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常用表面处理工艺介绍
一、达克罗
达克罗是DACROMET译音和缩写,简称达克罗、达克锈、迪克龙。国内命名为锌铬涂层,是一种以锌粉、铝粉、铬酸和去离子水为主要成分的新型的防腐涂料。
达克罗最早诞生于二十世纪五十年代末。美国科学家迈克·马丁研制了以金属锌片为主同时加入铝片、铬酸、去离子水做溶剂的高分散水溶性涂料,涂料沾在金属基体上,经过全闭路循环涂覆烘烤,形成薄薄的涂层,达克罗涂层成功地抵抗氯离子的侵蚀,防腐技术进入了新的台阶,革新了传统工艺防腐寿命短的缺陷。
中国在1994年正式从日本引进达克罗技术,最初仅用于国防工业和国产化的汽车零部件,后又发展到电力、建筑、海洋工程、家用电器、小五金及标准件、铁路、桥梁、隧道、公路护栏、石油化工、生物工程、医疗器械粉末冶金等多种行业。
达克罗工艺流程:有机溶剂除油——机械抛光——喷涂——烘烤——二次喷涂——烘烤——干燥。
达克罗主要应用:
1.载重汽车上各种高强度底盘中小支架、连接件、外露件及紧固件的防腐,如各种异型钢支架、螺栓(含骑马螺栓、车轮螺栓等)、螺母等。
2.发动机周围等高热环境金属制件的防腐,如隔热板、排气管、散热器、发动机缸盖等零部件。
3.载重汽车上各种弹性零件的防腐,如环箍、半圆卡箍、各种弹簧、板簧等。
4.载重汽车上各种形状复杂的管类、腔类零部件的防腐,如发动机的排气管、消声器等。
二、PVD处理
PVD是英文Physical Vapor Deposition(物理气相沉积)的缩写,是指在真空条件下,采用低电压、大电流的电弧放电技术,利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离,利用电场的加速作用,使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。
PVD技术出现于二十世纪七十年代末,制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。最初在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视,人们在开发高性能、高可靠性涂层设备的同时,也在硬质合金、陶瓷类刀具中进行了更加深入的涂层应用研究。与CVD工艺相比,PVD工艺处理温度低,在600℃以下时对刀具材料的抗弯强度无影响;薄膜内部应力状态为压应力,更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层;PVD技术工艺过程简单,对环境无污染,耗材少,符合现代绿色制造的发展方向。
PVD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。
三、抛光
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)。
机械抛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。
针对不同的抛光过程:粗抛(基础抛光过程),中抛(精加工过程)和精抛(上光过程),选用合适的抛光轮可以达到最佳抛光效果,同时提高抛光效率。
四、喷砂
利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基体表面的过程。采用压缩空气为动力,以形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂)高速喷射到需要处理的工件表面,使工件表面的外表面的外表或形状发生变化,由于磨料对工件表面的冲击和切削作用,使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度,使工件表面的机械性能得到改善,因此提高了工件的抗疲劳性,增加了它和涂层之间的附着力,延长了涂膜的耐久性,也有利于涂料的流平和装饰。
五、拉丝
是通过研磨产品在工件表面形成线纹,起到装饰效果的一种表面处理手段。根据拉丝后纹路的不同可分为:直纹拉丝、乱纹拉丝、波纹、旋纹。
表面拉丝处理是通过研磨产品在工件表面形成线纹,起到装饰效果的一种表面处理手段。由于表面拉丝处理能够体现金属材料的质感,所以得到了越来越多用户的喜爱和越来越广泛的应用。
六、阳极氧化
