100防腐蚀表面层技术课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,金属镀层防护技术,1,金属表面转化层技术,2,非金属覆盖层,3,10,防腐蚀表面层技术,热喷涂技术,4,覆盖层保护的特点,(1)基底材料和覆层材料组成复合材料，可以充分发挥基底材料和覆层材料的优点，满足耐蚀性，物理、机械和加工性能，以及经济指标多方面的需要。,(2)覆盖层的保护效果和使用寿命取决于以下因素：,覆层材料在使用环境中的耐蚀性、强度、塑性和耐磨性。,保护性覆盖层基本要求：,(1),覆盖层本身耐蚀、化学稳定,结合牢固,附着力好,;,(2),覆盖层致密,孔隙率小,;,(3),覆盖层良好物理机械性能,(,硬度、耐磨性,);,(4),一定厚度和均匀性。,覆盖层保护技术的主要种类,电镀,喷涂,渗镀,金属镀层,热浸,金 属,化学镀,覆 盖 层,金属衬里,双金属复合板,阳极氧化,化 学,化学氧化,转化膜,磷酸盐处理,草酸盐处理,铬酸盐处理,油漆涂料,塑料涂覆,非金属,搪瓷,覆盖层,钢衬玻璃,非金属材料衬里,暂时性防锈层,10.1,金属镀层防护技术,在使用环境中，覆层材料的电位比基体金属的电位负，比如铁表面上用锌作覆层。,在覆层缺陷处形成的腐蚀电池中，覆层是阳极，能够对基体金属起到阴极保护作用。,阳极性覆层常用作防护性覆层。,电解质溶液,锌,钢,锌腐蚀,一、阳极性覆层,二、阴极性覆层,在使用环境中，覆层材料的电位比基体金属的电位正，如铁表面上覆盖铬、镍。,如果覆盖层存在缺陷，将加速基体金属的腐蚀。因此阴极性覆层必须足够完整、无孔隙，才能取得好的保护效果。,机械隔离作用。,覆层的极性不是绝对的，当环境条件改变时，覆层和基体金属的电偶关系可能发生反转。,电解质溶液,钢腐蚀,铬,钢,镀层金属纯度高，分布均匀，与基体金属结合牢固。,镀层具有较高硬度和耐磨性能。,为获得同样保护效果所需要的覆层金属最少。,镀层厚度容易控制，一般在常温下进行，,电镀适应范围很宽，从正电性金属到负电性金属，从低熔点金属到高熔点金属，从高纯金属到合金，都可以进行电镀。,三、几种金属镀层技术简介,1,、电镀,电镀优点,电镀是一种电化学和氧化还原过程。以镀镍为例：将金属制件浸在金属盐,(NiSO,4,),的溶液中作为阴极，金属镍板作为阳极，接通直流电源后在制件上就会沉积出金属镀镍层。,电镀原理,在阳极上的反应为：,Ni,2eNi,2+,(,阴极溶解,),4OH,4e2H,2,O+O,2,2Cl-,2eCl,2,在阴极上的反应为：,Ni,2+,+2eNi(,形成镀层,),2H,+,+2eH,2,镀液的组成,钢铁零件上镀锌主要作用是防腐蚀，用量占全部电镀零件的,1/3,至,1/2,，是所有电镀品种中产量最大的一个镀种。镀锌具有成本低、抗蚀性好、美观和耐贮存等优点，在轻工、机电、农机和国防等工业中得到广泛应用。,钢铁零件上镀镉，在海洋和湿热大气环境中，其保护性能 比锌好，航空、航海及电子工业中的零件大多采用镀镉。但镉 盐有毒，且对环境污染严重，使镀镉的应用受到限制。,锡的腐蚀产物对人类无害，且易于钎焊，镀锡广泛用于食品罐头包装制品、饮具、餐具及电子工业中很多需要钎焊的零件。,1),镀锌,2),镀镉,3),镀锡,4),镀铜,铬在大气中能长久保持光泽，在碱液、硝酸、硫酸及许 多有机酸中不发生反应，镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨 性及较低的摩擦系数，故镀铬常用于防护装饰性镀层，防止 基体金属生锈和美化外观，也常用于提高制品的耐磨性或修 复磨损。,镀铜常作为其他镀层的中间层，以提高表面镀层和基体 金属的结合力。在电力工业中，也可用铁丝镀厚铜来代替纯 铜导线，以减少铜的耗用量。,镀镍的应用面很广，可用于防护装饰性和功能性两方面。前者主要用于自行车、钟表、家用电器、五金产品、汽车、照 相机等零件的防护装饰性镀层；后者主要用于易磨损产品的 修复电镀。