一文看懂金屬表面改性技術
2022-03-10 00:56:38
changyuan
1 電鍍的(de)定義(yi)及原理
電(dian)鍍(du)是一種(zhong)利(li)用電(dian)化學性質，在鍍(du)件表面上(shang)沉(chen)積所(suo)需(xu)形(xing)態的金(jin)屬覆層的表面處(chu)理工藝(yi)。
電(dian)鍍(du)原理：在(zai)含(han)有欲(yu)鍍(du)金屬(shu)的鹽類溶液(ye)中(zhong)，以被鍍(du)基體(ti)金屬(shu)為陰極(ji)，通(tong)過電(dian)解作用，使鍍(du)液(ye)中(zhong)欲(yu)鍍(du)金屬(shu)的陽離(li)子在(zai)基體(ti)金屬(shu)表(biao)面沉積，形成鍍(du)層。如圖13所(suo)示。
圖(tu)13 電(dian)鍍原理圖(tu)
電(dian)鍍(du)的目(mu)的：獲得不同于基(ji)體(ti)材料(liao)，且(qie)具有特殊性(xing)(xing)(xing)能的表面層，提高(gao)表面的耐腐蝕性(xing)(xing)(xing)及(ji)耐磨性(xing)(xing)(xing)。
鍍層厚(hou)度一般(ban)為幾微(wei)米到幾十微(wei)米。
電(dian)鍍的(de)特點(dian)：電(dian)鍍工藝設備較簡單，操作條件易于控制，鍍層材(cai)料(liao)廣泛(fan)，成本(ben)較低，因而在工業中廣泛(fan)應用，是材(cai)料(liao)表面(mian)處理的(de)重要方法。
2 鍍層的(de)分(fen)類
鍍層種類很多，按(an)使用性能分類如下：
（1）防護性鍍層(ceng)：例(li)如鋅(xin)、鋅(xin)-鎳、鎳、鎘、錫等鍍層(ceng)，作為耐大氣及各種腐蝕(shi)環境(jing)的防腐蝕(shi)鍍層(ceng)。
（2）防(fang)護-裝飾性(xing)鍍(du)(du)層：例如Cu-Ni-Cr鍍(du)(du)層等，既有裝飾性(xing)，亦(yi)有防(fang)護性(xing)。
（3）裝飾性鍍(du)層：例如Au及Cu-Zn仿金鍍(du)層、黑鉻(ge)、黑鎳(nie)鍍(du)層等。
（4）耐磨和減磨鍍(du)層(ceng)：例(li)如(ru)硬(ying)鉻鍍(du)層(ceng)、松孔鍍(du)層(ceng)、Ni-Sic鍍(du)層(ceng)，Ni-石(shi)墨鍍(du)層(ceng)、Ni-PTFE復合鍍(du)層(ceng)等。
（5）電性能鍍(du)層(ceng)：例(li)如(ru)Au鍍(du)層(ceng)、Ag鍍(du)層(ceng)等，既有(you)高的導電率，又(you)可(ke)防氧化，可(ke)避免增加(jia)接(jie)觸電阻。
（6）磁性(xing)(xing)能鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)：例如軟(ruan)磁性(xing)(xing)能鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)有Ni-Fe鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)、Fe-Co鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)；硬磁性(xing)(xing)能有Co-P鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)、Co-Ni鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)、Co-Ni-P鍍(du)(du)層(ceng)(ceng)等(deng)。
（7）可焊(han)性鍍(du)層(ceng)：例如(ru)Sn-Pb鍍(du)層(ceng)、Cu鍍(du)層(ceng)、Sn鍍(du)層(ceng)、Ag鍍(du)層(ceng)等。可改(gai)善可焊(han)性，在電(dian)子工業(ye)中應(ying)用(yong)廣(guang)泛。
（8）耐(nai)熱鍍層：例如Ni-W鍍層、Ni鍍層、Cr鍍層等，熔點高(gao)，耐(nai)高(gao)溫。
（9）修(xiu)復(fu)用鍍層(ceng)：一些造(zao)價較高的易磨損件，或加(jia)工超差件，采用電鍍修(xiu)復(fu)尺(chi)寸，可節(jie)約成本(ben)，延長(chang)使用壽命。例如(ru)可電鍍Ni、Cr、Fe層(ceng)進行修(xiu)復(fu)。
