金屬的腐蝕與防護(hù)中幾種常見的金屬涂層防護(hù)

金屬的腐蝕與防護(hù)中金屬涂層防護(hù)屬于其中之一，材料表面的金屬涂層最常見的有電鍍層、噴鍍層、刷鍍層等。電鍍不但可使設(shè)備表面美觀，而且可使設(shè)備防銹、防腐，因此被廣泛地應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)際中。然而大面積地進(jìn)行電鍍，受到電鍍設(shè)備的限制，一般工廠不附設(shè)這樣的車間，因此，金屬表面的金屬噴涂、刷涂防護(hù)也是有效的補(bǔ)充。

電鍍層

電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層(deposit)，改變基材表面性質(zhì)或尺寸。例如賦予金屬表面的光澤美觀、物品防銹、防止磨耗；提高導(dǎo)電度、潤滑性、強(qiáng)度 、耐熱性、耐候性；熱處理的防滲碳、氮化；尺寸或磨耗的零件修補(bǔ)。

一、電鍍的基本原理

電鍍時，鍍層金屬或其他不溶性材料做陽極，待鍍的工件做陰極，鍍層金屬的陽離子在待鍍工件表面被還原形成鍍層。為排除其它陽離子的干擾，且使鍍層均勻、牢固，需用含鍍層金屬陽離子的溶液做電鍍液，以保持鍍層金屬陽離子的濃度不變。

電鍍需要一個向電鍍槽供電的低壓大電流電源以及由電鍍液、待鍍零件(陰極)和陽極構(gòu)成的電解裝置。其中電鍍液成分視鍍層不同而不同，但均含有提供金屬離子的主鹽，能絡(luò)合主鹽中金屬離子形成絡(luò)合物的絡(luò)合劑，用于穩(wěn)定溶液酸堿度的緩沖劑，陽極活化劑和特殊添加物（如光亮劑、晶粒細(xì)化劑、整平劑、潤濕劑、應(yīng)力消除劑和抑霧劑等）。電鍍過程是鍍液中的金屬離子在外電場的作用下，經(jīng)電極反應(yīng)還原成金屬原子，并在陰極上進(jìn)行金屬沉積的過程。因此，這是一個包括液相傳質(zhì)、電化學(xué)反應(yīng)和電結(jié)晶等步驟的金屬電沉積過程。

在盛有電鍍液的鍍槽中，經(jīng)過清理和特殊預(yù)處理的待鍍件作為陰極，用鍍覆金屬制成陽極，兩極分別與直流電源的正極和負(fù)極聯(lián)接。電鍍液由含有鍍覆金屬的化合物、導(dǎo)電的鹽類、緩沖劑、pH調(diào)節(jié)劑和添加劑等的水溶液組成。通電后，電鍍液中的金屬離子，在電位差的作用下移動到陰極上形成鍍層。陽極的金屬形成金屬離子進(jìn)入電鍍液，以保持被鍍覆的金屬離子的濃度。在有些情況下，如鍍鉻，是采用鉛、鉛銻合金制成的不溶性陽極，它只起傳遞電子、導(dǎo)通電流的作用。電解液中的鉻離子濃度，需依靠定期地向鍍液中加入鉻化合物來維持。電鍍時，陽極材料的質(zhì)量、電鍍液的成分、溫度、電流密度、通電時間、攪拌強(qiáng)度、析出的雜質(zhì)、電源波形等都會影響鍍層的質(zhì)量，需要適時進(jìn)行控制。

首先電鍍液有六個要素：主鹽、附加鹽、絡(luò)合劑、緩沖劑、陽極活化劑和添加劑。

電鍍原理包含四個方面：電鍍液、電鍍反應(yīng)、電極與反應(yīng)原理、金屬的電沉積過程。

電鍍反應(yīng)中的電化學(xué)反應(yīng)：下圖是電鍍裝置示意圖，被鍍的零件為陰極，與直流電源的負(fù)極相連，金屬陽極與直流電源的正極聯(lián)結(jié)，陽極與陰均浸入鍍液中。當(dāng)在陰陽兩極間施加一定電位時，則在陰極發(fā)生如下反應(yīng)：從鍍液內(nèi)部擴(kuò)散到電極和鍍液界面的金屬離子Mn+從陰極上獲得n個電子，還原成金屬M(fèi)。另一方面，在陽極則發(fā)生與陰極完全相反的反應(yīng)，即陽極界面上發(fā)生金屬M(fèi)的溶解，釋放n個電子生成金屬離子Mn+。

