3表面工程技术的预处理工艺全解.pptx

第三章 表面工程技术的预处理工艺3.1 表面预处理v3.1.1 表面预处理的目的v表面预处理是指用机械、物理或化学等方法清除表面原始覆盖层，改善基体的表面原始状态，为后续加工提供良好的基础表面。表面预处理又称为表面清理、表面前处理、表面预加工等。v1）表面平整v2）除油v3）浸蚀v3.1.2 表面预处理的指标v表面预处理工艺的两个最重要指标是表面清洁度和表面粗糙度。v表面清洁度：表面清洁度过低，不但会影响覆层的附着力、完整度、耐蚀性、装饰性和功能薄膜性能的连续性，严重时甚至不能够实施表面技术。v表面粗糙度：不同的表面技术对零件或制品表面的粗糙度的要求也不一样。选择表面处理法应考虑多种因素，其中主要包括：（1）表面污染物的种类。如动物油、植物油、矿物油、润滑油、脏土、流体、无机盐、水份、指纹等。（2）污染物的物理特性。如污染物的厚度、紧密或疏松程度等。（3）工件材料的种类。如钢材料可用碱溶液，而处理黄铜、铝材料时应考虑选用腐蚀性较小的温和溶液。（4）需要清洁的程度。（5）清洗液的清洁能力和设备情况。（6）危险性和价格成本等。3.2 表面预处理工艺v表面预处理工序主要包括除油、除锈和获取一定程度粗糙度的表面等几部分v3.2.1 机械清理v机械清理就是借助机械力除去材料表面上的腐蚀产物、油污及其他各种杂质。v特点：工艺简单，适应性强，清理效果好，适于除锈、除油、除型砂、去泥土和表面粗化等。v主要包括：磨光、抛光、滚光、光饰和喷砂v1、磨光v磨光的主要目的是使金属部件粗糙不平的表面得以平坦和光滑，还能除去金属部件的毛刺、氧化皮、锈蚀、沙眼、焊渣、气泡和沟纹等宏观缺陷。v磨光是利用粘有金刚砂或氧化铝等磨料的磨轮在高速旋转下以1030m/s的速度磨削金属表面。设备：用装于抛光机上的弹性轮来完成。磨光轮的工作面用明胶粘上磨料，而磨料为不同粒度的人造刚玉砂（含Al2O3 9095%）。v磨料：据磨料的粒度将其分为若干等级。而粒度通常是按筛子的号码来划分的，筛子的号码是用单位面积（1cm2）上的孔数来表示的，筛子号码越小则过筛后的磨料颗粒越小。这样将过筛磨料分为三组：颗粒磨料1090#；细粉磨料320600#；粉末磨料100320#。人造刚玉（9095%）有一定韧性，其颗粒棱面较多，故应用较广。磨料v磨料粒度的选用：根据金属零件的表面状态及磨光加工后对表面的质量的要求来选用粒度：对粗糙的铸锻件，可用2080#磨料，再依次加大号码进行中磨（200240#）和最后的细磨（280320#）。通常，铸锻件到中磨为止。零件表面原始状态较好时，则无需粗磨，直接从中磨开始。细磨常用于电镀后还要进行抛光的零件镀前的表面准备。v磨轮：磨光所用的磨轮材料：一般用皮革，粗细毛毡，棉皮，纤维制品及高强度纸制成的弹性轮子，其刚性依次降低。磨轮的硬软除与所用的材料有关外，还与材料的组合及缝制方法有关。v磨轮的选用：粗糙度Ra大且形状简单的零件应选用较硬的磨轮；硬度低的有色金属零件及形状复杂，切削量小的零件，应采用较软而弹性大的磨轮以免造成变形。磨轮v2、机械抛光v机械抛光的目的是为了消除金属部件的微观不平，并使它具有镜面般的外观，也能提高部件的耐蚀性。v机械抛光是利用装在抛光机上的抛光轮来实现的。v设备：用抛光机及其上面的抛光轮完成零件的抛光工作。磨光与抛光用的设备类似，只是抛光使用的抛光机的转速更高，且抛光过程中要周期性地向抛光轮涂抛光膏，被抛光的零件以一定的角度接触抛光轮后用力压紧，沿着抛光轮旋转的方向抛光。v抛光轮：用布、亚麻布、细毛毡和鹿皮等制成圆盘。v抛光膏：用金属氧化物粉末与硬脂，石膏等混合而合成软块。据金属氧化物不同，抛光膏分为三种：白抛光膏、红抛光膏和绿抛光膏。v抛光工艺v1）抛光速度：抛光的圆周速度比磨光的圆周速度高。