若按(an)鍍(du)(du)層(ceng)與基(ji)體(ti)金(jin)屬之間的(de)電化學性(xing)(xing)質可將其分為(wei)：陽極(ji)(ji)性(xing)(xing)鍍(du)(du)層(ceng)和陰(yin)(yin)極(ji)(ji)性(xing)(xing)鍍(du)(du)層(ceng)。當鍍(du)(du)層(ceng)相對于基(ji)體(ti)金(jin)屬的(de)電位為(wei)負(fu)時(shi)，鍍(du)(du)層(ceng)是陽極(ji)(ji)，稱(cheng)為(wei)陽極(ji)(ji)性(xing)(xing)鍍(du)(du)層(ceng)，如鋼上的(de)鍍(du)(du)鋅層(ceng)；當鍍(du)(du)層(ceng)相對于基(ji)體(ti)金(jin)屬的(de)電位為(wei)正時(shi)，鍍(du)(du)層(ceng)呈陰(yin)(yin)極(ji)(ji)，稱(cheng)為(wei)陰(yin)(yin)極(ji)(ji)性(xing)(xing)鍍(du)(du)層(ceng)，如鋼上的(de)鍍(du)(du)鎳層(ceng)、鍍(du)(du)錫(xi)層(ceng)等。
若按鍍(du)(du)(du)層(ceng)的組合形式分，鍍(du)(du)(du)層(ceng)可分為(wei)：單(dan)層(ceng)鍍(du)(du)(du)層(ceng)，如(ru)Zn或Cu層(ceng)；多層(ceng)金屬(shu)鍍(du)(du)(du)層(ceng)，例如(ru)Cu-Sn/Cr鍍(du)(du)(du)層(ceng)、Cu/Ni/Cr鍍(du)(du)(du)層(ceng)等；復合鍍(du)(du)(du)層(ceng)，如(ru)Ni-Al?O?鍍(du)(du)(du)層(ceng)、Co-SiC鍍(du)(du)(du)層(ceng)等。
若按鍍層成分分類，可分為單一金(jin)(jin)屬鍍層、合金(jin)(jin)鍍層及復合鍍層。
3 電鍍溶(rong)液的基本組成
主鹽沉(chen)積(ji)金屬的(de)鹽類主要(yao)有：單(dan)鹽，如硫(liu)酸銅、硫(liu)酸鎳等；絡鹽，如鋅酸鈉、氰鋅酸鈉等。
配(pei)合(he)劑與沉積金屬離子(zi)形成配(pei)合(he)物(wu)，其主要(yao)作用是改(gai)變鍍(du)液的(de)電化學性(xing)質(zhi)和(he)控(kong)制金屬離子(zi)沉積的(de)電極過程，配(pei)合(he)劑是鍍(du)液的(de)重要(yao)成分，對鍍(du)層質(zhi)量(liang)有(you)很大(da)影響。常用配(pei)合(he)劑有(you)氰化物(wu)、氫氧化物(wu)、焦磷酸鹽、酒石酸鹽、氨(an)三乙酸、檸檬(meng)酸等。
導(dao)電(dian)鹽其作用是提(ti)高(gao)(gao)鍍液的(de)導(dao)電(dian)能(neng)力，降低(di)槽端電(dian)壓(ya)提(ti)高(gao)(gao)工藝(yi)電(dian)流密度(du)。例如鍍鎳液中加(jia)入Na?SO?。導(dao)電(dian)鹽不參加(jia)電(dian)極反應，酸或堿類也可作為導(dao)電(dian)物質。
緩沖(chong)劑(ji)在弱(ruo)酸(suan)或弱(ruo)堿(jian)性(xing)鍍(du)液中，pH值(zhi)是重(zhong)要(yao)的工藝參(can)量。加入(ru)緩沖(chong)劑(ji)，使鍍(du)液具有(you)自行調節pH值(zhi)能力，以便在施(shi)鍍(du)過程中保持pH值(zhi)穩(wen)定。緩沖(chong)劑(ji)要(yao)有(you)足夠(gou)量才能有(you)效控制酸(suan)堿(jian)平衡，一般(ban)加入(ru)30~40g/L，例如氯化鉀(jia)鍍(du)鋅溶液中的硼(peng)酸(suan)。
陽(yang)極(ji)(ji)活(huo)化(hua)劑在電鍍(du)(du)過程(cheng)中(zhong)(zhong)金(jin)屬離子被(bei)不斷消耗，多數鍍(du)(du)液(ye)依靠(kao)可溶性陽(yang)極(ji)(ji)來補充，從而使金(jin)屬的陰極(ji)(ji)析出量與(yu)陽(yang)極(ji)(ji)溶解(jie)量相等(deng)，保(bao)持鍍(du)(du)液(ye)成分平(ping)衡。加入活(huo)性劑能維持陽(yang)極(ji)(ji)活(huo)性狀態，不會發生鈍(dun)化(hua)，保(bao)持正常溶解(jie)反應(ying)。例如鍍(du)(du)鎳(nie)液(ye)中(zhong)(zhong)必須加入Cl-，以防止鎳(nie)陽(yang)極(ji)(ji)鈍(dun)化(hua)。
特殊(shu)添(tian)加(jia)(jia)(jia)劑為改善鍍液性能和提高鍍層質量，常需加(jia)(jia)(jia)入某(mou)種特殊(shu)添(tian)加(jia)(jia)(jia)劑。其(qi)加(jia)(jia)(jia)入量較少，一般只有幾(ji)克(ke)每升，但效果顯著(zhu)。這類(lei)添(tian)加(jia)(jia)(jia)劑種類(lei)繁(fan)多，按其(qi)作用可(ke)分(fen)為：
（1）光亮劑—可提高鍍層的光亮度。
（2）晶(jing)粒細化劑(ji)(ji)—能改(gai)變鍍(du)(du)層的結晶(jing)狀況(kuang)，細化晶(jing)粒，使鍍(du)(du)層致密。例如鋅酸鹽鍍(du)(du)鋅液中，添加(jia)環(huan)氧氯丙烷與胺類的縮合物(wu)之類的添加(jia)劑(ji)(ji)，鍍(du)(du)層就可從(cong)海綿狀變為致密而光亮。
