和耐磨性为目的的电镀原理图电镀。

镀层的厚度一般从几微米到几十微米。

电镀特点：电镀工艺设备简单，操作条件容易控制，镀层材料广，成本低，在工业中广泛应用，是材料表面处理的重要方法。

2镀层分类镀层种类繁多，根据使用性能分为以下几类。 (1)防护镀层：如锌、锌-镍、镍、镉、锡等镀层，是能耐受大气和各种腐蚀环境的防腐镀层。

)防护-装饰性电镀)如Cu-Ni-Cr电镀等，具有装饰性和防护性。

)3)装饰镀层)如仿金Au及Cu-Zn镀层、黑铬、黑镍镀层等。

)4)耐磨减摩镀层)如硬铬镀层、多孔镀层、镍硅镀层、镍石墨镀层、镍PTFE复合镀层等。

)5)电特性的电镀)例如Au电镀、Ag电镀等，可以提高电导率和抗氧化，避免接触电阻的增加。

(6)磁特性镀层：例如，软磁性特性镀层有Ni-Fe镀层、Fe-Co镀层； 硬磁性能有Co-P镀层、Co-Ni镀层、Co-Ni-P镀层等。

)7)可焊接镀层)例如，Sn-Pb镀层、Cu镀层、Sn镀层、Ag镀层等。

改善焊接性，在电子工业中得到广泛应用。

)8)耐热镀层)如Ni-W镀层、Ni镀层、Cr镀层等，熔点高，耐高温。

)9)修复镀层)加工昂贵的易磨损零件或超差零件，通过镀层修复尺寸，可以节约成本，延长使用寿命。

例如可以镀Ni、Cr、Fe层进行修复。

根据镀层与基体之间的电化学性质，可分为阳极镀层和阴极镀层。

当镀层相对于基底金属电位为负时，镀层为阳极，称为钢上的锌镀层之类的阳极性镀层； 当镀层相对于基底金属的电位为正时，镀层呈阴极，称为阴极性镀层，如钢上的镀镍层、镀锡层等。

根据镀层组合来划分，镀层为Zn或Cu层之类的单层镀层； 多层金属镀层如Cu-Sn/Cr镀层、Cu/Ni/Cr镀层等； Ni-AlO镀层、Co-SiC镀层等复合镀层。

按镀层成分分类，可分为单一金属镀层、合金镀层及复合镀层。

3在作为电镀溶液基本组成的主盐上析出金属的盐类主要有硫酸铜、硫酸镍等单一盐； 锌酸钠、氰锌酸钠等络合盐。

络合剂与析出的金属离子形成络合物，其主要作用是改变电镀液的电化学性质，控制金属离子析出的电极工艺，络合剂是电镀液的重要成分，对电镀质量有很大的影响。

配合剂常用的有氰化物、氢氧化物、焦磷酸盐、酒石酸盐、三乙酸氨、柠檬酸等。

导电盐的作用是提高电镀液的导电能力，降低槽端电压，提高工艺电流密度。

例如在镀镍液中加入NaSO。

导电盐不参与电极反应，酸和碱类也可以作为导电物质。

缓冲剂在弱酸或弱碱性电镀液中，pH值是重要的工艺参数。

添加缓冲剂，使电镀液具有自身调节pH值的能力，在电镀过程中稳定pH值。

缓冲剂需要足量才能有效控制酸碱平衡，通常添加30~40g/L，如氯化钾镀锌溶液中的硼酸。

阳极活化剂在电镀过程中金属离子不断消耗，大多数电镀液由可溶性阳极补充，使金属的阴极析出量与阳极溶解量相等，保持电镀液的成分平衡。

加入活性剂后可以维持阳极活性状态，不会钝化，维持正常的溶解反应。

例如在镀镍液中，为了防止镍阳极钝化需要添加Cl-。

特殊添加剂为了改善镀液的性能，提高镀层质量，需要经常添加一些特殊添加剂。

其添加量很少，通常几克/升，但效果显著。

这类添加剂种类很多，通过其作用，可以提高(1)光亮剂)镀层的亮度。

)晶粒细化剂——可以改变镀层的结晶情况，细化晶粒，使镀层致密。

例如，在锌酸盐镀锌液中添加环氧氯丙烷和胺类缩合物等添加剂，镀层就会从海绵状变成致密有光泽的。

(3)流平剂：可以改善镀液的微观分散能力，使基体的微观粗糙表面平整。

)4)润湿剂——可降低金属与溶液的界面张力，使镀层与基体更好地附着，减少针孔。

)5)应力消除剂——可降低镀层应力。

)6)镀层固化剂——能提高镀层硬度。

)7)掩蔽剂——可消除微量杂质的影响。

4电镀工艺的基本步骤电镀工艺的基本步骤包括液相传质、电化学还原、电晶体。

5影响电镀质量的因素(1)电镀液：主盐溶解度、配离子、加成盐； pH值； 分解氢； 电流参数：电流密度、电流波形； 添加剂； 温度； 搅拌； 基体金属：性质、表面加工状态； 预处理。