,5),镀镍,6),镀铬,2.,化学镀(也称为“无电镀”),化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。,化学镀常用溶液：化学镀银、,镀镍、镀铜、,镀钴、镀镍磷液、镀镍磷硼液等。,化学镀镍层与电镀硬铬层相比，硬度和耐磨性能相近，但化学镀不需要电源，无电镀硬铬层中出现的脆性和网状裂纹，而且比电镀镍层孔隙率低，化学稳定性高。,近年来又开发了脉冲化学镀，进行化学镀时迭加脉冲电流，可使镀层更致密，更光亮，组织均匀，结合牢固，因而较薄镀层就能达到较厚的普通化学镀层相同的技术指标。,3.,热浸镀层,将工件浸入熔融的液态镀层金属中，经短时间取出，便形成金属覆层。,这种施工方法最古老，简单，但难以控制覆层厚度，操作时金属损耗也大。,使用热浸法的条件是：基体金属与覆层金属之间能生成化合物或固溶体，才能具有足够的结合力且不起皮脱落。,一般用于钢铁管、板、带、丝的镀锌、锡、铝、铅锡合金等。,渗 镀,手表表面的金属镀层,热浸有花镀锌板,热浸镀锌钢卷板,电镀亚克力钻,热喷镀,将金属部件置于选定的介质条件下，使表层金属和介质中的阴离子反应，生成附着牢固的稳定化合物。这样得到的保护性覆盖层叫做化学转化膜。其反应一般式可写成,m M +n A,Z-,=,M,m,A,n,+,nze,形成化学转化膜的方法有两类：,一类是电化学方法，称为阳极氧化或阳极化。,另一类是化学方法，包括化学氧化，磷酸盐处理，铬酸盐处理，草酸盐处理。,10.2,金属表面转化层技术,1.,铝的阳极(氧)化,铝是易钝化金属，表面有天然氧化物膜，但只有0.020.14微米厚，经阳极化处理可使氧化膜增厚至2030微米，这层氧化膜与基体金属结合十分牢固，具有很好的保护性能。,铝阳极化生成的氧化膜包括密膜层和孔膜层。密膜层(阻挡层)厚度很小，孔膜层存在大量孔隙，因此可以着色处理，获得装饰性外观。,着色方法主要有：染料着色和电解着色。,说明：,阳极氧化是将铝或铝合金制件浸沉于酸性电解液中，在外 电流作用下作为阳极，在制件表面上形成与基体牢固结合 的防蚀氧化膜层。,阳极氧化和着色处理常用于汽车、飞机的某些装饰性零件 及工艺品和日用五金制品作装饰性处理。,阳极氧化前要经抛光、除油、清洗等预处理，其后要进行 冲洗、着色和封闭等处理。,阳极氧化的氧化膜可染成黑色、红色、蓝色、绿色、金黄 色和茶色等。,封闭处理：,不管是着色或不着色的阳极化膜都需要进行封闭，使孔闭合以提高膜的保护性能和保持着色效果。,封闭的方法有：,蒸汽封闭,热水封闭(90100,C),镍盐和钴盐溶液封闭,重铬酸盐溶液封闭等,孔膜层,密膜层,铝,水合氧化铝,膜孔,未封闭 已封闭,铝的阳极化膜结构示意,2.,钢铁的化学氧化,将钢铁部件放入选定的溶液中，发生化学反应，生成一层致密的氧化物膜这种方法在工厂中叫做“发蓝”或“煮黑”。,钢铁的化学氧化有碱性法和酸性法。,非金属涂层在化工防腐中普遍应用。,特点,施工简便,适应性广,重涂容易,成本、施工费用低。,有机涂料,最重要非金属涂覆层，利用有机涂料的胶粘性和粘附性，在表面固化成薄覆盖层，使金属,(,材料,),与腐蚀环境隔离而起到防腐，发展迅猛。,10.3,非金属覆盖层,1.,涂层保护机理,阻挡作用,高聚物结构间隙平均直径,10,4,10,6,mm,而,H,2,O,O,2,分子直径为几个埃,涂料应选用结构致密成膜物质和屏蔽大固体填料，增加涂覆层数和厚度,厚度为,0.3,0.4mm,时,抗渗大为提高。,电化学保护,涂料内活性填料如锌电位较负,可起牺牲阳极保护作用,而锌腐蚀产物又可填塞空隙,腐蚀下降。,缓蚀作用,涂料内组分如红丹,铬锌黄使金属钝化,或具缓蚀剂作用。,2.,涂层破坏形式,涂层存在各种缺陷,引起金属局部腐蚀,导致涂层鼓泡、剥离、脱落等腐蚀破坏：,涂层下残碱,残盐或氧化物等使腐蚀发生而导致涂层脱落,;,介质渗透到涂层下,引起浓差电池,腐蚀使涂层破坏,;,涂层受水浸渍后吸收水分，体积增加,内应力使涂层鼓泡,;,光照、温度、化学介质、磨损、机械损伤等引起涂层本身的破坏,;,施工不当而引起的破坏。