（3）整平劑(ji)—可改善鍍液微(wei)觀分散能力，使基體顯(xian)微(wei)粗糙(cao)表面變(bian)平整。
（4）潤濕劑—可以降低(di)金屬與(yu)溶液(ye)的界面張力(li)，使鍍層與(yu)基體更好(hao)地附(fu)著，減少針孔。
（5）應(ying)力消除(chu)劑—可降低鍍層應(ying)力。
（6）鍍(du)層(ceng)(ceng)硬化劑—可提高鍍(du)層(ceng)(ceng)硬度(du)。
（7）掩蔽劑—可(ke)消除微量(liang)雜質的影響(xiang)。
4 電鍍過(guo)程的基本(ben)步驟
電(dian)(dian)鍍過程的(de)基本步驟(zou)包括：液相傳質、電(dian)(dian)化學還原、電(dian)(dian)結晶。
5 影(ying)響電鍍質(zhi)量的因素
（1）鍍液：主鹽溶度(du)、配離子、附(fu)加鹽；pH值；析(xi)氫(qing)；電(dian)(dian)流(liu)參(can)數：電(dian)(dian)流(liu)密度(du)、電(dian)(dian)流(liu)波形；添加劑；溫度(du)；攪(jiao)拌(ban)；基體(ti)金屬：性質、表面加工狀態；前處理。
（2）電(dian)鍍方式(shi)：掛鍍。不能從水溶液中單(dan)獨電(dian)鍍的(de)W、Mo、Ti、V等金屬(shu)可與(yu)鐵族元(yuan)素（Fe,Co,Ni）共沉積形成(cheng)合(he)金；從而獲得(de)單(dan)一金屬(shu)得(de)不到(dao)的(de)外觀。
（3）沉積合(he)金的條(tiao)件：
①兩種(zhong)金屬中(zhong)至少有一種(zhong)金屬能從其鹽的(de)水溶液(ye)中(zhong)沉積出來。
②共沉(chen)積的兩種金屬的沉(chen)積電(dian)位必須十(shi)分接近。
02 化(hua)學(xue)鍍
化(hua)學鍍(du)是指在沒(mei)有外(wai)電流通過的(de)情況(kuang)下，利用化(hua)學方法使溶液中的(de)金屬離子還原為金屬，并沉積在基體(ti)表(biao)面，形成鍍(du)層(ceng)的(de)一種表(biao)面加工方法。
化學鍍時，還原金(jin)屬離子所(suo)需的電子是通過(guo)化學反應直接在(zai)溶液中產(chan)生。完成(cheng)過(guo)程(cheng)有以(yi)下三種方式。
1 置換沉積
利用(yong)被鍍(du)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)M?（如Fe）比沉(chen)(chen)積金(jin)(jin)屬(shu)(shu)M?（如Cu）的電位(wei)更負，將沉(chen)(chen)積金(jin)(jin)屬(shu)(shu)離子從溶(rong)液中置換在工(gong)件表面上，工(gong)程中稱這種(zhong)方式為(wei)浸(jin)鍍(du)。當(dang)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)M?完全被金(jin)(jin)屬(shu)(shu)M?覆蓋(gai)時，則沉(chen)(chen)積停(ting)止，所以鍍(du)層(ceng)很薄。鐵(tie)浸(jin)鍍(du)銅，銅浸(jin)汞(gong)，鋁鍍(du)鋅就是(shi)這種(zhong)置換沉(chen)(chen)積。浸(jin)鍍(du)難以獲(huo)得實用(yong)性(xing)鍍(du)層(ceng)，常作(zuo)為(wei)其他(ta)鍍(du)種(zhong)的輔助(zhu)工(gong)藝。
2 接觸沉積
除了被鍍(du)(du)金(jin)屬(shu)M?和沉(chen)(chen)積(ji)金(jin)屬(shu)M?外，還有第三(san)種金(jin)屬(shu)M?。在(zai)含有M?離子的溶液中，將M?-M?兩(liang)金(jin)屬(shu)連(lian)接(jie)，電(dian)子從(cong)電(dian)位(wei)(wei)高的M?流向(xiang)電(dian)位(wei)(wei)低的M?，使M?還原沉(chen)(chen)積(ji)在(zai)M?上。當接(jie)觸金(jin)屬(shu)M?也完全(quan)被M?覆(fu)蓋后(hou)，沉(chen)(chen)積(ji)停止。在(zai)沒有自催化性的功能材(cai)料上進(jin)行化學鍍(du)(du)鎳時，常用接(jie)觸沉(chen)(chen)積(ji)引發鎳沉(chen)(chen)積(ji)起鍍(du)(du)。
3 還原沉積(ji)
由(you)還(huan)原(yuan)(yuan)劑(ji)被(bei)氧化而釋放(fang)的自由(you)電子，將金(jin)屬(shu)離子還(huan)原(yuan)(yuan)為(wei)金(jin)屬(shu)原(yuan)(yuan)子的過程稱為(wei)還(huan)原(yuan)(yuan)沉積。