通常抛光生铁、钢、Ni、Cr等的圆周速度为3035M/S；抛光Al、Zn、Pb及铝合金的圆周速度为1825m/s；抛光Cu，Ag及其合金时的圆周速度为2230M/S。v2）光亮表面的形成：金属表面抛光时与高速度旋转的抛光轮摩擦而产生高温，使金属表面发生塑性变形而填平其凹处；另外，高温使金属表面被氧化而形成氧化物膜，当氧化膜在被抛除去后，露出的金属表面又会被氧化，从而周期变化。在抛光膏与零件表面产生的电化学过程作用下反复进行，直到抛光结束，得到光亮的表面为止。v3、滚光v滚光是将零件与磨削介质一起放入滚筒中作低速旋转，依靠磨料与零件、零件与零件之间的相互摩擦以及滚光液对零件的化学作用，将毛刺和锈蚀等除去的过程。特点：清理效率高，适用于大批量的小型零件。磨料的选择磨料的选择 滚光磨料有浮石、石英砂、花岗石，皮革角、贝壳、铁屑，钢砂和陶瓷碎片等。需要滚光孔壁时，磨料粒子的直径应小于孔径。零件上有螺纹孔时，磨料粒子的直径应大于螺纹孔径。不可选用粉状或过大尺寸的磨料。选择磨料粒子的原则选择磨料粒子的原则 滚光液的选择 碱性水溶液：氢氧化钠、碳酸纳、皂角粉等加少量乳化液；酸性水溶液：盐酸、硫酸、皂角粉等加少量的缓蚀剂。滚筒装载量滚筒装载量装载量最少不低于30，最多不高于90。v4、光饰v光饰处理的目的在于制备平整而光洁的表面。v光饰可分为振动光饰和离心光饰v振动光饰是在滚筒滚光的基础上发展起来的一种高效光饰方法。v震动光饰机具有高频率的振动，使工作物与研磨石或钢珠、研磨剂等密切均匀混合，呈螺旋涡流状滚动，以研磨切削或抛光工作物表面，尤其是那些易受变形或外形复杂，孔内死角之工作物使用本机研磨均能得到均匀的质量，而且在加工运转中可随时抽验，节省时间，提高质量。v震动光饰机的特点：v1、采用世界上先进的螺旋翻滚流动、三元次振动的原理，使零件与滚抛磨具互相研磨 v2、适用大批量中、小尺寸零件的研磨抛光加工v3、加工过程不破坏零件的原有尺寸、形状。v4、能实现自动化、无人化作业，操作方便，在工作过程中，可随时抽查零件的加工情况。v5、喷砂v喷砂是用压缩空气将砂子喷射到工件上，利用高速砂粒的动能，除去部件表面的氧化皮、锈蚀或者其他污物。喷砂用砂：通常用石英砂，有干喷和湿喷两种。湿喷可以减少污染，但应注意被喷件的防锈。特点：效率高，污染小，可清理各种形状零件，清理质量好。吸入式喷砂机外形 压力式喷砂机外形 吸入式喷砂枪v6、喷丸v喷丸有强力型表面层强化喷丸和清理型喷丸两种。前者在喷丸强化时详述，而清理型喷丸是将丸粒喷射于被喷的铸件，锻件及有毛刺，棱边等的工件表面，使其去锈，覆层，整理粗糙的表面，去掉毛边，毛刺和残余油污等，为表面浸，刷油漆等做准备。v 喷丸用的弹丸有钢丸、铸铁丸、玻璃丸和陶瓷丸等，视材料和喷丸的作用不同而选用不同的丸粒。丸粒愈细小，喷丸后零件表面粗糙度愈小，外表面愈光亮。v 喷丸用设备有离心式和压缩空气式两种。3.2.2 除油（脱脂）v1、有机溶剂除油v2、化学除油v3、电化学除油v4、超声波除油1 溶剂法(1)有机溶剂：如汽油、苯、四氯化碳等。一般在常温下脱脂。特点：脱脂速度快、效果好，但溶剂易挥发、易燃、有毒性，使用时应注意通风。一般不腐蚀金属，但除油不彻底，且当附着在零件上的有机溶剂挥发好，其中溶解的油仍将残留在零件上。（2）水溶性清洗剂 由表面活性剂、缓蚀剂等组成。用超声波清洗效果更好。特点：可在常温下脱脂，加温脱脂效果更好。使用安全、无污染、价格低。利用碱溶液对皂化性油脂的皂化作用和表面活性物质对非皂化性油脂的乳化作用，除去工件表面上的各种油污。2 化学法化学法 各种因素的作用（以钢铁预处理为例）：氢氧化钠：有很强的皂化能力，但含量过高会形成肥皂难以清除，一般含量 100克/升。