金属的腐蚀与防护中几种常见的金属涂层防护

金属的腐蚀与防护中金属涂层防护属于其中之一，材料表面的金属涂层最常见的有电镀层、喷镀层、刷镀层等。电镀不但可使设备表面美观，而且可使设备防锈、防腐，因此被广泛地应用在生产实际中。然而大面积地进行电镀，受到电镀设备的限制，一般工厂不附设这样的车间，因此，金属表面的金属喷涂、刷涂防护也是有效的补充。

电镀层

电镀的目的是在基材上镀上金属镀层(deposit)，改变基材表面性质或尺寸。例如赋予金属表面的光泽美观、物品防锈、防止磨耗；提高导电度、润滑性、强度 、耐热性、耐候性；热处理的防渗碳、氮化；尺寸或磨耗的零件修补。

一、电镀的基本原理

电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。

电镀需要一个向电镀槽供电的低压大电流电源以及由电镀液、待镀零件(阴极)和阳极构成的电解装置。其中电镀液成分视镀层不同而不同，但均含有提供金属离子的主盐，能络合主盐中金属离子形成络合物的络合剂，用于稳定溶液酸碱度的缓冲剂，阳极活化剂和特殊添加物（如光亮剂、晶粒细化剂、整平剂、润湿剂、应力消除剂和抑雾剂等）。电镀过程是镀液中的金属离子在外电场的作用下，经电极反应还原成金属原子，并在阴极上进行金属沉积的过程。因此，这是一个包括液相传质、电化学反应和电结晶等步骤的金属电沉积过程。

在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的正极和负极联接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，电镀液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入电镀液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。电镀时，阳极材料的质量、电镀液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制。

首先电镀液有六个要素：主盐、附加盐、络合剂、缓冲剂、阳极活化剂和添加剂。

电镀原理包含四个方面：电镀液、电镀反应、电极与反应原理、金属的电沉积过程。

电镀反应中的电化学反应：下图是电镀装置示意图，被镀的零件为阴极，与直流电源的负极相连，金属阳极与直流电源的正极联结，阳极与阴均浸入镀液中。当在阴阳两极间施加一定电位时，则在阴极发生如下反应：从镀液内部扩散到电极和镀液界面的金属离子Mn+从阴极上获得n个电子，还原成金属M。另一方面，在阳极则发生与阴极完全相反的反应，即阳极界面上发生金属M的溶解，释放n个电子生成金属离子Mn+。

二、电镀的作用

利用电解池原理在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术。电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等。通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，还可以修复磨损和加工失误的工件。

此外，依各种电镀需求还有不同的作用。举例如下：

1.镀铜：打底用，增进电镀层附着能力，及抗蚀能力。（铜容易氧化，氧化后，铜绿不再导电，所以镀铜产品一定要做铜保护）

2.镀镍：打底用或做外观，增进抗蚀能力及耐磨能力，（其中化学镍为现代工艺中耐磨能力超过镀铬）。（注意，许多电子产品，比如DIN头，N头，已经不再使用镍打底，主要是由于镍有磁性，会影响到电性能里面的无源互调）

3.镀金：改善导电接触阻抗，增进信号传输。（金最稳定，也最贵。)

4.镀钯镍：改善导电接触阻抗，增进信号传输，耐磨性高于金。

5.镀锡铅：增进焊接能力，快被其他替物取代（因含铅现大部分改为镀亮锡及雾锡）。

6.镀银：改善导电接触阻抗，增进信号传输。（银性能最好，容易氧化，氧化后也导电）

电镀是利用电解的原理将导电体铺上一层金属的方法。

除了导电体以外，电镀亦可用于经过特殊处理的塑胶上。

电镀的过程基本如下：

镀层金属在阳极

待镀物质在阴极

阴阳极以镀上去的金属的正离子组成的电解质溶液相连

通以直流电的电源后，阳极的金属会氧化（失去电子），溶液中的正离子则在阴极还原（得到电子）成原子并积聚在阴极表层。

电镀后被电镀物件的美观性和电流大小有关系，电流越小，被电镀的物件便会越美观；反之则会出现一些不平整的形状。

电镀的主要用途包括防止金属氧化(如锈蚀) 以及进行装饰。不少硬币的外层亦为电镀。

电镀产生的污水（如失去效用的电解质）是水污染的重要来源。电镀工艺已经被广泛的使用在半导体及微电子部件引线框架的工艺。

VCP：垂直连续电镀，电路板使用的新型机台，比传统悬吊式电镀品质更佳。

局部镀银

铝件电镀液配方工艺流程：

高温弱碱浸蚀→清洗→酸洗→清洗→浸锌→清洗→二次浸锌→清洗→预镀铜→清洗→预镀银→氰化光亮镀银→回收洗→清洗→银保护→清洗→烘干。

从工艺流程看，所选保护材料必须耐高温（80℃左右）、耐碱、耐酸，其次，保护材料在镀银后能易于剥离。

市售的保护材料有可剥性橡胶、可剥性漆、一般粘性胶带及胶带等。分别试验这些保护材料的耐酸、碱腐蚀、耐高温（碱蚀溶液最高温度80℃左右）性能以及可剥离性。

三、电镀溶液泄漏的原因的解决措施

原因分析

(1)严防镀液加温过高。当镀液加温过高时，镀液会加速蒸发和分解，气雾中含有高浓度的溶质成分。这时会严重污染环境，尤其是酸、碱气雾，氰化物和铬雾对环境的影响和人体危害会更大。