其反(fan)應方程式如(ru)下(xia)：
還(huan)原(yuan)劑氧化
Rn+ → 2e- + R（n + 2）+
金屬離子(zi)還原
M2+ + 2e- → M
工程上所講的(de)化學(xue)鍍也主要是指這(zhe)種還原(yuan)沉積化學(xue)鍍。
化學鍍的條件是(shi)以下幾個方面：
（1）鍍液中還(huan)(huan)原劑的(de)還(huan)(huan)原電(dian)位(wei)要顯著低于沉積金屬(shu)的(de)電(dian)位(wei)，使金屬(shu)有可能在基材上被還(huan)(huan)原而沉積出來。
（2）配好(hao)的(de)鍍液不產生自發分解，當與催化表面接觸時，才發生金屬沉積過程(cheng)。
（3）調節(jie)溶(rong)液的pH值、溫度時，可(ke)以(yi)控(kong)制金屬(shu)的還原(yuan)速率，從而調節(jie)鍍(du)覆速率。
（4）被還原(yuan)析出的金屬(shu)也具有催化(hua)活性，這樣氧化(hua)還原(yuan)沉積過程(cheng)才(cai)能持續(xu)進行，鍍層才(cai)能連續(xu)增(zeng)厚。
（5）反應(ying)生成物不妨(fang)礙鍍覆(fu)過程的正常進行，即溶(rong)液有(you)足夠(gou)的使用(yong)壽(shou)命。
化(hua)學鍍鍍覆的(de)金屬及(ji)合(he)金種(zhong)(zhong)類較多(duo)，如(ru)Ni-P、Ni-B、Cu、Ag、Pd、Sn、In、Pt、Cr及(ji)多(duo)種(zhong)(zhong)Co基合(he)金等，但應(ying)用最廣的(de)是化(hua)學鍍鎳和化(hua)學鍍銅。化(hua)學鍍層一般具(ju)有良好的(de)耐(nai)蝕性(xing)、耐(nai)磨性(xing)、釬焊性(xing)及(ji)其他特(te)殊的(de)電學或(huo)磁學等性(xing)能，所以該種(zhong)(zhong)表面處理工藝能很(hen)好的(de)完(wan)善材料的(de)表面性(xing)能。
03 熱噴涂技術、熱噴焊技術
熱(re)噴涂技術、熱(re)噴焊技術都是利(li)用熱(re)能(neng)（如氧-乙炔火(huo)焰(yan)、電(dian)弧、等離(li)子(zi)火(huo)焰(yan)等）將具有特(te)殊(shu)性(xing)能(neng)的(de)涂層(ceng)材(cai)料(liao)熔化(hua)后涂敷(fu)在工件上(shang)形(xing)成涂層(ceng)的(de)技術。具有可以制(zhi)備比(bi)較厚的(de)涂層(ceng)（0.1~10mm）的(de)特(te)點，主要應(ying)用在制(zhi)造復合層(ceng)零(ling)件修復。
1 熱噴涂技術(shu)
（1）熱噴(pen)涂技術原(yuan)理與特點
采用(yong)各種(zhong)熱源(yuan)使涂層(ceng)(ceng)材料加熱熔化(hua)或(huo)半熔化(hua)，然后用(yong)高(gao)速氣(qi)體(ti)使涂層(ceng)(ceng)材料分(fen)散細化(hua)并(bing)高(gao)速撞擊到基體(ti)表(biao)面，從而(er)形成(cheng)涂層(ceng)(ceng)的工藝過程(cheng)，如(ru)圖(tu)14所示。
圖14 熱噴涂的基(ji)本(ben)過(guo)程示意(yi)圖
熱(re)噴(pen)(pen)涂過程主要包(bao)括(kuo)：噴(pen)(pen)涂材料的熔(rong)化；噴(pen)(pen)涂材料的霧化；噴(pen)(pen)涂材料的飛行(xing)；粒子的沖擊、凝固(gu)。
（2） 涂層材料
熱噴涂(tu)(tu)對涂(tu)(tu)層材(cai)料有一定(ding)的(de)要求，需滿足的(de)條件(jian)：有較寬(kuan)的(de)液相(xiang)區，在噴涂(tu)(tu)溫度下(xia)不易分解(jie)或揮發；熱穩定(ding)性(xing)好(hao)(hao)；使用性(xing)能好(hao)(hao)；潤濕性(xing)好(hao)(hao)；固(gu)態流動性(xing)好(hao)(hao)（粉末）；熱膨脹(zhang)系數(shu)合適(shi)。涂(tu)(tu)層材(cai)料按照噴涂(tu)(tu)材(cai)料的(de)形狀可分為線材(cai)和粉末。
（3） 熱噴涂(tu)涂(tu)層的(de)結合機(ji)理(li)
①機(ji)(ji)械結(jie)合(he)：熔融態的粒子撞(zhuang)擊到基(ji)材表(biao)面后鋪展成扁平狀的液態薄層(ceng)，嵌合(he)在起伏不平的表(biao)面，并形成機(ji)(ji)械結(jie)合(he)。
②冶金(jin)結合：涂層(ceng)與(yu)基體(ti)表(biao)面(mian)出現擴散(san)和(he)焊合，稱(cheng)為冶金(jin)結合。
