材料表面技术
论题：
现代表面工程技术课程论文系别：材料工程技术 班级：材料111 学号：111802006 姓名：裴忠有
现代表面工程技术课程论文 摘要：本文介绍了金属表面电镀方面的新技术新工艺、静电喷涂的工作原理、
卤素法镀锡工艺流程、热喷涂技术等表面工程技术。
关键词：电镀；热喷涂技术；静电喷涂；卤素法镀锡
引言：表面科学与技术是研究表面现象和表面过程并为人类造福或被人们利用的科学技术。本文介绍了以下几种表面工程技术的相关工艺。
1、电镀新工艺
1 .1 合金电镀 合金电镀一直是电镀新工艺开发的重要领域。以往为取代昴贵的镀镍而开发的铜锡合金，就曾经是一种新工艺。现在的代镍和节镍镀层，也都是各种合金。因为合金可以综合单一金属的优点，并具有单一金属所不具备的新的特性，比如硬度、耐腐蚀性、功能性等。现在已经认识到，电镀作为一种湿法冶金技术，能生产出用电、热方法做不到的新合金。包括在制作非晶态材料和纳米材料方面，电镀技术都是有优势的。 合金电镀的原理在传统的理论中是要求两种共沉积的金属的电极电位要接近，如果一个的电位较正，另一个的电位较负，就要采用络合剂将正电位的金属的离子络合，使之放电电位向负的方向移动，与另一金属的电位相近，达到共沉积的目的。这在现在也仍然对合金新工艺的开发有指导意义。但是现在越来越多的合金中的另一种成分的量非常小，就是这种少量的金属分散在另一金属中，却改变了金属的性能。用传统冶金学的观点是这些掺入的金属是占据在主体金属的某些晶格位上，从而改变了金属的物理性能。但实际上，用火法冶金很难把微量金属分散到另一金属中去，而采用电镀的方法则比较容易做到。不过电镀方法得 到的合金的结构是否符合冶金学的原理，则是值得探讨的课题。 现在已经得到应用的新合金工艺有锌系列，镍系列，铜系列，锡系列，银系列等。
1.2 电子电镀 21 世纪被称为高信息化世纪。所谓高信息化世纪就是以因特网为传播工具的信息爆炸的世纪。在这个世纪内，电子产品的品种和产量将有更快更大的发展，这给电子电镀业也带来很大的机遇和挑战。因此，现在新工艺的开发有很大的比重将放在电子电镀方面。 所谓电子电镀就是用于电子产品或电子工业的电镀技术。用于电子行业的镀层有很多，包括导电性镀层，钎焊性镀层，信息载体镀层，电磁屏蔽镀层，电子功能
性镀层，印刷电路板电镀，电子构件防护性镀层，电子产品装饰性镀层等。电子电镀工艺除了少数是利用了传统的工艺以外，大多数是近几十年开发的新工艺。比如非金属电镀新工艺，化学镀新工艺，贵金属电镀新工艺，合金电镀新工艺等。
1.3功能性电镀 功能性电镀实际上是一个含义较广的概念，它函盖了电子电镀、减磨电镀、耐磨电镀、以及所有有特别要求的电镀技术。可以说举凡对产品或材质表面有电学、力学、光学、生物学等方面要求而通过电镀加工可以满足其要求的镀层，都可以叫功能性镀层。 显然，要满足上述各种要求，光靠老工艺是不行的，因此，在功能性电镀中的新工艺的比例是最高的。现在引起各方面关注的是各种复合电镀技术。复合电镀是指在单金属电镀或合金电镀溶液中分散一些功能性微粒，使之在电镀过程中与金属或合金共沉积，从而使被镀表面得到某些特定的性能。
2静电喷涂的工作原理
工作时静电喷涂的喷枪或喷盘、喷杯，涂料微粒部分接负极，工件接正极并接地，在高压电源的高电压作用下，喷枪（或喷盘、喷杯）的端部与工件之间就形成一个静电场。涂料微粒所受到的电场力与静电场的电压和涂料微粒的带电量成正比，而与喷枪和工件间的距离成反比，当电压足够高时，喷枪端部附近区域形成空气电离区，空气激烈地离子化和发热，使喷枪端部锐边或极针周围形成一个暗红色的晕圈，在黑暗中能明显看见，这时空气产生强烈的电晕放电。
涂料中的成膜物即树脂和颜料等大多数是由高分子有机化合物组成，多为导
