江南大学现代远程教育 第一阶段测试卷A
表面处理工艺
1.1 金属镀覆
1.1.1 金属镀覆工艺范围
为达到一定的防护性、装饰性、功能性要求，通常会对不同材料进行多种表面处理镀层设计，在工业上获得金属镀层较多应用的金属镀覆表面处理工艺如表7-1所示：
表7-1 金属镀覆工艺汇总
镀覆方法 电镀法(electroplating) 热浸法(hot dip plating) 塑料电镀(plastic plating) 渗透镀(diffusion plating) 真空蒸发镀(vacuum plating) 复合电镀 (composite plating 穿孔电镀 (through-hole plating) 电铸 (electroforming) 化学镀法(electroless plating) 熔射喷镀法(spray plating) 浸渍电镀(immersion plating) 阴极溅镀(cathode spattering) 合金电镀 (alloy plating) 局部电镀 (selective plating) 笔电镀(pen plating) 主要适用范围 传统五金、电子产品外表面防护和装饰 户外工程、建筑防护 塑胶终端产品外观和功能提供 精密电子器件 灯罩、防光镜等 提供高耐磨镀层，如气缸内壁 PCB板电镀 标牌、铭牌、工艺品 提供耐蚀并导电的镀层 户外工程机械 提供特定的化学置换层 提供电磁屏蔽等功能或外观装饰层 提供更高性能或替代单金属镀层 同一零件满足两种外观或性能要求 零件修复 在通讯行业，大量采用钣金件和其它金属机加工件，主要的功能要求是耐腐蚀性和少量的装饰性，获得这些功能的最常用和最廉价的方式是传统电镀法。 1.1.2 电镀基础介绍 1.1.2.1 金属的标准电极电位
电极电位是表示某种离子或原子获得电子而还原的趋势。如将某一金属放入它的溶液中（规定溶液中金属离子的浓度为lM），在25℃时，金属电极与标准氢电极（电极电位指定为零）之间的电位差，叫做该金属的标准电极电位。
金属活动性顺序表（钾钙钠镁铝锌铁锡铅（氢）铜汞银铂金）自左向右活性由强变弱，标准电极电位由负变正。电极电位越负，金属越活泼，自然界没有金属态存在，如钠、钾、铝；电极电位越正，金属越稳定，自然界有金属态存在，如铜、银、金。
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表7-2 部分材料标准电极电位E°（25℃）
金属电对 Li/Li Mg/Mg Al/Al Ti/Ti Zn/Zn Cr/Cr Fe/Fe Cd/Cd Co/Co Ni/Ni Sn/Sn 1.1.2.2 阳极性镀层 在一定的介质中，镀层金属的电极电位比基体金属的电极电位负时，此镀层为阳极性镀层（如钢上镀锌）。此类镀层完整性破坏后，仍可依靠电化学作用保护基体。 1.1.2.3 阴极性镀层
在一定的介质中，镀层金属的电极电位比基体金属的电极电位正时，此镀层为阴极性镀层（如钢上镀铜）。阴极性镀层只能依靠自身的致密膜层保护基体金属，当镀层完整性较差或破坏之后，将加速基体金属的腐蚀。
1.1.3 金属镀覆设计注意事项 1.1.3.1 环境条件分类
良好条件：不暴露在大气中，相对湿度不大于70%，密封条件下，不受腐蚀介质作用。 一般条件：非露天，一般大气条件，相对湿度不大于95%。
恶劣条件：户外、露天，受各种腐蚀介质作用，相对湿度会大于95%。 特殊条件：高温、低温、耐磨、特殊介质环境。 1.1.3.2 接触偶
两种材料的电位差大小决定了接触偶的大小（见表7-3）。电位差越大，腐蚀越快。一般条件下，标准电极电位差不超过0.5伏时，可以安全使用。