二、電鍍的作用

利用電解池原理在機(jī)械制品上沉積出附著良好的、但性能和基體材料不同的金屬覆層的技術(shù)。電鍍層比熱浸層均勻，一般都較薄，從幾個微米到幾十微米不等。通過電鍍，可以在機(jī)械制品上獲得裝飾保護(hù)性和各種功能性的表面層，還可以修復(fù)磨損和加工失誤的工件。

此外，依各種電鍍需求還有不同的作用。舉例如下：

1.鍍銅：打底用，增進(jìn)電鍍層附著能力，及抗蝕能力。（銅容易氧化，氧化后，銅綠不再導(dǎo)電，所以鍍銅產(chǎn)品一定要做銅保護(hù)）

2.鍍鎳：打底用或做外觀，增進(jìn)抗蝕能力及耐磨能力，（其中化學(xué)鎳為現(xiàn)代工藝中耐磨能力超過鍍鉻）。（注意，許多電子產(chǎn)品，比如DIN頭，N頭，已經(jīng)不再使用鎳打底，主要是由于鎳有磁性，會影響到電性能里面的無源互調(diào)）

3.鍍金：改善導(dǎo)電接觸阻抗，增進(jìn)信號傳輸。（金最穩(wěn)定，也最貴。)

4.鍍鈀鎳：改善導(dǎo)電接觸阻抗，增進(jìn)信號傳輸，耐磨性高于金。

5.鍍錫鉛：增進(jìn)焊接能力，快被其他替物取代（因含鉛現(xiàn)大部分改為鍍亮錫及霧錫）。

6.鍍銀：改善導(dǎo)電接觸阻抗，增進(jìn)信號傳輸。（銀性能最好，容易氧化，氧化后也導(dǎo)電）

電鍍是利用電解的原理將導(dǎo)電體鋪上一層金屬的方法。

除了導(dǎo)電體以外，電鍍亦可用于經(jīng)過特殊處理的塑膠上。

電鍍的過程基本如下：

鍍層金屬在陽極

待鍍物質(zhì)在陰極

陰陽極以鍍上去的金屬的正離子組成的電解質(zhì)溶液相連

通以直流電的電源后，陽極的金屬會氧化（失去電子），溶液中的正離子則在陰極還原（得到電子）成原子并積聚在陰極表層。

電鍍后被電鍍物件的美觀性和電流大小有關(guān)系，電流越小，被電鍍的物件便會越美觀；反之則會出現(xiàn)一些不平整的形狀。

電鍍的主要用途包括防止金屬氧化(如銹蝕) 以及進(jìn)行裝飾。不少硬幣的外層亦為電鍍。

電鍍產(chǎn)生的污水（如失去效用的電解質(zhì)）是水污染的重要來源。電鍍工藝已經(jīng)被廣泛的使用在半導(dǎo)體及微電子部件引線框架的工藝。

VCP：垂直連續(xù)電鍍，電路板使用的新型機(jī)臺，比傳統(tǒng)懸吊式電鍍品質(zhì)更佳。

局部鍍銀

鋁件電鍍液配方工藝流程：

高溫弱堿浸蝕→清洗→酸洗→清洗→浸鋅→清洗→二次浸鋅→清洗→預(yù)鍍銅→清洗→預(yù)鍍銀→氰化光亮鍍銀→回收洗→清洗→銀保護(hù)→清洗→烘干。

從工藝流程看，所選保護(hù)材料必須耐高溫（80℃左右）、耐堿、耐酸，其次，保護(hù)材料在鍍銀后能易于剝離。

市售的保護(hù)材料有可剝性橡膠、可剝性漆、一般粘性膠帶及膠帶等。分別試驗(yàn)這些保護(hù)材料的耐酸、堿腐蝕、耐高溫（堿蝕溶液最高溫度80℃左右）性能以及可剝離性。