电的电介质，溶剂形涂料除成膜物外还有有机溶剂、助溶剂、固化剂、静电稀释剂、及其他各类添加剂等物质。这类溶剂性物质除了苯、二甲苯、溶剂汽油等，大多是极性物质，电阻率较低，有一定的导电能力，它们能提高涂料的带电性能。
电介质的分子结构可分为极性分子和非极性分子二种。极性分子组成的电
介质在受外加电场作用时，显示出电性；非极性分子组成的电介质在外加电场作用下，显示电极性，从而对外来的导性电荷产生亲合力，使电介质在外加电场中其外表面能局部带电。
涂料经喷嘴雾化后喷出，被雾化的涂料微粒通过枪口的极针或喷盘、喷杯的边
缘时因接触而带电，当经过电晕放电所产生的气体电离区时，将再一次增加其表面
电荷密度。这些带负电荷的涂料微粒的静电场作用下，向导极性的工件表面运动，并被沉积在工件表面上形成均匀的涂膜。
3 卤素法镀锡工艺流程
(1) 入口段
冷轧薄板新钢卷(即原板) 首先利用张力控制开卷,新钢卷经双层剪切机切除不合要求的头部,停在焊接机入口侧。当工作卷的钢带尾端切平后,与新钢卷头部搭接,焊轮在两个钢卷的头尾搭接处滚压焊接,焊好后的钢带进入活套塔。焊接机焊接完毕,入口段以大于工艺段的运行速度运行,使活套塔又马上储满钢带,然后入口段钢带运行速度又恢复到与工艺段速度相一致。
(2) 工艺段
钢带进入工艺段后,先是在化学清洗槽内进行化学脱脂,采用磷酸盐、氢氧化钠和表面活性剂配成的复合清洗液,可使钢带表面90 %以上的油污得到清除。化学脱脂完毕进入电解清洗槽进行电解脱脂。当钢带运行到与阳极相对的位置时,钢带的电位相对阳极要负,则作为阴极,此时在钢带表面析出氢气,其电极反应2H2O + 2e = H2 ↑+ 2OH- ;当钢带与阴极相对时,钢带电位相对阴极要正,则作为阳极,此时在钢带表面析出氧气,其电极反应4OH- - 4e= O2 ↑+ 2H2O。在钢带表面和油膜之间产生气泡,油滴在气泡的作用下,脱离钢带表面被气泡带到清洗液中除去。电解脱脂后的钢带进入冲洗槽洗去表面的碱性清洗液。接着钢带进入酸洗槽除去铁锈以活化钢带表面,酸洗液采用质量分数为10 %左右的稀硫酸溶液。酸洗后带钢表面呈金属结晶组织的活化状态,可保证带钢和镀锡层之间有良好的结合力。酸洗后再进入冲洗槽洗去钢带表面的酸液。经过化学脱脂和电解脱脂后,表面清洁活化的钢带先进入底部电镀槽,锡沉积在钢带的底面。经过封闭转向槽,刚镀好的钢带底面朝上进入上部电镀槽,开始对钢带的另一面进行电镀。然后进入回收槽和水洗槽,再经过助熔剂槽和烘干器,镀锡板被进一步清洗干净,并使镀锡板在软熔前粘上助熔剂成分,助熔剂可以降低熔融锡的表面张力,使锡层在软熔时能均匀分布在钢带表面。
(3) 后处理段从工艺段出来的镀锡板没有光泽,而且镀锡层附着力也较差,必须经软熔处理。软熔采用电阻加热法。为了防止镀锡板软熔后的锡层在高温下迅速氧化,并保持软熔时产生的光泽表面,镀锡板必须浸入淬水槽进行淬水冷却处理,经淬水后的镀锡板表面平整光
亮。镀锡层长期暴露在空气中会氧化变黄,因此,镀锡板需进行钝化处理,以提高镀锡板的耐腐蚀性。钝化后的镀锡板经过冲洗和干燥后进入静电涂油器,在镀锡板上涂上一层很薄的油膜以防止镀锡板在运输过程和高速制罐加工中被擦伤,同时还有防锈效果。
(4) 出口段镀锡板从静电涂油器出来,通过镀层重量测试仪、镀锡板测厚仪和张力辊,进入剪切机,剪切、包装入库或送涂漆印铁车间进一步加工成彩印板。
4.热喷涂技术
热喷涂是利用热源将喷涂材料加热熔化或软化，靠热源自身的动力或外加的告诉气流，
将熔滴雾化或推动熔粒成喷射的粒束，以一定速度喷射到基体表面形成涂层的工艺方法。 在喷涂过程中或涂层形成后，对金属基体和涂层加热，使涂层在基体表面熔融，并和基体产生扩散或互熔，形成与基材冶金结合的喷焊层，称为热喷熔。
热喷涂的优点：方法多样、涂层广泛、工件不限、工艺简便。