(2)严格防止镀液被排风机吸走。当排风机配备不当，镀液液位过高，这时镀液容易被吸走，在槽盖未启开之前尤为严重，既引起环境污染，又会造成镀液损耗，出现这种情况时要及时采取措施予以解决，如降低镀液液位，调整吸风口宽度，在室外的排风机之前的管道下方设一个集液器，以便收集吸入的镀液或冷凝水。

(3)减轻镀液大处理时的损耗。镀液大处理过程中若不加以注意，则镀液的损耗量是相当大的，通常的损耗量达2%～3%，即1000L镀液经处理之后往往需补充20～30L纯净水，及相应的化工材料，才能恢复到原来的液位和原来的浓度，操作时若能细心一点，机械过滤与手工过滤相配合，让镀液尽可能由槽底的沉淀物中滤出来，则可大大减轻镀液的损耗，从而既节省材料的损耗，又能大大改善对环境的污染程度。

(4)防止镀槽、加温（冷却）管渗漏造成污染。电镀槽或加温管渗漏往往会造成严重污染，其渗漏原因随制造材料及不同镀种各有区别。

解决措施

1．预防方法：在靠近阳极的槽壁竖块耐温玻璃或塑料板，起到隔断阳极板与槽衬的接触，减轻腐蚀机会。补救方法：在铁质外壳槽的液位以下3～5cm处钻个声l～1.5mm的小孔，当内衬铅槽损坏时，镀铬溶液即会由此射出，通过这一信号即可知道内衬槽已损坏，可当即进行修复，从而可以避免更大事故的发生。

2．铅质加温(降温)管的渗漏原因及预防方法。铅质加温(降温)管的渗漏原因与铅质衬槽渗漏有某些相似，但它还有因承受压力引起膨胀而造成损裂的可能，铅管渗漏对环境的危害同样很厉害，一旦渗漏即有可能使槽内溶液随蒸汽或水射出槽外，若回汽回人锅炉，则危害性更大，有可能为此而毁坏锅炉而发生更大事故。

3．塑料镀槽渗漏原因及预防方法。塑料镀槽渗漏多由焊接质量欠佳引起，其中也不排除使用时人为因素。

金属喷镀层

金属喷镀层是用压缩空气将熔融状态的金属雾化戚微粒，喷射在工件表面上，形成金属覆盖层。金属表面在喷涂前，需要预先进行表面除锈并使其表面粗糙。喷涂法的工艺及设备均较简单，而且基本上不受设备、零件的大小和形状的限制，可根据需要得到良好的金属或合金镀层。近年来，在防止高温氧化、硫酸生产中高温so2腐蚀、造纸设备防腐蚀等方面得到广泛的应用。

一、金属喷镀的基本原理

金属喷镀用压缩空气或惰性气体将熔融的耐蚀金属喷射到金属表面形成保护镀层的过程。

金属喷镀时，镀面材料在专门的喷汇或喷枪中熔化和雾化，并喷射到基体材料上，这种面饰方法有时也称为金属喷涂。一般使用氧――乙炔焰，但有时也使用其他气体。当镀面金属丝通过焰心自动给送时，金属丝熔化并同时被压缩空气流雾化和喷射到基体材料上。几乎任何一种能够制成金属丝的金属都能用这种方法喷镀。另一种喷枪利用粉末状材料通过火焰喷射出来。这种方法的优点是不仅能喷镀金属，而且也能喷镀金属陶瓷复合材料、氧化物和硬质合金。

二、金属喷镀前表面处理

因为由金属喷镀所获得的镀覆材料与基体材料之间的结合是纯粹的机械结合，因此，基体材料必须进行适当的准备。以便能获得良好的机械结合。无论采用何种表面准备方法，基体表面都必须清洁而无油污。

最常用的表面准备方法是喷砂处理。为此，砂粒足够锋利以产生真正粗糙的表面，对于能在车床上回转的圆柱表面，有效的方法是车出非常粗的螺纹，然后用滚压刀轻轻滚压牙顶。一种可用于平面的改进方法是用圆的切槽刀切出一系列平行槽，然后用滚花刀夺各槽之间的棱面。如果镀覆表面还要加工，则基体表面应该用粗加工或切槽来准备，以便得到最好的准备。

三、金属喷镀的应用

金属喷镀在产品设计中有许多重要的用途。如将锌和铝喷镀到钢铁表面上可以得到保护性涂层，以获得耐腐蚀性。因为金属喷镀能将金属喷镀到几乎任何一种金属或非金属表面上，它就提供了一种在不良导体或非导体表面镀覆一层导电表面的简单方法，为此，常常将铜或银喷镀到玻璃或塑料上。由于喷镀的金属可以用各种不同的方式进行处理，例如抛光、刷光、或保留喷镀状态，因此，喷镀金属可在产品及建筑行业中作为装饰手段。