③物理(li)結合：當高速運(yun)動的(de)熔(rong)融粒子(zi)撞擊基體(ti)表(biao)面(mian)后，若界面(mian)兩側的(de)距離(li)在(zai)原子(zi)晶格(ge)常數范圍內時，粒子(zi)之間依(yi)靠范德華力(li)結合在(zai)一起。
（4） 涂層的(de)形成過(guo)程
①噴涂材料被加熱到熔融狀態；
②噴(pen)涂材料被霧化成微小熔滴并高速撞擊基體(ti)(ti)表面，撞擊基體(ti)(ti)的顆粒動能越大(da)和沖擊變形越大(da)，形成的涂層結(jie)合越好；
③熔融的高速粒(li)子在沖擊基材表面后發生變形(xing)，冷(leng)凝后形(xing)成涂層。
涂(tu)層的形(xing)成過(guo)程如圖15所示。
圖15 涂層形成過程(cheng)示(shi)意圖
涂層結構是由(you)大(da)小不一的(de)(de)(de)(de)扁平顆粒、未(wei)熔化的(de)(de)(de)(de)球(qiu)形(xing)顆粒、夾(jia)雜(za)和孔(kong)(kong)隙(xi)組成。孔(kong)(kong)隙(xi)存在(zai)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)因：未(wei)熔化顆粒的(de)(de)(de)(de)低(di)沖擊動能；噴涂角度(du)(du)不同(tong)時造成的(de)(de)(de)(de)遮蔽效(xiao)應(ying)；凝固收縮和應(ying)力釋(shi)放(fang)效(xiao)應(ying)。適當(dang)的(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)隙(xi)可以(yi)儲(chu)存潤滑(hua)劑、提高涂層的(de)(de)(de)(de)隔熱性能、減小內應(ying)力以(yi)及提高涂層的(de)(de)(de)(de)抗熱震(zhen)性等，但是過(guo)多的(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)隙(xi)將會破(po)壞涂層的(de)(de)(de)(de)耐腐(fu)蝕性能、增加涂層表面的(de)(de)(de)(de)粗糙度(du)(du)，從(cong)而降低(di)涂層的(de)(de)(de)(de)結合強度(du)(du)、硬度(du)(du)、耐磨性，所以(yi)在(zai)涂層的(de)(de)(de)(de)制(zhi)備(bei)過(guo)程中應(ying)嚴格控制(zhi)孔(kong)(kong)隙(xi)的(de)(de)(de)(de)數量。
2 熱噴焊技術
（1）熱噴焊技術的原理及特點
熱噴(pen)(pen)焊(han)(han)技術是(shi)采(cai)用熱源將涂(tu)層(ceng)材(cai)料在基(ji)體(ti)表面重(zhong)新(xin)熔化或部(bu)分(fen)(fen)熔化，并凝(ning)結于基(ji)體(ti)表面，形(xing)成與基(ji)體(ti)具有冶(ye)金(jin)結合(he)的(de)表面層(ceng)的(de)一種(zhong)表面冶(ye)金(jin)強(qiang)化方(fang)法，也稱為熔結。相比于其他(ta)表面處理工藝，熱噴(pen)(pen)焊(han)(han)所得的(de)組織致密，冶(ye)金(jin)缺陷很少，與基(ji)體(ti)結合(he)強(qiang)度高，但是(shi)所用材(cai)料的(de)選擇(ze)范圍窄，基(ji)材(cai)的(de)變形(xing)比熱噴(pen)(pen)涂(tu)大得多，熱噴(pen)(pen)焊(han)(han)層(ceng)的(de)成分(fen)(fen)與原始成分(fen)(fen)有一定(ding)差(cha)別(bie)等(deng)局限(xian)性。
（2）熱噴焊(han)(han)(han)技術(shu)的(de)分類熱噴焊(han)(han)(han)技術(shu)主(zhu)要(yao)有火焰(yan)噴焊(han)(han)(han)、等(deng)離子(zi)噴焊(han)(han)(han)等(deng)。
①火焰噴(pen)(pen)焊：先(xian)在(zai)基體(ti)表面噴(pen)(pen)粉(fen)，再(zai)對涂(tu)層用火焰直(zhi)接加(jia)熱，使(shi)涂(tu)層在(zai)基體(ti)表面重新熔(rong)化，基體(ti)的(de)表面完(wan)全潤濕，界(jie)面有相互的(de)元素(su)擴散，形成牢固的(de)冶(ye)金結合(he)。
火焰噴(pen)焊特點：設備簡單；工藝簡單；涂層(ceng)與(yu)基體(ti)的結(jie)合強度高；涂層(ceng)的耐沖蝕磨損性能(neng)好。