三、電鍍?nèi)芤盒孤┑脑虻慕鉀Q措施

原因分析

(1)嚴(yán)防鍍液加溫過高。當(dāng)鍍液加溫過高時，鍍液會加速蒸發(fā)和分解，氣霧中含有高濃度的溶質(zhì)成分。這時會嚴(yán)重污染環(huán)境，尤其是酸、堿氣霧，氰化物和鉻霧對環(huán)境的影響和人體危害會更大。

(2)嚴(yán)格防止鍍液被排風(fēng)機(jī)吸走。當(dāng)排風(fēng)機(jī)配備不當(dāng)，鍍液液位過高，這時鍍液容易被吸走，在槽蓋未啟開之前尤為嚴(yán)重，既引起環(huán)境污染，又會造成鍍液損耗，出現(xiàn)這種情況時要及時采取措施予以解決，如降低鍍液液位，調(diào)整吸風(fēng)口寬度，在室外的排風(fēng)機(jī)之前的管道下方設(shè)一個集液器，以便收集吸入的鍍液或冷凝水。

(3)減輕鍍液大處理時的損耗。鍍液大處理過程中若不加以注意，則鍍液的損耗量是相當(dāng)大的，通常的損耗量達(dá)2%～3%，即1000L鍍液經(jīng)處理之后往往需補(bǔ)充20～30L純凈水，及相應(yīng)的化工材料，才能恢復(fù)到原來的液位和原來的濃度，操作時若能細(xì)心一點(diǎn)，機(jī)械過濾與手工過濾相配合，讓鍍液盡可能由槽底的沉淀物中濾出來，則可大大減輕鍍液的損耗，從而既節(jié)省材料的損耗，又能大大改善對環(huán)境的污染程度。

(4)防止鍍槽、加溫（冷卻）管滲漏造成污染。電鍍槽或加溫管滲漏往往會造成嚴(yán)重污染，其滲漏原因隨制造材料及不同鍍種各有區(qū)別。

解決措施

1．預(yù)防方法：在靠近陽極的槽壁豎塊耐溫玻璃或塑料板，起到隔斷陽極板與槽襯的接觸，減輕腐蝕機(jī)會。補(bǔ)救方法：在鐵質(zhì)外殼槽的液位以下3～5cm處鉆個聲l～1.5mm的小孔，當(dāng)內(nèi)襯鉛槽損壞時，鍍鉻溶液即會由此射出，通過這一信號即可知道內(nèi)襯槽已損壞，可當(dāng)即進(jìn)行修復(fù)，從而可以避免更大事故的發(fā)生。

2．鉛質(zhì)加溫(降溫)管的滲漏原因及預(yù)防方法。鉛質(zhì)加溫(降溫)管的滲漏原因與鉛質(zhì)襯槽滲漏有某些相似，但它還有因承受壓力引起膨脹而造成損裂的可能，鉛管滲漏對環(huán)境的危害同樣很厲害，一旦滲漏即有可能使槽內(nèi)溶液隨蒸汽或水射出槽外，若回汽回人鍋爐，則危害性更大，有可能為此而毀壞鍋爐而發(fā)生更大事故。

3．塑料鍍槽滲漏原因及預(yù)防方法。塑料鍍槽滲漏多由焊接質(zhì)量欠佳引起，其中也不排除使用時人為因素。

金屬噴鍍層

金屬噴鍍層是用壓縮空氣將熔融狀態(tài)的金屬霧化戚微粒，噴射在工件表面上，形成金屬覆蓋層。金屬表面在噴涂前，需要預(yù)先進(jìn)行表面除銹并使其表面粗糙。噴涂法的工藝及設(shè)備均較簡單，而且基本上不受設(shè)備、零件的大小和形狀的限制，可根據(jù)需要得到良好的金屬或合金鍍層。近年來，在防止高溫氧化、硫酸生產(chǎn)中高溫so2腐蝕、造紙?jiān)O(shè)備防腐蝕等方面得到廣泛的應(yīng)用。

一、金屬噴鍍的基本原理

金屬噴鍍用壓縮空氣或惰性氣體將熔融的耐蝕金屬噴射到金屬表面形成保護(hù)鍍層的過程。

金屬噴鍍時，鍍面材料在專門的噴匯或噴槍中熔化和霧化，并噴射到基體材料上，這種面飾方法有時也稱為金屬噴涂。一般使用氧――乙炔焰，但有時也使用其他氣體。當(dāng)鍍面金屬絲通過焰心自動給送時，金屬絲熔化并同時被壓縮空氣流霧化和噴射到基體材料上。幾乎任何一種能夠制成金屬絲的金屬都能用這種方法噴鍍。另一種噴槍利用粉末狀材料通過火焰噴射出來。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不僅能噴鍍金屬，而且也能噴鍍金屬陶瓷復(fù)合材料、氧化物和硬質(zhì)合金。