)2)电镀方式)挂镀。

无法从水溶液中单独电镀的w、Mo、Ti、v等金属可以与铁族元素( Fe、Co、Ni )共蒸镀形成合金； 得到单一金属得不到的外观。

)3)析出合金的条件)两种金属中至少有一种金属可以从其盐水溶液中析出。

共蒸镀的两种金属的蒸镀电位必须足够接近。

化学镀是指在不通过外部电流的情况下，用化学方法将溶液中的金属离子还原为金属，使其堆积在基体表面形成镀层的表面加工方法。

化学镀时，还原金属离子所需的电子通过化学反应直接在溶液中产生。

完成过程有以下三种方法。

1置换析出是利用被镀金属m (例如Fe )比析出金属m (例如Cu )的电位为负这一点，将析出的金属离子从溶液置换到工件表面。 在工序中将这种方式称为浸镀。

当金属m完全被金属m覆盖时，沉积停止，因此镀层很薄。

用铁浸铜，用铜浸汞，在铝上镀锌就是这种置换析出。

浸涂很难获得实用镀层，经常作为其他镀种的辅助工艺。

2接触沉积除被镀金属m和沉积金属m外，还有第三金属m。

在含有m离子的溶液中，连接m-m两种金属，使电子从电位高的m流向电位低的m，将m还原，沉积在m上。

接触金属m也完全被m覆盖后，沉积停止。

对无自催化功能材料进行化学镀镍时，常用接触沉积镀镍。

3使还原剂氧化释放出的自由电子还原析出，将金属离子还原为金属原子的过程称为还原析出。

其反应式为：还原剂氧化rn2e-r(n2 )金属离子还原M2 2e- M工序中所说的化学镀主要是指该还原析出化学镀。

化学镀的条件是： (1)电镀液中还原剂的还原电位显著低于析出金属的电位，金属有可能在基材上被还原析出。

)2)配合的电镀液不自发分解，与催化剂表面接触时会发生金属析出过程。

)3)调节溶液pH值、温度时，可控制金属还原速度，调节电镀速度。

)4)还原析出的金属也具有催化活性，这样氧化还原析出过程持续进行，镀层连续增厚。

)5)反应产物不干扰电镀过程的正常进行，即溶液有足够的寿命。

化学镀的金属及合金种类多为Ni-P、Ni-B、Cu、Ag、Pd、Sn、In、Pt、Cr及多种Co基合金等，应用最多的是化学镀镍和化学镀铜。

由于化学镀层一般具有良好的耐蚀性、耐磨性、钎焊性及其他特殊的电或磁等性能，该表面处理技术能较好地改善材料的表面性能。

热喷涂技术、热喷涂技术、热喷涂技术都是利用氧-乙炔火焰、电弧、等离子火焰等热能将具有特殊性能的涂层材料熔化涂覆在工件上的技术。

具有可制备较厚涂层( 0.1~10mm )的特点，主要应用于复合层零件修复的制备。

1喷涂技术(1)喷涂技术的原理和特点采用各种热源加热熔融或半熔融涂层材料后，用高速气体对涂层材料进行分散细化，高速撞击基体表面形成涂层的过程如图14所示。

图14热喷涂的基本过程示意图热喷涂过程主要是喷涂材料的熔融； 热喷涂材料雾化； 热喷涂材料飞行； 粒子的冲击、凝固。

)2)涂层材料的喷涂对涂层材料有一定要求，需要满足的条件)有较大的液相区域，在喷涂温度下不易分解或挥发； 热稳定性好； 使用性能好； 润湿性好； 固体流动性好(粉末； 热膨胀系数合适。

涂层材料根据喷涂材料的形状分为线材和粉末。

)3)热喷涂涂层的结合机理机械结合)熔融态颗粒撞击基材表面后，扩展成扁平状的液态薄层，配合起伏的表面，形成机械结合。

冶金结合(涂层与基体表面出现扩散和焊接结合，称为冶金结合。

物理耦合(高速运动的熔体颗粒撞击基体表面后，当界面两侧距离在原子晶格常数范围内时，颗粒之间通过范德华力耦合。

)4)涂层形成过程喷涂材料加热至熔融状态； 喷涂材料雾化成细小熔滴高速撞击基体表面，撞击基体的颗粒动能越大，冲击变形越大，形成的涂层结合越好； 熔融的高速颗粒撞击基材表面后变形，凝结形成涂层。

涂层的形成过程如图15所示。

图15涂膜形成工序概略图涂膜结构由大小不同的扁平粒子、未熔融的球状粒子、夹杂物、空隙构成.