金属刷镀层

一、传统的金属刷镀

传统的金属刷镀也称为涂镀或无槽电镀。其在原理和本质都属于电化学加工中电镀工艺的范筹。是和电解相反，利用电镀液中金属离子在电场的作用下，镀覆沉积到阴极上去的加工过程。

传统金属刷镀的原理 

用一个同阳极连接并能提供电镀需要的电解液的电极或刷，在作为阴极的制件上移动进行选择电镀的方法。

传统金属刷镀基本流程

零件表面修整→镀前工装设置→电净处理→活化处理→刷镀层→镀后处理。

①表面修整。刷镀层厚度一般≤0.5mm，镀后不加工或少许加工，因此对零件的需镀表面在镀前应加工达到形位精度和表面粗糙度要求，以求获得均匀镀层。表面有油孔、键槽等，可用胶木、木材等镶堵。

②刷镀工装的设置。连续均匀刷镀时，一般把工件装夹在机床上，镀笔夹牢，调整机床速度满足刷镀速度要求。调整电源以满足刷镀所需电流量。按需用镀液种类，每种准备一支专用镀笔。按实际需要准备好表面处理材料及其他辅助工具。

③电净处理。用一般溶剂清洗后的表面仍会残留很薄的油膜。用电净液通电以镀笔涂刷，使表面残留油膜解离，经乳化或皂化达到去油的目的。表面用水冲后，水膜均匀满布，无干斑为达到要求。

④表面活化处理。用专用镀笔沾上活化液，在通电状态下刷抹零件表面，通过电化学反应以及产生气泡的机械剥离作用除去氧化膜，达到表面出现新鲜原金属色泽和无花斑为止。

⑤刷过渡层。经活化工序后，立即刷镀过渡层，专用刷镀笔接正极，镀液预热至50℃为宜。

⑥刷镀工作层。工作层按零件工作条件确定。按零件镀层厚度选择组合镀层。将预定镀层厚度储存在计数器中。按所用镀液选择电压和相对运动速度。镀液预热至50℃。启动电源开始刷镀工作层，由于自动控制镀层厚度，当达到预定厚度时，即有声光信号报警。

⑦镀后处理。零件镀完后，用清水冲净表面残留物。如不需机械加工，则清除毛刺、修整边角，并进行防锈处理，至此刷镀工作完成。

二、金属表面新材料刷镀

金属刷镀层主要是通过在金属材料表面刷涂另一种防护性材料，从而使金属防腐蚀、防指纹、防锈、耐盐雾等性能全面提升的一种方式，可以理解为金属表面刷涂新材料涂层，比如以TIS-NM纳米涂层为代表的金属涂层，有着施工工艺简单，防腐蚀抗指纹耐盐雾性能突出的特点。

①金属表面涂层适用材质

黑色金属、有色金属、五金、不锈钢、电镀制品

②金属表面涂层应用范围

尤其适应恶劣环境下使用的黑色金属、有色金属五金制品的表面防水、防锈、防腐保护与不锈钢、电镀制和金属工艺品抗指纹上光防污加硬。

③金属防腐蚀纳米涂层刷涂工艺流程

将五金抗指纹防锈耐磨纳米涂层采用喷涂、刷涂、滚涂、浸涂等方式涂于需进行表面保护的物体表面，中温烘箱加热干燥固化。

☆ 施工前处理

●喷涂前先对被涂物件进行表面处理，清除表面上的残旧漆膜、锈迹、油污、氧化皮及杂物，要求达到无锈、无油污、无尘埃、无水痕

●处理干净后的表面应及时喷涂，防止重新有灰尘

●要求施工环境无灰尘、有排风装置或相应的空气吸尘设备，以保证施工质量

☆ 涂装

●使用前要充分搅拌均匀，根据各种加工工艺的要求，可采用多种不同形式的涂油方法（如刷涂、喷涂、浸涂等）。特殊需要可涂两遍以上。

●空气喷涂方式施工推荐：风压：0.3-0.4MPa，喷涂距离：15-25 厘米，喷枪孔径 0.5-1.0MM推荐漆膜厚度：5-15 微米

● 环境温度：10-30 °C，相对湿度：45%-75%

●喷房的洁净度在万级以内，流平区、烘烤区的洁净度在 10 万级以内

●烘干温度:常温静置表干 10 分钟后 160 度烘箱或烘干线 烘烤 10min 1kg液体涂装面积：喷涂300平方米

金属刷镀层目前所采用的表面处理材料大多为新材料，各种材料性能各异，青山新材TIS-NM金属表面处理纳米涂层固化后拥有良好的高硬度金属质感、超强的防水、防油、抗污效果，同时拥有耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、耐盐雾、耐紫外线防锈的特性，尤其适应于恶劣环境下使用的黑色金属、有色金属材料产品和五金制品表面的防水、防锈、防腐保护与不锈钢、电镀制品及金属工艺品上光抗指纹加硬保护，有效避免大气、酸碱、盐雾、紫外线和风沙侵蚀。保障产品质量，延长产品使用寿命。