②等離(li)(li)子噴(pen)(pen)(pen)焊(han)：以(yi)等離(li)(li)子弧(hu)(hu)作為熱源加熱基體(ti)，使其表面形成熔(rong)池(chi)，同(tong)時(shi)將噴(pen)(pen)(pen)焊(han)粉末材料送入等離(li)(li)子弧(hu)(hu)中，粉末在(zai)弧(hu)(hu)柱中得到預熱，呈熔(rong)化(hua)(hua)或半熔(rong)化(hua)(hua)狀(zhuang)態(tai)，被焰流噴(pen)(pen)(pen)射至熔(rong)池(chi)后(hou)，充分熔(rong)化(hua)(hua)并排出氣體(ti)和(he)熔(rong)渣，噴(pen)(pen)(pen)槍移開后(hou)合金熔(rong)池(chi)凝固，最(zui)終形成噴(pen)(pen)(pen)焊(han)層。
等(deng)離子噴(pen)焊的特點：生產效(xiao)率高；可(ke)(ke)噴(pen)焊難(nan)熔材(cai)料、稀釋率低(di)、工藝穩定性(xing)好、易實現自動化、噴(pen)焊層(ceng)平整光滑、成分(fen)及(ji)組(zu)織(zhi)均勻，涂層(ceng)厚度更大(da)且試驗過程(cheng)可(ke)(ke)精確控制。
（3）熱(re)(re)噴(pen)焊技(ji)術與熱(re)(re)噴(pen)涂(tu)技(ji)術的區別
①工件表(biao)面溫度：噴(pen)涂時工件表(biao)面溫度＜250℃；噴(pen)焊(han)要＞900℃。
②結(jie)合狀態(tai)：噴(pen)(pen)涂層以機械結(jie)合為主；噴(pen)(pen)焊層是冶(ye)金結(jie)合。
③粉(fen)末材料：噴焊用自熔性合金粉(fen)末，噴涂(tu)粉(fen)末不受(shou)限(xian)制。
④涂(tu)層結構(gou)：噴涂(tu)層有孔(kong)隙，噴焊層均勻致密無孔(kong)隙。
⑤承載能力：噴(pen)焊層可承受沖擊載荷和較高的接觸應力。
⑥稀釋(shi)率：噴焊層(ceng)的(de)稀釋(shi)率約5%~10%,噴涂層(ceng)的(de)稀釋(shi)率幾乎(hu)為(wei)零。
04 化學轉化膜技術
化學轉化膜技(ji)術就(jiu)是通過(guo)化學或電化學手段(duan)，使金屬表面形成穩定(ding)的化合物膜層的工(gong)藝過(guo)程。
化(hua)學(xue)轉(zhuan)化(hua)膜(mo)技(ji)術，主(zhu)要用于工件的(de)(de)(de)防(fang)腐(fu)(fu)和(he)表面裝飾(shi)，也(ye)可用于提高(gao)工件的(de)(de)(de)耐磨性(xing)(xing)能(neng)等方面。它是利用某(mou)種金屬與某(mou)種特(te)定的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)液相(xiang)接觸，在一(yi)定條件下(xia)兩(liang)者發生(sheng)化(hua)學(xue)反應(ying)，由于濃差極化(hua)作(zuo)用和(he)陰、陽極極化(hua)作(zuo)用等，在金屬表面上形(xing)成一(yi)層(ceng)附著力良好的(de)(de)(de)、難(nan)溶(rong)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)生(sheng)成物(wu)膜(mo)層(ceng)。這些膜(mo)層(ceng)，能(neng)保護基(ji)體(ti)金屬不受水和(he)其他腐(fu)(fu)蝕(shi)介質的(de)(de)(de)影響，也(ye)能(neng)提高(gao)對有機涂(tu)膜(mo)的(de)(de)(de)附著性(xing)(xing)和(he)耐老(lao)化(hua)性(xing)(xing)。在生(sheng)產中(zhong)，采用的(de)(de)(de)轉(zhuan)化(hua)膜(mo)技(ji)術主(zhu)要有和(he)磷化(hua)處理(li)和(he)氧化(hua)處理(li)。
1 磷化(hua)處理
磷(lin)化是將鋼鐵(tie)材料放(fang)入磷(lin)酸鹽的(de)溶(rong)液中，獲(huo)得一層不溶(rong)于水的(de)磷(lin)酸鹽膜的(de)工藝(yi)過程。
鋼(gang)鐵材料磷化處(chu)理工藝(yi)過程(cheng)如(ru)下：化學除油→熱水(shui)洗(xi)→冷(leng)(leng)水(shui)洗(xi)→磷化處(chu)理→冷(leng)(leng)水(shui)洗(xi)→磷化后處(chu)理→冷(leng)(leng)水(shui)洗(xi)→去(qu)離子水(shui)洗(xi)→干燥。
磷(lin)化膜(mo)(mo)由磷(lin)酸(suan)鐵、磷(lin)化錳、磷(lin)酸(suan)鋅等(deng)組成，呈灰白或灰黑色的(de)結晶(jing)。膜(mo)(mo)與基體(ti)金屬(shu)結合非常(chang)牢固，并具有(you)較高的(de)電阻率。與氧化膜(mo)(mo)相(xiang)比，磷(lin)化膜(mo)(mo)有(you)較高的(de)抗(kang)腐(fu)(fu)蝕(shi)性，特(te)別是在大(da)氣、油質和(he)苯介質中均有(you)很好耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性，但在酸(suan)、堿、氨(an)水、海(hai)水及水蒸氣中的(de)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性較差(cha)。