阳极氧化是一种电解氧化过程,在该过程中,铝和铝合金的表面通常转化为一层氧化膜,这层氧化膜具有保护性、装饰性以及一些其他的功能特性。从这个定义出发的铝的阳极氧化,只包括生成阳极氧化膜这一部分工艺过程。将金属或合金的制件作为阳极,采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能,如表面着色,提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度,保护金属表面等。例如铝阳极氧化,将铝及其合金置于相应电解液(如硫酸、铬酸、草酸等)中作为阳极,在特定条件和外加电流作用下进行电解。
阳极的铝或其合金氧化 ,表面上形成氧化铝薄层 ,其厚度为5~30微米 ,硬质阳极氧化膜可达25~150微米 。阳极氧化后的铝或其合金,提高了其硬度和耐磨性(可达250~500千克/平方毫米),良好的耐热性 (硬质阳极氧化膜熔点高达2320K) ,优良的绝缘性(耐击穿电压高达2000V ),增强了抗腐蚀性能 (在ω=0.03NaCl盐雾中经几千小时不腐蚀)。
氧化膜薄层中具有大量的微孔,可吸附各种润滑剂,适合制造发动机气缸或其他耐磨零件;膜微孔吸附能力强可着色成各种美观艳丽的色彩。有色金属或其合金(如铝、镁及其合金等)都可进行阳极氧化处理,这种方法广泛用于机械零件,飞机汽车部件,精密仪器及无线电器材,日用品和建筑装饰等方面。
一般来讲阳极都是用铝或者铝合金当作阳极,阴极则选取铅板,把铝和铅板一起放在水溶液,这里面有硫酸、草酸、铬酸等,进行电解,让铝和铅板的表面形成一种氧化膜。在这些酸中,最为广泛的是用硫酸进行的阳极氧化。
工艺流程:
单色、渐变色:抛光/喷砂/拉丝→除油→阳极氧化→中和→染色→封孔→烘干
双色:①抛光/喷砂/拉丝→除油→遮蔽→阳极氧化1→阳极氧化2 →封孔→烘干
②抛光/喷砂/拉丝→除油→阳极氧化1 →镭雕→阳极氧化2 →封孔→烘干
技术特点:
1、提升强度,
2、实现除白色外任何颜色。
3、实现无镍封孔,满足欧、美等国家对无镍的要求。
七、电泳(Electrophoresis, EP)
电泳指的是带电颗粒在电场作用下,向着与其电性相反的电极移动的现象。利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。电泳工艺分为阳极电泳和阴极电泳。若涂料粒子带负电,工件为阳极,涂料粒子在电场力作用下在工件沉积成膜称为阳极电泳;反之,若涂料粒子带正电,工件为阴极,涂料粒子在工件上沉积成膜称为阴极电泳。
电泳工艺创始于二十世纪六十年代,由福特汽车公司最先应用于汽车底漆。由于其出色的防腐、防锈功能,很快在军工行业得到广泛应用。近几年才应用到日用五金的表面处理。由于其优良的素质和高度环保,正在逐步替代传统油漆喷涂。
阳极电泳一般工艺流程为:工件前处理(除油→热水洗→除锈→冷水洗→磷化→热水洗→钝化)→阳极电泳→工件后处理(清水洗→烘干)。
1、除油。溶液一般为热碱性化学除油液,温度为60℃(蒸汽加热),时间为20min左右。
2、热水洗。温度60℃(蒸汽加热),时间2min。
3、除锈。用H2SO4或HCl ,例如用盐酸除锈液,HCl总酸度≥43点;游离酸度>41点;加清洗剂1.5%;室温下洗10~20min。
4、冷水洗。流动中冷水洗1min。
5、磷化。用中温磷化(60℃时磷化10min),磷化液可用市售成品。
上述工序亦可用喷砂→水洗代替。
6、钝化。用与磷化液配套的药品(由出售磷化液厂家提供),室温下1~2min即可。
7、阳极电泳电解液成分:H08-1黑色电泳漆,固体分质量分数9%~12%,蒸馏水质量分数88%~91%。电压:(70±10)V;时间:2~2.5min;漆液温度:15~35℃;漆液PH 值:8~8.5。注意工件出入槽要断电。电泳过程中电流随漆膜增厚会逐步下降。
8、清水洗。流动冷水中洗。
9、烘干。在烘箱中于(165±5)℃温度下烘40~60min即可。
八、电镀(Electroplating)
电镀是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程,是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化(如锈蚀),提高耐磨性、焊接性、导电性、反光性、抗腐蚀性及增进美观等作用。
电镀(挂镀)原理示意图
依各种电镀需求还有不同的作用。举例如下:
1、镀铜:打底用,增进电镀层附着能力及抗蚀能力。(铜容易氧化,氧化后,铜绿不再导电,所以镀铜产品一定要做铜保护)
2、镀镍:打底用或做外观,增进抗蚀能力及耐磨能力(其中化学镍为现代工艺中耐磨能力超过镀铬)。(注意,许多电子产品,比如DIN头,N头,已经不再使用镍打底,主要是由于镍有磁性,会影响到电性能里面的无源互调)
3、镀金:改善导电接触阻抗,增进信号传输。(金最稳定,也最贵。)