热喷涂种类：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂。
4.1、火焰喷涂：
① 普通火焰喷涂：以氧-燃料气体为热源，将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，并以高速气流喷射到经过预处理的基体表面上，形成具有要求性能的涂层。
② 爆炸喷涂：县将一定比例的氧气和乙炔气送入到喷枪内，然后再由另一入口将氮其余喷涂粉末混合送入，在枪内充有一定量的混合气体和粉末，有电火花塞点火，使氧-乙炔混合发生爆炸，产生热量和压力波。喷涂粉末在获得加速的同时被加热，撞击在工件表面，形成致密的涂层。
③ 超音速火焰喷涂：利用一种特殊火焰喷枪获得高温、高速焰流用来喷涂碳化钨等难熔材料并得到优异性能的喷涂层。
4.2、电弧喷涂技术
① 普通电弧喷涂：以电弧为热源，将熔化的金属丝用高速气流雾化，并以高速喷射到工件表面形成涂层的一种工艺。其特点：涂层性能优异、效率高、节能经济、使用安全。 ② 超音速电弧喷涂：是在普通电弧喷涂技术基础上，通过改进电弧喷枪和电源，新开发的一种表面处理技术。他不但具有普通电弧喷涂技术的主要特点，而且由于其喷涂速度的提高，达到并超过音速，从而使涂层质量明显改善，结合强度显著提高，孔隙率大大降低，
在耐磨防腐等表面防护，表面处理领域既有明显优于普通电弧喷涂的应用前景。
4.3、等离子喷涂
以等离子弧为热源的热喷涂。其特点：零件无变形、涂层种类多、工艺稳定。
参考文献：
[1]张伟成译《金属表面上的相互作用》，北京，科学出版社
[2]阎洪，《金属表面处理新技术》，北京，冶金工业出版社
[3]薛增泉，吴全德，李浩，《薄膜物理》，北京，电子工业出版社，1991
[4]陈洪海，《金属腐蚀学》，北京，北京理工大学出版社，1994
[5]赵文珍，《金属材料表面新技术》，西安，西安交通大学出版社，1998
材料表面技术
论题：
现代表面工程技术课程论文系别：材料工程技术 班级：材料111 学号：111802006 姓名：裴忠有
现代表面工程技术课程论文 摘要：本文介绍了金属表面电镀方面的新技术新工艺、静电喷涂的工作原理、
卤素法镀锡工艺流程、热喷涂技术等表面工程技术。
关键词：电镀；热喷涂技术；静电喷涂；卤素法镀锡
引言：表面科学与技术是研究表面现象和表面过程并为人类造福或被人们利用的科学技术。本文介绍了以下几种表面工程技术的相关工艺。
1、电镀新工艺
1 .1 合金电镀 合金电镀一直是电镀新工艺开发的重要领域。以往为取代昴贵的镀镍而开发的铜锡合金，就曾经是一种新工艺。现在的代镍和节镍镀层，也都是各种合金。因为合金可以综合单一金属的优点，并具有单一金属所不具备的新的特性，比如硬度、耐腐蚀性、功能性等。现在已经认识到，电镀作为一种湿法冶金技术，能生产出用电、热方法做不到的新合金。包括在制作非晶态材料和纳米材料方面，电镀技术都是有优势的。 合金电镀的原理在传统的理论中是要求两种共沉积的金属的电极电位要接近，如果一个的电位较正，另一个的电位较负，就要采用络合剂将正电位的金属的离子络合，使之放电电位向负的方向移动，与另一金属的电位相近，达到共沉积的目的。这在现在也仍然对合金新工艺的开发有指导意义。但是现在越来越多的合金中的另一种成分的量非常小，就是这种少量的金属分散在另一金属中，却改变了金属的性能。用传统冶金学的观点是这些掺入的金属是占据在主体金属的某些晶格位上，从而改变了金属的物理性能。但实际上，用火法冶金很难把微量金属分散到另一金属中去，而采用电镀的方法则比较容易做到。不过电镀方法得 到的合金的结构是否符合冶金学的原理，则是值得探讨的课题。 现在已经得到应用的新合金工艺有锌系列，镍系列，铜系列，锡系列，银系列等。