,涂料,主成膜物质,辅成膜物质,次成膜物质（填料）,油料和树脂,半干性油,干性油,天然,/,合成树脂,固化剂固化,氧与油料不饱和双键聚合而固化,溶剂挥发固化,聚乙烯、聚过氯乙烯等,环氧、酚醛、呋喃、聚脂等,着色颜料,防锈颜料,红丹,(Pb,3,O,4,),、,锌铬黄、锌粉、磷酸盐等,体质颜料（,Fe,2,O,3,、,铝粉、有机铬酸盐等）。,各种溶剂、稀释剂、催干剂、固化剂、防雾剂、增塑剂、触变剂、缓蚀剂等。,3.,涂料的组成,4.,常用涂料,(,油漆,),磁漆,(,树脂漆,),：用清漆与着色颜料调配的色漆，有酚醛磁漆、,醇酸磁漆等。,清漆：不含颜料的透明漆，由树脂、溶剂及催干剂制成的 涂料。,厚漆：由干性油、颜料混合而成的涂料。使用时用清油调到合 适粘度。该漆干燥慢、漆膜软，炎热潮湿天气有反粘现象,调合漆：已调制好，不用加任何材料即可使用的涂料，分油性 调和漆和磁性调和漆两种。,腻子：由各种填料加入少量漆料配制的糊状物。主要用于底漆 前，使基体表面平整。,烘漆,(,烤漆,),：涂于基体后需经烘烤才能干燥成膜的漆。,水溶漆、乳胶漆：可用水作稀释剂的涂料。水溶漆是以水溶性 树脂为主要成分的漆；乳胶漆是以乳胶,(,合成树脂,),为主要成分 的漆。,大漆,(,天然漆,),：特点是漆膜耐久性、耐酸性、耐油性、耐水性、光泽性均较好。,底漆：直接涂于基体表面作为面漆基础的涂料，有环氧底漆、酚醛底漆等。,5.,涂料合理选用,介质环境,环境条件与涂料适用范围一致,考虑环境介质酸碱性、氧化性、腐蚀性、温度、光照等。,表面性质,针对不同保护对象基体性质,选择不同保护特性、粘合能力涂料。如酸固化涂料不能涂覆在易被酸腐蚀的钢铁表面，红丹不能用于铝、锌表面。,工程要求,主要是针对保护要求年限、投资额等经济指标加以综合参考。,涂料性能合理配套,重要，如用环氧基涂料等粘附性好的涂料作底漆，用磷化底漆作过渡中间层，聚乙烯类作面漆等。合理配套可获的具有互补型、功能型，保护效果优良的涂层。,腻子层,填平，环氧,+,填料,Fe,底层,(,环氧,).,附着力强,热膨胀系数小,增强层,多层玻璃织物,树脂浸润,面层,致密,抗渗,耐蚀,耐磨,阴极保护,+,表面涂覆,表面涂覆,本身缺陷：微孔、结构,施工,/,服役过程,-,老化,/,开裂,/,损伤,电化学保护,电流大,/,极化难,6.,联合保护,降低电耗，缩短极化时间,改善电流分布,/,分散能力,双重保护，安全可靠,联合保护优点,1,电化学极化有利缓蚀剂成膜,如：黄铜表面形成,-,FeOOH,-,FeOOH,稳定，耐腐蚀,2,表面电荷的调整，有利于缓蚀剂吸附作用,阴极保护,+,缓蚀剂 协同作用,热喷涂是将金属或非金属材料加热熔化，靠压缩气体连续吹喷到制件表面上，形成与基体牢固结合的涂层，从制件表层获得所需要的物理化学性能。,1,热喷涂原理,10.4,热喷涂技术,说明：,喷涂的涂层厚度为几十微米至数毫米。,喷涂热源可用燃气火焰、电弧、等离子弧或激光束等。,喷涂材料可为金属、合金、金属氧化物和碳化物、陶 瓷和塑料等，材料形态可为线材、棒料或粉末。,喷涂的基体可为金属、陶瓷、玻璃、塑料、石膏、木 材、布、纸等固体材料。,2,热喷涂的特点,生产效率高。每小时喷涂材料重量从几千克到几十千克，沉 积效率很高。,工艺灵活，适用范围广。热喷涂施工对象可大可小，小的可到,10mm,内孔，大的可到桥梁、铁塔,(,火焰线材喷涂或电孤喷涂,),，可在室内喷涂，也可在野外现场作业；可整体喷涂，也可以局部喷涂。,基体及喷涂材料广泛。可通过喷涂不同材料，使工件表面获 得所需的各种物理化学性能。,工件应力变形小。基体可保持较低的温度，工件产生的应力 变形很小。,3,热喷涂的应用,特殊功能层,:,通过喷涂获得表层某些特殊性能，如耐高温、隔热、导电、绝缘、防幅射等，在航空航天和原子能等部门应用较多。,防腐蚀,:,主要用于大型水闸钢闸门、造纸机烘缸、煤矿井下钢结构、高压输电