二、金屬噴鍍前表面處理

因?yàn)橛山饘賴婂兯@得的鍍覆材料與基體材料之間的結(jié)合是純粹的機(jī)械結(jié)合，因此，基體材料必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備。以便能獲得良好的機(jī)械結(jié)合。無論采用何種表面準(zhǔn)備方法，基體表面都必須清潔而無油污。

最常用的表面準(zhǔn)備方法是噴砂處理。為此，砂粒足夠鋒利以產(chǎn)生真正粗糙的表面，對于能在車床上回轉(zhuǎn)的圓柱表面，有效的方法是車出非常粗的螺紋，然后用滾壓刀輕輕滾壓牙頂。一種可用于平面的改進(jìn)方法是用圓的切槽刀切出一系列平行槽，然后用滾花刀奪各槽之間的棱面。如果鍍覆表面還要加工，則基體表面應(yīng)該用粗加工或切槽來準(zhǔn)備，以便得到最好的準(zhǔn)備。

三、金屬噴鍍的應(yīng)用

金屬噴鍍在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有許多重要的用途。如將鋅和鋁噴鍍到鋼鐵表面上可以得到保護(hù)性涂層，以獲得耐腐蝕性。因?yàn)榻饘賴婂兡軐⒔饘賴婂兊綆缀跞魏我环N金屬或非金屬表面上，它就提供了一種在不良導(dǎo)體或非導(dǎo)體表面鍍覆一層導(dǎo)電表面的簡單方法，為此，常常將銅或銀噴鍍到玻璃或塑料上。由于噴鍍的金屬可以用各種不同的方式進(jìn)行處理，例如拋光、刷光、或保留噴鍍狀態(tài)，因此，噴鍍金屬可在產(chǎn)品及建筑行業(yè)中作為裝飾手段。

金屬刷鍍層

一、傳統(tǒng)的金屬刷鍍

傳統(tǒng)的金屬刷鍍也稱為涂鍍或無槽電鍍。其在原理和本質(zhì)都屬于電化學(xué)加工中電鍍工藝的范籌。是和電解相反，利用電鍍液中金屬離子在電場的作用下，鍍覆沉積到陰極上去的加工過程。

傳統(tǒng)金屬刷鍍的原理 

用一個同陽極連接并能提供電鍍需要的電解液的電極或刷，在作為陰極的制件上移動進(jìn)行選擇電鍍的方法。

傳統(tǒng)金屬刷鍍基本流程

零件表面修整→鍍前工裝設(shè)置→電凈處理→活化處理→刷鍍層→鍍后處理。

①表面修整。刷鍍層厚度一般≤0.5mm，鍍后不加工或少許加工，因此對零件的需鍍表面在鍍前應(yīng)加工達(dá)到形位精度和表面粗糙度要求，以求獲得均勻鍍層。表面有油孔、鍵槽等，可用膠木、木材等鑲堵。

②刷鍍工裝的設(shè)置。連續(xù)均勻刷鍍時，一般把工件裝夾在機(jī)床上，鍍筆夾牢，調(diào)整機(jī)床速度滿足刷鍍速度要求。調(diào)整電源以滿足刷鍍所需電流量。按需用鍍液種類，每種準(zhǔn)備一支專用鍍筆。按實(shí)際需要準(zhǔn)備好表面處理材料及其他輔助工具。

③電凈處理。用一般溶劑清洗后的表面仍會殘留很薄的油膜。用電凈液通電以鍍筆涂刷，使表面殘留油膜解離，經(jīng)乳化或皂化達(dá)到去油的目的。表面用水沖后，水膜均勻滿布，無干斑為達(dá)到要求。

④表面活化處理。用專用鍍筆沾上活化液，在通電狀態(tài)下刷抹零件表面，通過電化學(xué)反應(yīng)以及產(chǎn)生氣泡的機(jī)械剝離作用除去氧化膜，達(dá)到表面出現(xiàn)新鮮原金屬色澤和無花斑為止。