4、镀钯镍:改善导电接触阻抗,增进信号传输,耐磨性高于金。
5、镀锡(镀亮锡及雾锡):增进焊接能力。
6、镀银:改善导电接触阻抗,增进信号传输。(银性能最好,容易氧化,氧化后也导电)
镀锌与镀锌镍合金的比较:
1、锌镍合金镀层特点
在锌基合金中,锌镍合金镀层是一种新型的优良防护性镀层,适用于在恶劣的工业大气和严酷的海洋环境中使用。镍含量7~9%的锌镍合金耐蚀性是锌镀层的3倍以上;含镍量13%左右的锌镍合金镀层耐蚀性是锌镀层的5倍以上,它具有最好的耐蚀性。
由于锌镍合金具有高耐蚀性、低氢脆性、可焊性和可机械加工性等优良特性,早已引起人们的高度重视,其应用范围也越来越广泛。锌镍合金镀层的熔点高,适用于汽车发动机零部件电镀;氢脆小,适用于高强度钢上电镀;可作为代镉镀层,多用于军品。
锌镍合金镀液主要分为两种类型:一种是弱酸性体系,该类型镀液成分简单、阴极电流效率高(一般在95%以上)镀液稳定,容易操作。另一种是碱性锌酸盐镀液,其主要优点是:镀液分散能力好,在宽电流密度范围内镀层合金成分比例较均匀,镀层厚度也均匀,对设备和工件腐蚀小,工艺操作容易,工艺稳定,成本较低等。
2、与镀锌层比较
1)、耐蚀性。镀锌和锌镍合金作为功能性镀层,锌镍合金在耐蚀性上远优于镀锌,这也是研究者花大量时间精力开发锌镍合金的主要原因。锌镍合金镀层经过彩色钝化处理后在中性盐雾下很容易通过1000小时无白锈,而镀锌层经彩色钝化后能通过120小时的都不多。锌镍合金镀层经过白色钝化处理后在中性盐雾下很能通过400小时无白锈,而镀锌层经蓝白钝化后能通过96小时的都不多。
2)、外观。一般情况下锌镍合金彩色钝化层不如镀锌层鲜艳,特别时合金镀层中镍含量偏高时更是如此;锌镍合金白色钝化颜色不如镀锌层白钝白净。需要说明的时,人们对事物的认识往往是先入为主的,对产品的颜色也是如此。随着市场上锌镍合金产品的增多,人们已经能够接受锌镍合金钝化层与镀锌钝化层颜色上的差别。
3)、生产成本。由于锌镍合金镀层中含有13%左右的金属镍,镍的价格远高于锌(镍:191000元/吨,锌18000元/吨),因而电镀锌镍合金要比电镀锌生产成本高得多。
4)、工艺维护。碱性锌酸盐镀锌现在已被市场广泛接受,而锌镍合金工艺作为“新”的电镀工艺目前尚未广泛普及,知者有限。其实,锌镍合金在市场应用已有二十余年的时间,且发展迅猛。现在该工艺已经相当成熟,稳定性甚至超过镀锌。
电镀方式主要分为挂镀、滚镀、连续镀和刷镀等方式,主要与待镀件的尺寸和批量有关。挂镀适用于一般尺寸的制品,如汽车的保险杠、自行车的车把等。滚镀适用于小件,如紧固件、垫圈、销子等。连续镀适用于成批生产的线材和带材,连续镀又包括全浸镀、局部选择性电镀(刷镀、点镀、线镀等)。刷镀适用于局部镀或修复。电镀液有酸性的、碱性的和加有络合剂的酸性及中性溶液。无论采用何种镀覆方式,与待镀制品和镀液接触的镀槽、吊挂具等应具有一定程度的通用性。
九、化学蚀刻
通常所指蚀刻也称光化学蚀刻,指通过曝光制版、显影后,将要蚀刻区域的保护膜去除,在蚀刻时接触化学溶液(常用为三氯化铁或氯化铜溶液),达到溶解腐蚀的作用,形成凹凸或者镂空成型的效果。
工艺流程:
1、曝光法:工程根据图形开出备料尺寸-材料准备-材料清洗-烘干→贴膜或涂布→烘干→曝光→显影→烘干-蚀刻→脱膜→OK
2、网印法:开料→清洗板材(不锈钢其它金属材料)→丝网印→蚀刻→脱膜→OK
十、喷涂
喷涂通过喷枪或碟式雾化器,借助于压力或离心力,分散成均匀而微细的雾滴,施涂于被涂物表面的涂装方法。可分为空气喷涂、无空气喷涂、静电喷涂以及上述基本喷涂形式的各种派生的方式,如大流量低压力雾化喷涂、热喷涂、自动喷涂、多组喷涂等。
喷涂作业生产效率高,适用于手工作业及工业自动化生产,应用范围主要有五金、塑胶、家私、军工、船舶等领域,是现今应用最普遍的一种涂装方式。喷涂作业需要环境要求有百万级到百级的无尘车间,喷涂设备有喷枪、喷漆室、供漆室、固化炉/烘干炉、喷涂工件输送作业设备、消雾及废水、废气处理设备等。
大流量低压力雾化喷涂是低的雾化气压和低空气射流速度,低的雾化涂料运行速度改善了涂料从被涂物表面反弹出来的情况,使上漆率从普通空气喷涂的30%~40%,提高到了65%~85%。在轻革涂饰中用喷枪或喷浆机将涂饰喷于革面上。
十一、镭雕
镭雕也叫激光雕刻或者激光打标,是一种用光学原理进行表面处理的工艺
利用激光器发射的高强度聚焦激光束在焦点处,使材料氧化因而对其进行加工。打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质,或者是通过光能导致表层物质的化学物理变化出痕迹,或者是通过光能烧掉部分物质, 而“刻”出痕迹,或者是通过光能烧掉部分物质,显出所需刻蚀的图形、文字。