金属保护层优化方案

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：金属保护层是表面保护层的重要部分，在腐蚀科学中，金属保护层常称为镀层。按照保护机理，金属保护层分为阳极性镀层和阴极性镀层两类。金属保护层通常是以其涂覆工艺来区分并命名的，可分为电镀、化学镀、渗镀、热浸镀、热喷涂和包镀等。渗镀即化学热处理，指利用热扩散的方法，将另外一种金属或非金属渗入被保护金属形成表面合金层，又称为表面合金化。

表面保护是常用的金属保护方法，是人们通过物理、化学或电化学的方法在金属表面覆盖防护层，借助这一防护层来防止或减轻金属腐蚀的保护方法。

表面保护层的种类很多，通常按照保护层的材质分为金属保护层和非金属保护层。

金属保护层的表面保护机制是多方面的，主要包括：

1）隔离金属与腐蚀介质的直接接触，阻滞腐蚀的发生与发展。

2）改变金属表面的物理、化学、电化学性质，抑制腐蚀过程。

3）改变金属表面的化学成分和组织结构，提高材料的耐蚀性。

为了达到保护金属表面的目的，金属保护层必须满足以下条件：

1）结构致密，分布完整均匀，孔隙率低，不透过介质。

2）在腐蚀介质中稳定耐蚀，不易破损。

3）与基体金属结合牢固，附着力、黏结力强，不易脱落。

4）有良好的物理、化学和力学性能。

金属保护层是表面保护层的重要部分，在腐蚀科学中，金属保护层常称为镀层。按照保护机理，金属保护层分为阳极性镀层和阴极性镀层两类。如果保护层金属的电位比基体金属的电位更负，在腐蚀介质中形成腐蚀电池时，镀层金属为阳极，而基体金属为阴极，镀层金属以牺牲阳极的作用对基体金属实施保护，这种牺牲性镀层称为阳极性镀层，如钢铁表面镀锌、镉等。与之相反，阴极性镀层的保护作用是借助其屏蔽、隔离效应来实现的，如钢铁零件上的银、金镀层，一旦防护层破损，露底处就会成为腐蚀电池的阳极，构成大阴极小阳极的膜孔电池，使基体金属的某些部位发生加速腐蚀。所以，对阴极性镀层的完整性、致密性、孔隙率等要求更为严格。

金属保护层通常是以其涂覆工艺来区分并命名的，可分为电镀、化学镀、渗镀、热浸镀、热喷涂和包镀等。

电镀是将受镀金属作为阴极，镀层材料（或其他不溶性材料）作为阳极，放在含有镀层金属离子的电解液中，在直流电的作用下，镀液中的镀层金属离子在阴极得到电子而变为金属原子沉积在受镀金属的表面。通过电镀所得的防护层叫作电镀保护层。按照不同的镀液成分、工艺参数和操作方法，电镀保护层可以是金属、合金或复合材料。电镀属电沉积工艺范畴，电沉积可以在水溶液、熔盐及有机溶液中实施，但是在电解质水溶液中进行电沉积最为方便，也最为广泛，故通常所讲的电镀均指在水溶液中获得镀层的过程。应当明确，尽管电沉积金属的晶体结构主要取决于沉积金属本身的晶体学性质，但电沉积过程往往使镀层金属具有独特的形态、结构、组织和性能。因此现在人们往往利用电镀层的特殊组织和性能，满足日益增加的耐蚀、装饰、耐磨、减摩、高硬以及电、热、磁、光等多方面的性能要求。

为了保证电镀层的防护性能，电镀保护层应该连续完整、致密均匀、平整光洁，与基体结合良好，具有较小的内应力及较低脆性且厚度易于控制。但要同时达到如此多的要求并不是一件容易的事。

化学镀指不使用外加电源，而是采用化学的方法使金属离子沉积，形成金属镀层的方法。根据沉积原理不同，化学镀可以分为两种不同的形式。一种是利用合适的还原剂，将溶液中的金属离子还原沉积出来，称为化学还原镀；另一种是被镀金属将溶液中的金属离子置换沉积出来，称为化学置换镀。

与电镀相比，化学镀有许多优点：它无需外加直流电，因而不受许多影响电化学过程的因素干扰；可以在导体、半导体和非导体上，甚至在昆虫、鲜花等动植物上镀得金属涂层；它不受材料几何因素的影响，只要能与镀液充分接触，都能镀得厚度均匀的镀层；镀层光滑致密，孔隙少且有较高硬度，前处理工序也比较简单。但化学镀的缺点是镀液稳定性差，使用寿命短，对镀液的维护、管理要求较高，镀种较少且成本较高。

渗镀即化学热处理，指利用热扩散的方法，将另外一种金属或非金属渗入被保护金属形成表面合金层，又称为表面合金化。渗镀与化学热处理的区别仅仅在于目的不同，前者的主要目的是提高金属缺口的耐蚀性能；后者的目的则在于提高制品的力学性能。为了提高钢板的耐蚀性能，目前应用较广泛的有渗锌、渗铬、渗铝、渗硅、渗硼和多元共渗等。

与其他金属防护层不同，渗镀层是通过形成合金与基体金属结合而构成一个整体，因而具有结合牢固、不易脱落等突出优点。此外，渗镀层均匀，厚度可控，消耗金属材料较少。但渗镀需要高温加热，可能引发各种缺陷，如工件变形、其他性能恶化等。

热喷涂又称喷镀，是以燃料或电能为热源，采用专用的设备，将加热到熔融或接近熔融的金属丝状或粉状的涂覆材料，以高速喷射到物体表面形成金属防护层的工艺过程。热喷涂不限定被镀件的尺寸，对于大面积的表面也可制成均匀的喷镀层。因此对大型制品进行耐蚀性、耐磨性和耐热性等表面处理时，喷镀法是经济、方便、实用的工艺手段，因而热喷涂在工程上得到了广泛的应用。

热浸镀是将金属制品浸入熔融金属中获得金属涂层的工艺方法。由于工艺本身的局限性，这种方法只适用于获得低熔点金属涂层，如钢铁材料的热浸锌、锡、铝。热浸镀的优点是成本低、产量大，特别适用于板材、带材和线材的大批量连续生产。缺点是镀层较厚且不均匀，金属消耗量大。近年来热浸镀技术有了新的发展趋势：一是热浸铝的技术日臻成熟，应用日趋广泛；二是热浸镀与其他工艺复合应用，如在熔锌中等温淬火，将热浸锌与热处理工艺结合在一起，取得了良好的经济效益。

将耐蚀性能良好的金属通过辗压或其他方法包覆在被保护金属表面形成的保护层叫作包覆层。工业上常见的包覆层有铝包层、铜包层、镍包层和不锈钢包层。包镀是消除涂层孔隙最好的方法，但包覆层不能很薄，而且结合力不如发生合金化时那样好。除了采用传统的轧制工艺完成板材和带材的包镀外，近年来还开发出了多种新型包镀工艺，如连续铸造、压结粉末、深度冲压和电焊等。

除了上述的金属防护层外，近年来还开发了多种新型工艺，如离子镀、离子注入、真空蒸发镀、真空溅射、气相沉积等，得到了多种具有耐蚀功能、装饰功能、特种功能的新型金属涂层，在许多部门取得了良好的效益，展示了广阔的应用前景。

金属保护层优化方案

相关推荐