1.2 电子电镀 21 世纪被称为高信息化世纪。所谓高信息化世纪就是以因特网为传播工具的信息爆炸的世纪。在这个世纪内，电子产品的品种和产量将有更快更大的发展，这给电子电镀业也带来很大的机遇和挑战。因此，现在新工艺的开发有很大的比重将放在电子电镀方面。 所谓电子电镀就是用于电子产品或电子工业的电镀技术。用于电子行业的镀层有很多，包括导电性镀层，钎焊性镀层，信息载体镀层，电磁屏蔽镀层，电子功能
性镀层，印刷电路板电镀，电子构件防护性镀层，电子产品装饰性镀层等。电子电镀工艺除了少数是利用了传统的工艺以外，大多数是近几十年开发的新工艺。比如非金属电镀新工艺，化学镀新工艺，贵金属电镀新工艺，合金电镀新工艺等。
1.3功能性电镀 功能性电镀实际上是一个含义较广的概念，它函盖了电子电镀、减磨电镀、耐磨电镀、以及所有有特别要求的电镀技术。可以说举凡对产品或材质表面有电学、力学、光学、生物学等方面要求而通过电镀加工可以满足其要求的镀层，都可以叫功能性镀层。 显然，要满足上述各种要求，光靠老工艺是不行的，因此，在功能性电镀中的新工艺的比例是最高的。现在引起各方面关注的是各种复合电镀技术。复合电镀是指在单金属电镀或合金电镀溶液中分散一些功能性微粒，使之在电镀过程中与金属或合金共沉积，从而使被镀表面得到某些特定的性能。
2静电喷涂的工作原理
工作时静电喷涂的喷枪或喷盘、喷杯，涂料微粒部分接负极，工件接正极并接地，在高压电源的高电压作用下，喷枪（或喷盘、喷杯）的端部与工件之间就形成一个静电场。涂料微粒所受到的电场力与静电场的电压和涂料微粒的带电量成正比，而与喷枪和工件间的距离成反比，当电压足够高时，喷枪端部附近区域形成空气电离区，空气激烈地离子化和发热，使喷枪端部锐边或极针周围形成一个暗红色的晕圈，在黑暗中能明显看见，这时空气产生强烈的电晕放电。
涂料中的成膜物即树脂和颜料等大多数是由高分子有机化合物组成，多为导
电的电介质，溶剂形涂料除成膜物外还有有机溶剂、助溶剂、固化剂、静电稀释剂、及其他各类添加剂等物质。这类溶剂性物质除了苯、二甲苯、溶剂汽油等，大多是极性物质，电阻率较低，有一定的导电能力，它们能提高涂料的带电性能。
电介质的分子结构可分为极性分子和非极性分子二种。极性分子组成的电
介质在受外加电场作用时，显示出电性；非极性分子组成的电介质在外加电场作用下，显示电极性，从而对外来的导性电荷产生亲合力，使电介质在外加电场中其外表面能局部带电。
涂料经喷嘴雾化后喷出，被雾化的涂料微粒通过枪口的极针或喷盘、喷杯的边
缘时因接触而带电，当经过电晕放电所产生的气体电离区时，将再一次增加其表面
电荷密度。这些带负电荷的涂料微粒的静电场作用下，向导极性的工件表面运动，并被沉积在工件表面上形成均匀的涂膜。
3 卤素法镀锡工艺流程
(1) 入口段
冷轧薄板新钢卷(即原板) 首先利用张力控制开卷,新钢卷经双层剪切机切除不合要求的头部,停在焊接机入口侧。当工作卷的钢带尾端切平后,与新钢卷头部搭接,焊轮在两个钢卷的头尾搭接处滚压焊接,焊好后的钢带进入活套塔。焊接机焊接完毕,入口段以大于工艺段的运行速度运行,使活套塔又马上储满钢带,然后入口段钢带运行速度又恢复到与工艺段速度相一致。
(2) 工艺段
钢带进入工艺段后,先是在化学清洗槽内进行化学脱脂,采用磷酸盐、氢氧化钠和表面活性剂配成的复合清洗液,可使钢带表面90 %以上的油污得到清除。化学脱脂完毕进入电解清洗槽进行电解脱脂。当钢带运行到与阳极相对的位置时,钢带的电位相对阳极要负,则作为阴极,此时在钢带表面析出氢气,其电极反应2H2O + 2e = H2 ↑+ 2OH- ;当钢带与阴极相对时,钢带电位相对阴极要正,则作为阳极,此时在钢带表面析出氧气,其电极反应4OH- - 4e= O2 ↑+ 2H2O。在钢带表面和油膜之间产生气泡,油滴在气泡的作用下,脱离钢带表面被气泡带到清洗液中除去。