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2+2+2+2+2+3+2++3+2++E° —3.01 —2.37 —1.80 —1.63 —0.76 —0.74 —0.44 —0.40 —0.28 —0.25 —0.14 金属电对 Pb/Pb H/H2 Cu/Cu O2/OH Ag/Ag Au/Au Au/Au Sn/Sn Cu/Cu Fe/Fe 3+2+2++4+2++3++-2++2+E° —0.13 0 +0.34 +0.40 +0.80 +1.50 +1.70 +0.15 +0.15 +0.77 页脚内容
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1.1.3.3 表7-3 常用材料和镀覆层相互接触时的接触腐蚀等级 接触材料 铜及铜合金 铜镀镍 铜镀锡 铜镀银 铜镀锌，钝化 不锈钢 钢镀铬① 钢镀镍② 锡(焊料) 钢③和铸铁 钢镀锌，钝化 铝 铝，氧化 炭制品 油漆覆盖层 0 0 1 0 2 0~1 1 0~1 1 1 2 2 2 -- 0 铜及铜合 金 铜镀镍 铜镀锡 铜镀银 铜镀锌，不锈钢镀铬① 钢镀镍② 锡(焊0 0~1 0~1 2 0 0~1 0 1 1~2 2 1 -- 0 0 1 1~2 0~1 1 0 2 2 0~1 1 0 0 2 0 0~1 0~1 2 2 2 2 -- 0 0 2 2 1~2 1 2 0 0~1 0~1 -- -- 0 0 0 1 1 2 2 1 -- 0 0 0 1 2 2 1 -- 0 0 0~1 0 0 2 2 2 -- -- 钢③和铸钢镀锌，铝，炭制0 0~1 0~1 2 -- 0 0 -- 0 0 -- 0 0 -- 0 油漆覆盖0~1 0~1 1~2 1~2 1~2 1~2 0~1 1~2 0~1 1 -- 0 0 -- -- 1~2 0~1 钝化 钢 料) 铁 钝化 铝 氧化 品 层 注：①钢镀铬为铜、镍、铬复合镀层 ②钢镀镍为铜、镍复合镀层 ③钢指碳素钢和低合金钢 接触偶等级：0级——不引起接触腐蚀可安全使用；
1级——引起接触腐蚀，但影响不严重，在多数场合下可以使用，热带海洋环境例外。（需
进行涂装）；
2级——引起严重的接触腐蚀，除在有空调的干燥室内或密封良好的条件下，一般不宜采
用。（必须用绝缘垫片隔离）。
接触偶设计过程中，应尽量避免大阴极小阳极现象出现。 1.1.3.4 镀覆层设计原则
镀覆层设计时须考虑以下各项因素：
1） 零件的材料、结构、形状、配合公差，如M3的螺纹镀层厚度超过6微米，就会影响形状和旋合； 2） 零件储存和使用环境条件特征；
3） 金属镀覆层的特性和分类、应用范围、厚度系列与选择原则； 4） 金属材料接触偶级别； 5） 镀覆的目的和各种性能要求； 6） 镀覆层的表示方法。
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1.1.3.5 几个特定的注意事项
1）
电化学特征，结构设计中尽量避免两端盲孔等溶液无法进入或流动的区域和结构，当孔较小、较深时，要增加工艺横孔，以提高溶液流动性和改善电场分布，提高镀层均匀性和可镀性；
2） 3） 4） 5） 6） 7） 8）
由于前处理和电镀溶液很容易在组合件缝隙中残留，带有螺纹连接、压合、搭接、铆接、点焊、单面焊等组件，因存在缝隙，原则上不可以进行镀覆。
焊接整体机柜电镀难度很大，良率较低，机柜外部和内部镀层厚度差别较大，设计中应尽量避免整机电镀；
黑色金属电镀后会不同程度的产生氢脆抗疲劳性能下降，需要受力的高强度钢和薄壁零件，要注意氢脆、疲劳和应力集中等；
镀层组合不可随意设计，必须经过试验验证性能满足各项要求的镀层组合才可以采用； 应注意镀覆层的使用温度范围，超过允许的使用范围时，不仅会导致性能无法达到，甚至可能引起基体金属的开裂和脆断。
电镀铬的深度能力很差，形状复杂的工件，仅装饰性的外表面可以保证镀层完整，凹槽和孔内很难镀到。