磷化(hua)處理的主要方法(fa)為浸漬法(fa)、噴淋法(fa)和浸噴組合法(fa)。根(gen)據(ju)溶(rong)液溫度(du)不同，磷化(hua)又分為室(shi)溫磷化(hua)、中溫磷化(hua)和高溫磷化(hua)。
浸(jin)漬法(fa)(fa)適用于高溫(wen)、中(zhong)溫(wen)和(he)(he)低(di)溫(wen)磷化工藝(yi)，可(ke)(ke)處理(li)(li)任何形(xing)(xing)狀的(de)工件(jian)(jian)(jian)，并可(ke)(ke)獲(huo)得不同厚度(du)的(de)磷化膜(mo)(mo)，且設備簡(jian)單(dan)，質量穩定(ding)。厚磷化膜(mo)(mo)主要用于工件(jian)(jian)(jian)的(de)防腐處理(li)(li)和(he)(he)增強表面的(de)減(jian)摩性。噴淋法(fa)(fa)適用于中(zhong)溫(wen)和(he)(he)低(di)溫(wen)磷化工藝(yi)，可(ke)(ke)以處理(li)(li)面積大的(de)工件(jian)(jian)(jian)，如(ru)汽車殼(ke)體、電(dian)冰(bing)箱(xiang)、洗衣機等大型工件(jian)(jian)(jian)作為(wei)油漆(qi)底層和(he)(he)冷變形(xing)(xing)加工等。這種方法(fa)(fa)處理(li)(li)時間短，成膜(mo)(mo)速度(du)快(kuai)，但(dan)只能獲(huo)得較(jiao)薄和(he)(he)中(zhong)等厚度(du)的(de)磷化膜(mo)(mo)。
2 氧化處理(li)
（1）鋼鐵的氧化處理
鋼(gang)鐵的氧化(hua)處理也稱(cheng)發藍(lan)(lan)，是將鋼(gang)鐵工(gong)件(jian)放入(ru)某(mou)些氧化(hua)性溶液中，使(shi)其表(biao)面形成厚度(du)約為0.5~1.5μm致(zhi)密(mi)而牢固的Fe3O4薄(bo)膜的工(gong)藝方法(fa)。發藍(lan)(lan)通(tong)常不影響零件(jian)的精密(mi)度(du)，常用于(yu)(yu)工(gong)具(ju)、儀(yi)器的裝飾防護。它(ta)能(neng)提高(gao)工(gong)件(jian)表(biao)面的抗(kang)腐(fu)蝕(shi)能(neng)力(li)，有利于(yu)(yu)消除工(gong)件(jian)的殘余(yu)應力(li)，減(jian)少變形，還能(neng)使(shi)表(biao)面光澤美觀。氧化(hua)處理以堿性法(fa)應用最多(duo)。
鋼鐵的氧(yang)化處(chu)理所用溶液(ye)(ye)成分和(he)工藝條件，可根據工件材(cai)料(liao)和(he)性能(neng)要求確定。常用溶液(ye)(ye)由(you)為(wei)500g/L的氫氧(yang)化鈉、200g/L的亞硝酸(suan)鈉和(he)余量水組成，在溶液(ye)(ye)溫(wen)度(du)為(wei)140℃左右時處(chu)理6~9min。
（2）鋁及鋁合金的氧化處理
①陽極氧化法(fa)
陽極氧(yang)化(hua)法是(shi)將工件置于(yu)電解液(ye)(ye)中，然后通電，得到硬度高、吸附力(li)強的(de)氧(yang)化(hua)膜的(de)方法。常用的(de)電解液(ye)(ye)有(you)濃度為(wei)15％~20％的(de)硫酸(suan)(suan)、3％~10％的(de)鉻酸(suan)(suan)、2％~10%的(de)草酸(suan)(suan)。陽極氧(yang)化(hua)膜可(ke)用熱水(shui)煮(zhu)，使氧(yang)化(hua)膜變成含水(shui)氧(yang)化(hua)鋁，因(yin)體(ti)(ti)積膨(peng)脹而封閉(bi)。也可(ke)用重鉻酸(suan)(suan)鉀溶(rong)液(ye)(ye)處理而封閉(bi)，以(yi)阻止腐蝕性溶(rong)液(ye)(ye)通過氧(yang)化(hua)膜結(jie)晶(jing)間隙(xi)腐蝕基體(ti)(ti)。
②化(hua)學氧化(hua)法
化(hua)學氧化(hua)法是將工(gong)件放(fang)入弱堿或弱酸(suan)的(de)溶液中，獲得與基體鋁(lv)(lv)結(jie)合牢固的(de)氧化(hua)膜(mo)的(de)方(fang)法。主要用(yong)于(yu)提高工(gong)件的(de)抗腐蝕(shi)性和耐磨性，也用(yong)于(yu)鋁(lv)(lv)及鋁(lv)(lv)合金的(de)表面裝飾，如建筑用(yong)的(de)防銹鋁(lv)(lv)，標牌的(de)裝飾膜(mo)等。
05 氣(qi)相沉(chen)積技術