电解脱脂后的钢带进入冲洗槽洗去表面的碱性清洗液。接着钢带进入酸洗槽除去铁锈以活化钢带表面,酸洗液采用质量分数为10 %左右的稀硫酸溶液。酸洗后带钢表面呈金属结晶组织的活化状态,可保证带钢和镀锡层之间有良好的结合力。酸洗后再进入冲洗槽洗去钢带表面的酸液。经过化学脱脂和电解脱脂后,表面清洁活化的钢带先进入底部电镀槽,锡沉积在钢带的底面。经过封闭转向槽,刚镀好的钢带底面朝上进入上部电镀槽,开始对钢带的另一面进行电镀。然后进入回收槽和水洗槽,再经过助熔剂槽和烘干器,镀锡板被进一步清洗干净,并使镀锡板在软熔前粘上助熔剂成分,助熔剂可以降低熔融锡的表面张力,使锡层在软熔时能均匀分布在钢带表面。
(3) 后处理段从工艺段出来的镀锡板没有光泽,而且镀锡层附着力也较差,必须经软熔处理。软熔采用电阻加热法。为了防止镀锡板软熔后的锡层在高温下迅速氧化,并保持软熔时产生的光泽表面,镀锡板必须浸入淬水槽进行淬水冷却处理,经淬水后的镀锡板表面平整光
亮。镀锡层长期暴露在空气中会氧化变黄,因此,镀锡板需进行钝化处理,以提高镀锡板的耐腐蚀性。钝化后的镀锡板经过冲洗和干燥后进入静电涂油器,在镀锡板上涂上一层很薄的油膜以防止镀锡板在运输过程和高速制罐加工中被擦伤,同时还有防锈效果。
(4) 出口段镀锡板从静电涂油器出来,通过镀层重量测试仪、镀锡板测厚仪和张力辊,进入剪切机,剪切、包装入库或送涂漆印铁车间进一步加工成彩印板。
4.热喷涂技术
热喷涂是利用热源将喷涂材料加热熔化或软化，靠热源自身的动力或外加的告诉气流，
将熔滴雾化或推动熔粒成喷射的粒束，以一定速度喷射到基体表面形成涂层的工艺方法。 在喷涂过程中或涂层形成后，对金属基体和涂层加热，使涂层在基体表面熔融，并和基体产生扩散或互熔，形成与基材冶金结合的喷焊层，称为热喷熔。
热喷涂的优点：方法多样、涂层广泛、工件不限、工艺简便。
热喷涂种类：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂。
4.1、火焰喷涂：
① 普通火焰喷涂：以氧-燃料气体为热源，将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，并以高速气流喷射到经过预处理的基体表面上，形成具有要求性能的涂层。
② 爆炸喷涂：县将一定比例的氧气和乙炔气送入到喷枪内，然后再由另一入口将氮其余喷涂粉末混合送入，在枪内充有一定量的混合气体和粉末，有电火花塞点火，使氧-乙炔混合发生爆炸，产生热量和压力波。喷涂粉末在获得加速的同时被加热，撞击在工件表面，形成致密的涂层。
③ 超音速火焰喷涂：利用一种特殊火焰喷枪获得高温、高速焰流用来喷涂碳化钨等难熔材料并得到优异性能的喷涂层。
4.2、电弧喷涂技术
① 普通电弧喷涂：以电弧为热源，将熔化的金属丝用高速气流雾化，并以高速喷射到工件表面形成涂层的一种工艺。其特点：涂层性能优异、效率高、节能经济、使用安全。 ② 超音速电弧喷涂：是在普通电弧喷涂技术基础上，通过改进电弧喷枪和电源，新开发的一种表面处理技术。他不但具有普通电弧喷涂技术的主要特点，而且由于其喷涂速度的提高，达到并超过音速，从而使涂层质量明显改善，结合强度显著提高，孔隙率大大降低，
在耐磨防腐等表面防护，表面处理领域既有明显优于普通电弧喷涂的应用前景。
4.3、等离子喷涂
以等离子弧为热源的热喷涂。其特点：零件无变形、涂层种类多、工艺稳定。
参考文献：
[1]张伟成译《金属表面上的相互作用》，北京，科学出版社
[2]阎洪，《金属表面处理新技术》，北京，冶金工业出版社
[3]薛增泉，吴全德，李浩，《薄膜物理》，北京，电子工业出版社，1991
[4]陈洪海，《金属腐蚀学》，北京，北京理工大学出版社，1994
[5]赵文珍，《金属材料表面新技术》，西安，西安交通大学出版社，1998