在密闭情况下，应考虑有机挥发气氛对锌镉镀层的腐蚀作用。
1.1.4 几种常用零件电、化学处理推荐
表7-4几种常用零件电、化学处理推荐
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1.2 表面喷涂 1.2.1 喷涂基础介绍 1.2.1.1 喷漆原理
采用专用的喷漆枪，利用压缩空气喷出的气流，与连接贮漆罐的管内形成气压差，从而把漆液从贮漆罐里吸上来，被压缩空气的气流带到喷嘴，吹成细雾均匀的喷涂于被涂表面。通过不同的喷嘴和调整喷嘴位置，可以调成圆形、扇形、水平、垂直等不同形状的漆流。对于大而简单的表面，一般采用扁平
零件特征或材料 托架、走线架 铝合金插箱、挡板、盖板 压铸铝屏蔽盒 插销、铰链 门锁拉手、扳手 导电板、焊接铜排 铝合金散热片 钢紧固件 铜紧固件 户外工程安装附件 导电氧化银白色 导电氧化黄绿色 装饰铬 装饰铬、珍珠铬 镀锡、镀镍 阳极氧化 电镀彩锌、电镀黑锌、达克罗 镀亮镍 热镀锌、防腐涂料 推荐处理方式 冷轧钢板门板、立柱、横梁、镀锌彩色钝化 页脚内容
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漆流；小而复杂的表面，则通常采用圆形漆流。 1.2.1.2 喷粉原理
采用专用的静电喷枪，涂料借压缩空气气体送入喷枪后，在静电喷枪的电晕放电电极附近带上了负电荷，因而产生了静电力和偶极力。然后在输送气压力的推动下，涂料微粒飞离喷枪后，沿着电力线方向飞向带正电性的工件，并按工件表面电力线的分布密度排列，从而涂料就牢牢地涂敷（吸附）在工件表面。
粉末涂料的静电喷涂称为喷粉或喷塑。一般膜层较厚，只需几秒种就得到50～100μm的涂层厚度。涂敷后的工件送到烘箱内烘烤，粉末经过受热熔融、流平、交联，固化成膜。根据粉末涂料中流平剂的多少可分别得到平光、桔纹、砂纹效果的涂层。
表7-5 喷漆和喷粉层技术指标和其它对比
对比项目 固化温度 涂膜固化后厚度 固化时间 漆膜硬度（铅笔） 耐冲击性 耐溶剂性 可选效果 参考加工价格 1.2.2 表面效果选择原则
为保证较高的外观合格率，在涂覆设计时应优先考虑采用美术效果。喷漆选用撒点，喷粉选用桔纹、砂纹（注意：喷漆没有桔纹、砂纹，喷粉没有撒点），平均合格率可达到90%以上，不论喷漆或者喷粉，原则上应该避免采用平光效果，尤其是高质量平光等级的设计（如电镀亮银漆），这些涂层平均合格率一般仅为50—70%左右。 1.2.3 喷粉、喷漆设计注意事项
根据零件的使用功能和使用环境气候条件特征，设计不同部位适当的外观要求等级。尽量减少除正视外观装饰面以外部分采用要求较高的外观等级。
1） 角锐边必须倒钝、倒圆。倒角的圆弧半径在可能条件下应愈大愈好，以便降低粉末在固化时的边缘
效应。金属加工在折弯处棱角应圆滑无龟裂。
2） 由于静电作用引起密孔透漆，一般密孔部位单面喷涂时，密孔背面应允许少量溢漆（飞漆）。要尽量
减少单面喷涂、密孔背面不允许有漆层的结构设计。对于单面喷涂背面不允许有漆层（需要导电）的钣金件，不要设计φ2及以下的小孔，否则孔易堵塞。
3） 局部喷漆和喷粉的工件，不喷漆的表面需要进行保护，为降低局部保护难度，在设计喷涂范围时须
注意一些原则：钣金件断面没有导电接触要求时，应将断面（所有切边和孔）包含在喷涂加工范围内。如图 7-1所示，喷漆方式一，要求喷涂时保护钣金端面Ａ、C，在贴保护胶带时，薄壁端面不
喷漆 160±5℃ 30～60μm 20～30min 3H 50Kg/cm 较好 平光、撒点 23元/m 22喷粉 180±5℃ 60～90μm 20～30min 2H 50Kg/cm 500h 好 平光、桔纹、砂纹 28元/m 22耐腐蚀性（NSS测试） 240h 页脚内容
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