氣(qi)相沉(chen)積(ji)(ji)技(ji)術(shu)是指將含有沉(chen)積(ji)(ji)元素(su)的(de)氣(qi)相物質，通過(guo)物理(li)或化(hua)學的(de)方法沉(chen)積(ji)(ji)在材料(liao)表面(mian)形(xing)成薄膜(mo)的(de)一種新型(xing)鍍膜(mo)技(ji)術(shu)。根據沉(chen)積(ji)(ji)過(guo)程的(de)原理(li)不同，氣(qi)相沉(chen)積(ji)(ji)技(ji)術(shu)可分為物理(li)氣(qi)相沉(chen)積(ji)(ji)（PVD）和化(hua)學氣(qi)相沉(chen)積(ji)(ji)（CVD）兩大類。
1 物理氣相沉積
物(wu)理(li)氣相(xiang)沉(chen)(chen)積(ji)（PVD）是指(zhi)在(zai)真空條(tiao)件(jian)下，用物(wu)理(li)的(de)(de)方(fang)法，使材料(liao)汽化成原(yuan)子、分子或電(dian)離成離子，并通過氣相(xiang)過程，在(zai)材料(liao)表面沉(chen)(chen)積(ji)一層薄膜的(de)(de)技術(shu)。物(wu)理(li)沉(chen)(chen)積(ji)技術(shu)主要包括真空蒸(zheng)鍍(du)、濺射鍍(du)和離子鍍(du)3種基(ji)本方(fang)法。
真(zhen)空蒸鍍是蒸發成膜材料(liao)使(shi)其(qi)汽化或升華(hua)沉積到(dao)工(gong)件表面形成薄膜的(de)(de)(de)方法(fa)。根據(ju)蒸鍍材料(liao)熔點的(de)(de)(de)不同，其(qi)加熱方式有電(dian)阻加熱、電(dian)子(zi)束加熱、激光加熱等多種。真(zhen)空蒸鍍的(de)(de)(de)特點是設備(bei)、工(gong)藝及操作簡單，但(dan)因汽化粒(li)子(zi)動能低，鍍層(ceng)與基體結(jie)合(he)力(li)較(jiao)弱，鍍層(ceng)較(jiao)疏松，因而耐沖擊、耐磨損性(xing)能不高。
濺射(she)鍍是在真空下(xia)(xia)通過(guo)輝光放電來(lai)電離氬氣，產生的氬離子(zi)在電場作用(yong)(yong)下(xia)(xia)加速轟擊陰極，被濺射(she)下(xia)(xia)來(lai)的粒(li)子(zi)沉(chen)積(ji)到工件表面成膜的方法；其(qi)優點是氣化粒(li)子(zi)動能大、適用(yong)(yong)材料廣(guang)泛（包括基體材料和鍍膜材料）、均鍍能力好，但(dan)沉(chen)積(ji)速度慢、設備昂貴(gui)。
離子鍍(du)是在(zai)真(zhen)空下利用氣體(ti)放電技術，將蒸發的(de)原子部分電離成離子，與(yu)同時(shi)產生(sheng)的(de)大量高(gao)能(neng)中性粒(li)子一起(qi)沉積到工件表面成膜(mo)的(de)方法(fa)。其特點是鍍(du)層質(zhi)量高(gao)、附(fu)著力(li)強、均鍍(du)能(neng)力(li)好、沉積速度快，但存在(zai)設備復(fu)雜(za)、昂貴等缺點。
物理氣(qi)相沉積(ji)具有適(shi)用的基體(ti)材(cai)料(liao)和膜層材(cai)料(liao)廣(guang)泛(fan)；工(gong)藝簡(jian)單、省材(cai)料(liao)、無污染；獲得的膜層膜基附著力強、膜層厚度均勻、致(zhi)密、針孔少等優(you)點(dian)。已廣(guang)泛(fan)應用于機械、航空航天、電(dian)子、光學(xue)和輕工(gong)業等領域制(zhi)備耐(nai)磨(mo)、耐(nai)蝕、耐(nai)熱、導(dao)電(dian)、絕緣、光學(xue)、磁性、壓(ya)電(dian)、滑潤超導(dao)等薄膜。
2 化學氣相沉積
化學氣相沉積(ji)（CVD）是指在(zai)一定溫度下(xia)，混合(he)氣體(ti)與基(ji)體(ti)表(biao)面相互(hu)作用(yong)而在(zai)基(ji)體(ti)表(biao)面形成金屬或化合(he)物(wu)薄膜的方法。
化(hua)(hua)學氣相沉(chen)積的(de)特點(dian)是：沉(chen)積物(wu)(wu)種類多，可(ke)分為沉(chen)積金(jin)屬、半導體元素(su)、碳化(hua)(hua)物(wu)(wu)、氮(dan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)、硼化(hua)(hua)物(wu)(wu)等；并能(neng)在較大范圍內控制膜的(de)組成(cheng)及晶型；能(neng)均勻(yun)涂敷幾何形狀復(fu)雜的(de)零件；沉(chen)積速度快，膜層致密(mi)，與(yu)基體結合牢(lao)固；易于實現大批量生(sheng)產(chan)。
由于(yu)化學氣相(xiang)沉(chen)積膜層具有(you)良(liang)好的耐磨性、耐蝕性、耐熱(re)性及電(dian)學、光學等特(te)殊性能，已(yi)被(bei)廣泛應用于(yu)機械(xie)制造、航空航天、交通運輸、煤化工(gong)等工(gong)業領域。