碳酸钠：呈弱碱性，有一定的皂化能力和对溶液pH值起缓冲作用(pH10.2则肥皂发生水解)。磷酸三钠：呈弱碱性，有一定的皂化能力和缓冲pH值的作用，有助于水玻璃从工件表面洗去。水玻璃：有较强的乳化能力和一定的皂化能力。但残留在工件表面上的水玻璃较难洗净，应与磷酸三钠配合使用。乳化剂：分子具有亲水基团和憎水(亲油)基团，在除油过程中，其憎水基团指向油污而亲水基团指向溶液，降低油溶液界面张力，油污以极细小的油珠脱离零件表面进入溶液中成乳浊液。温度：提高温度可以提高皂化反应速度，加快溶液的循环，降低油脂的粘度，油溶液界面的表面张力减低，较易湿润。机械作用：抖动零件、搅拌或喷射溶液以及用超声波振荡都能加快除油过程。化学法脱脂的特点：操作简单、脱脂能力强、安全可靠。在电化学法脱脂液中，工件接直流电，利用电解析出的氢气或氧气泡使油膜变成小油珠而脱离零件。3 电化学法电化学法 特点：脱脂效果好，速度快。阴极脱脂易引起高强钢氢脆；阳极脱脂易对有色金属产生腐蚀。电化学除油机理v（1）阴极除油：阴极除油是将工件放于阴极，因阴离子在靠近阴极附近的电解液内放电，引起OH-的富集而去除油脂：4H2O+4e=2H2+4OH-由于H2的大量析出而对油膜产生强烈冲击，油膜被撕裂成为细小的油珠，小气泡附在小油珠上，待小气泡长到一定尺寸后，就会将小油珠带离工件而上浮到溶液表面达到除油目的。v（2）阳极除油：阳极除油时，在阳极附近的电解液内因OH-放电而产生氧气：4OH-4e=O2+2H2O。阳极除油时产生的氧气很少，气泡大，溶液的乳化能力很弱，而且OH-减少，除油慢，另外，析出的氧气使金属表面氧化，使某些有色金属溶解，但不会使除油的金属材料发生“氢脆”。v（3）阴-阳极联合除油：生产中往往先进行阴极除油，再转入短时间的阳极除油以除去氢的不良影响。最好的联合除油的工艺是：先进行20秒钟的阴极除油，再进行1015秒钟的阳极除油，电流密度为68A/dm2。4 超声波除油v超声波除油是利用超声波震荡使除油液产生大量的小气泡，这些小气泡在形成、生长和析出时产生强大的机械力，促使金属部件表面黏着的油脂、污垢迅速脱离，从而加速脱脂过程，缩短脱脂时间，并使得脱脂更彻底。v特点：对基体腐蚀小，脱脂和净化效率高，对复杂及有细孔、盲孔的部件特别有效。3.2.3 浸蚀v浸蚀的目的是除去金属表面的氧化物，有时还可以改变零件的表面状况。v1、化学浸蚀v化学浸蚀就是利用酸与金属材料表面的锈、氧化皮及其他腐蚀产物起反应，使其溶解而去除的过程，通常称为酸洗。v与机械清理相比，化学浸蚀的优点是：v浸蚀彻底，劳动强度低，生产效率高；易于实现机械化、自动化生产，适合于大型工件的局部浸蚀。v2、电化学浸蚀v电化学浸蚀是将零件浸入电解质溶液中，利用电解作用除去零件表面的氧化皮和其他腐蚀产物的过程。v阴极浸蚀v阳极浸蚀v与化学浸蚀相比，电化学浸蚀的优点是浸蚀速度快，浸蚀液消耗小，且使用寿命长。v缺点：增加设备，对于形状复杂的零件浸蚀效果差。v3、弱浸蚀v目的是使零件表面活化，并产生轻微腐蚀作用，露出金属的晶界组织，以保证镀层与基体结强度好。弱浸蚀又称为活化浸蚀。3.2.4 除油-浸蚀联合处理3.2.5 化学抛光和电抛光v化学和电化学抛光是利用化学或电化学作用，使工件表面凸出的部分溶解，得到平滑表面的过程。v1、电化学抛光v电化学抛光又称电解抛光，是在特定的溶液中进行阳极电解，以获得平滑并具有金属光泽表面的工艺过程。由于凸起点的电流密度大，其溶解速度较四周快，从而整平了表面并出现金属光泽。v2、化学抛光v把零件放在合适的化学介质中，利用化学介质对金属表面的尖峰区域的溶解速度比凹谷区域的溶解速度快得多的特点，实现材料表面的抛光，称为化学抛光。机械清理脱脂水清洗化学浸蚀水清洗中和水清洗（甩干）立即进行表面处理典型的金属清洗工艺典型的金属清洗工艺