存在孔隙的原因：未熔融粒子的低冲击动能； 涂装角度不同带来的遮蔽效果； 凝固收缩和应力释放效应。

合适的孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，降低内应力，提高涂层的抗热震性等，但过度的孔隙会破坏涂层的耐腐蚀性能，增加涂层表面粗糙度，降低涂层的结合强度、硬度、耐磨性

2热喷涂技术(1)热喷涂技术的原理和特点热喷涂技术是利用热源使涂层材料在基体表面重熔或部分熔化，使其凝结在基体表面，形成与基体冶金结合的表面层的表面冶金强化方法，也称为熔结。

与其他表面处理技术相比，喷涂得到的组织致密、冶金缺陷少、与基体结合强度高，但存在所用材料选择范围窄、基材变形远大于喷涂、喷涂层成分与原始成分有一定差距等局限性。

)2)热喷涂技术分类热喷涂技术主要有火焰喷涂、等离子喷涂等。

火焰喷涂(先向基体表面喷粉，再用火焰直接加热涂层，使涂层在基体表面再熔融，基体表面完全润湿，界面处相互元素扩散，形成牢固的冶金结合。

火焰喷涂特点：设备简单工艺简单； 涂层与基体结合强度高涂层抗冲蚀磨损性好。

等离子喷涂)以等离子弧为热源加热基体，使其表面形成熔池，同时将喷涂粉末材料送入等离子弧中，粉末在弧柱中预热，呈熔融或半熔融状态，通过火焰流喷射到熔池后，充分熔融，使气体和熔渣