⑤刷過渡層。經(jīng)活化工序后，立即刷鍍過渡層，專用刷鍍筆接正極，鍍液預(yù)熱至50℃為宜。

⑥刷鍍工作層。工作層按零件工作條件確定。按零件鍍層厚度選擇組合鍍層。將預(yù)定鍍層厚度儲存在計(jì)數(shù)器中。按所用鍍液選擇電壓和相對運(yùn)動速度。鍍液預(yù)熱至50℃。啟動電源開始刷鍍工作層，由于自動控制鍍層厚度，當(dāng)達(dá)到預(yù)定厚度時，即有聲光信號報警。

⑦鍍后處理。零件鍍完后，用清水沖凈表面殘留物。如不需機(jī)械加工，則清除毛刺、修整邊角，并進(jìn)行防銹處理，至此刷鍍工作完成。

二、金屬表面新材料刷鍍

金屬刷鍍層主要是通過在金屬材料表面刷涂另一種防護(hù)性材料，從而使金屬防腐蝕、防指紋、防銹、耐鹽霧等性能全面提升的一種方式，可以理解為金屬表面刷涂新材料涂層，比如以TIS-NM納米涂層為代表的金屬涂層，有著施工工藝簡單，防腐蝕抗指紋耐鹽霧性能突出的特點(diǎn)。

①金屬表面涂層適用材質(zhì)

黑色金屬、有色金屬、五金、不銹鋼、電鍍制品

②金屬表面涂層應(yīng)用范圍

尤其適應(yīng)惡劣環(huán)境下使用的黑色金屬、有色金屬五金制品的表面防水、防銹、防腐保護(hù)與不銹鋼、電鍍制和金屬工藝品抗指紋上光防污加硬。

③金屬防腐蝕納米涂層刷涂工藝流程

將五金抗指紋防銹耐磨納米涂層采用噴涂、刷涂、滾涂、浸涂等方式涂于需進(jìn)行表面保護(hù)的物體表面，中溫烘箱加熱干燥固化。

☆ 施工前處理

●噴涂前先對被涂物件進(jìn)行表面處理，清除表面上的殘舊漆膜、銹跡、油污、氧化皮及雜物，要求達(dá)到無銹、無油污、無塵埃、無水痕

●處理干凈后的表面應(yīng)及時噴涂，防止重新有灰塵

●要求施工環(huán)境無灰塵、有排風(fēng)裝置或相應(yīng)的空氣吸塵設(shè)備，以保證施工質(zhì)量

☆ 涂裝

●使用前要充分?jǐn)嚢杈鶆?，根?jù)各種加工工藝的要求，可采用多種不同形式的涂油方法（如刷涂、噴涂、浸涂等）。特殊需要可涂兩遍以上。

●空氣噴涂方式施工推薦：風(fēng)壓：0.3-0.4MPa，噴涂距離：15-25 厘米，噴槍孔徑 0.5-1.0MM推薦漆膜厚度：5-15 微米

● 環(huán)境溫度：10-30 °C，相對濕度：45%-75%

●噴房的潔凈度在萬級以內(nèi)，流平區(qū)、烘烤區(qū)的潔凈度在 10 萬級以內(nèi)

●烘干溫度:常溫靜置表干 10 分鐘后 160 度烘箱或烘干線 烘烤 10min 1kg液體涂裝面積：噴涂300平方米

金屬刷鍍層目前所采用的表面處理材料大多為新材料，各種材料性能各異，青山新材TIS-NM金屬表面處理納米涂層固化后擁有良好的高硬度金屬質(zhì)感、超強(qiáng)的防水、防油、抗污效果，同時擁有耐高溫、耐酸堿、耐腐蝕、耐鹽霧、耐紫外線防銹的特性，尤其適應(yīng)于惡劣環(huán)境下使用的黑色金屬、有色金屬材料產(chǎn)品和五金制品表面的防水、防銹、防腐保護(hù)與不銹鋼、電鍍制品及金屬工藝品上光抗指紋加硬保護(hù)，有效避免大氣、酸堿、鹽霧、紫外線和風(fēng)沙侵蝕。保障產(chǎn)品質(zhì)量，延長產(chǎn)品使用壽命。