等离子焊接特点：生产效率高的热喷涂难溶性材料，稀释率低，工艺稳定性好，自动化容易，热喷涂层平整光滑，成分和组织均匀，涂层厚度更大，试验过程准确可控。

)3)喷镀技术与喷镀技术的不同工件表面温度(喷镀时的工件表面温度) 250； 焊接请控制在900以上。

结合状态)喷镀层以机械结合为主； 喷镀层是冶金结合。

粉末材料：喷涂用自熔合金粉末、喷涂粉末不受限制。

涂层结构：喷涂层有孔隙，喷涂层均匀致密无孔隙。

承载能力：喷涂层能承受冲击载荷和高接触应力。

稀释率：喷镀层的稀释率约为5%~10%，喷镀层的稀释率几乎为零。

化学转化处理技术化学转化处理技术是指通过化学或电化学方法在金属表面形成稳定的化合物膜层的过程。

化学转化处理技术，主要用于工件防腐和表面装饰，也用于提高工件耐磨性等。

利用某些金属与某些特定的腐蚀液接触，在一定条件下两者发生化学反应，通过浓差极化作用和阴、阳极极化作用等，在金属表面形成一层附着力好、不易溶解的腐蚀产物膜层。

这些膜层可以保护基体免受水和其他腐蚀介质的影响，提高对有机涂膜的粘附性和耐老化性。

生产中，采用的转化膜技术主要有磷化处理和氧化处理。

1磷化处理磷化是将钢铁材料放入磷酸盐溶液中，得到不溶于水的磷酸盐涂层的过程。

钢铁材料磷化处理工艺如下。 化学除油热水洗涤冷水洗涤磷化处理冷水洗涤磷化后处理冷水洗涤去离子水洗涤干燥。

磷化膜由磷酸铁、磷化锰、磷酸锌等组成，呈灰色或灰黑色结晶。

膜与基体结合非常牢固，具有高电阻率。

磷化膜与氧化膜相比具有更高的耐腐蚀性，特别是在大气、油质、苯介质中具有良好的耐腐蚀性，但在酸、碱、氨水、海水、水蒸气中耐腐蚀性差。

磷化处理的主要方法是浸渍法、喷淋法和喷浆组合法。

根据溶液温度，磷化可分为室温磷化、中温磷化、高温磷化。

浸渍法适用于高温、中温和、低温磷化技术，可以处理任何形状的工件，得到不同厚度的磷化膜，设备简单，质量稳定。

厚磷化膜主要用于工件防腐处理和提高表面减摩性。

喷淋法适用于中温和低温磷化工艺，可处理面积较大的工件，如用汽车壳、冰箱、洗衣机等大工件作为涂料底层，或进行冷变形加工等。

该方法处理时间短，成膜速度快，但只能得到薄的中等厚度的磷化膜。

2氧化处理)1)钢铁氧化处理钢铁氧化处理，又称灰蓝色，是将钢铁工件放入某氧化性溶液中，在其表面形成厚度约为0.5~1.5m的致密坚固的Fe3O4薄膜的工艺方法。

蓝色通常不影响零件精度，常用于工具、器具的装饰防护。

有助于提高工件表面的耐腐蚀性，消除工件的残余应力，减少变形，美化表面光泽。

氧化处理在碱法中应用最多。

钢铁氧化处理所用的溶液成分和工艺条件可根据工件材料和性能要求确定。

普通溶液由500g/L氢氧化钠、200g/L亚硝酸钠和残水组成，溶液温度140左右时处理6~9min。

)2)铝和镁铝合金的氧化处理阳极氧化法阳极氧化法是将工件置于电解液中，然后通电，得到硬度高、吸附力强的氧化膜的方法。

常用的电解液有浓度为15%~20%的硫酸、3%~10%的铬酸、2%~10%的草酸。

阳极氧化膜可以用热水煮，氧化膜变成含水氧化铝，通过体积膨胀封闭。

还可以用重铬酸钾溶液处理封闭，以阻止腐蚀性溶液通过氧化膜晶体间隙腐蚀基体。

化学氧化法化学氧化法是将工件放入弱碱或弱酸溶液中，得到与基体铝牢固结合的氧化膜。

主要用于提高工件的耐腐蚀性和耐磨性，也用于铝和铝合金的表面装饰，如建筑用的防锈铝、标牌的装饰膜等。

气相沉积技术气相沉积技术是指将含沉积元素的气相物质通过物理或化学方法沉积在材料表面形成薄膜的一种新型涂层技术。

根据沉积过程原理，气相沉积技术可分为物理气相沉积( PVD )和化学气相沉积( CVD )两大类。

1物理气相沉积物理气相沉积( PVD )是指在真空条件下，用物理方法使材料气化成为原子、分子或电离离子，通过气相过程在材料表面沉积薄膜的技术。

物理沉积技术主要包括真空蒸镀、溅射、离子镀三种基本方法。

真空蒸镀是使成膜材料蒸发气化或升华并堆积在工件表面形成薄膜的方法。

根据蒸镀材料的熔点，有电阻加热、电子束加热、激光加热等各种加热方式。

真空沉积的特点是设备、工艺及操作简单，但汽化粒子动能低，镀层与基体结合力弱，镀层疏松，耐冲击、耐磨性能不高。

溅射镀膜是指在真空下通过辉光放电从氩气中电离，产生的氩离子在电场的作用下加速并碰撞阴极，溅射的粒子堆积在工件表面进行成膜的方法； 其优点是气化粒子动能大，适用材料广泛，包括基材和电镀材料。 均匀电镀能力好，但沉积速度慢，设备昂贵。

离子镀是在真空下利用气体放电技术，将部分蒸发的原子电离成离子，与同时产生的大量高能中性粒子一起沉积在工件表面成膜的方法。

其特点是镀层质量高、附着力强、均镀能力好、沉积速度快，但存在设备复杂、价格昂贵等缺点。

物理气相沉积适用的基材和膜层材料广泛； 工艺简单，节约材料，无污染； 所得膜层具有膜基附着力强、膜层厚度均匀、致密、针孔少等优点。

广泛应用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等领域制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、磁性、压电、润滑超导等薄膜。

2化学气相沉积化学气相沉积( CVD )是指在一定温度下混合气与基体表面相互作用在基体表面形成金属或化合物薄膜的方法。

化学气相沉积特征在于，堆积物的种类多，可以分类为堆积金属、半导体元素、碳化物、氮化物、硼化物等，从而可以在宽范围内控制膜的组成和晶型； 能够均匀地涂敷几何形状复杂部件； 沉积速度快，膜层致密，与基体结合牢固； 容易实现大量生产。

化学气相沉积膜层由于具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性及电学、光学等特殊性能，已广泛应用于机械制造、航空航天、交通运输、煤化工等工业领域。