金屬鍍層的特點及應(yīng)用

1、金屬鍍層的特點及應(yīng)用鍍鋅1.名稱: 鍍鋅.2.特點:鋅在干燥空氣中,比較穩(wěn)定,不易變色,在水中及潮濕大氣中則與氧或二氧化碳作用生成氧化物或堿性碳酸鋅薄膜, 可以防止鋅繼續(xù)氧化.起保護作用.鋅在酸及堿、硫化物中極易遭受腐蝕.鍍鋅層一般都要經(jīng)鈍化處理, 在鉻酸或在鉻酸鹽液中鈍化后, 由于形成的鈍化膜不易與潮濕空氣作用, 防腐能力大大加強.對彈簧零件,薄壁零件(壁厚0.5mm)和要求機械強度較高的鋼鐵零件,必須進行除氫,銅及銅合金零件可不除氫.鍍鋅成本低、加工方便、效果良好.鋅的標準電位較負, 所以鋅鍍層對很多金屬均為陽極性鍍層.3.應(yīng)用:在大氣條件和其他良好環(huán)境中使用的鋼鐵零件普遍使用鍍鋅.但不宜

2、作摩擦零件的鍍層.鍍鎘1.名稱: 鍍鎘.2.特點:在海洋性的大氣或海水接觸的零件及在70以上的熱水中,鎘鍍層比較穩(wěn)定,耐蝕性強,潤滑性好,在稀鹽酸中溶解很慢,但在硝酸里卻極易溶解, 不溶于堿,它的氧化物也不溶于水.鎘鍍層比鋅鍍層質(zhì)軟, 鍍層的氫脆性小, 附著力強,而且在一定電解條件下,所得到的鎘鍍層比鋅鍍層美觀.但鎘在熔化時所產(chǎn)生的氣體有毒, 可溶性鎘鹽也有毒.在一般條件下,鎘為鋼鐵為陰性鍍層,在海洋性和高溫大氣中為陽極鍍層.3.應(yīng)用:它主要用來保護零件免受海水或與海水相類似的鹽溶液以及飽和海水蒸汽的大氣腐蝕作用.航空、航海及電子工業(yè)零件、彈簧、螺紋零件,很多都用鍍鎘.可以拋光、磷化和作油漆底

3、層,但不能作食具.鍍鉻1.名稱: 鍍鉻.2.特點:鉻在潮濕的大氣中、堿、硝酸、硫化物、碳酸鹽的溶液中以及有機酸中非常穩(wěn)定,易溶于鹽酸及熱濃的硫酸.在直流電的作用下, 如鉻層作為陽極則容易溶于苛性鈉溶液.鉻層附著力強 ,硬度高 ,HV800-1000,耐磨性好,光反射性強,同時還有較高的耐熱性,在480以下不變色,500以上開始氧化,700則硬度顯著下降.其缺點是硬、脆,容易脫落,當受交變的沖擊負荷時更為明顯.并具有多孔性.金屬鉻在空氣中容易鈍化生成鈍化膜,因而改變了鉻的電位. 因此鉻對鐵就成了陰極鍍層.3.應(yīng)用:在鋼鐵零件表面直接鍍鉻作防腐層是不理想的, 一般是經(jīng)多層電鍍(鍍銅鎳鉻)才能達到防

4、銹、裝飾的目的.目前廣泛應(yīng)用在為提高零件的耐磨性、修復尺寸、光反射以及裝飾等方面.松孔鍍鉻1.名稱: 松孔鍍鉻.2.特點:松孔鍍鉻是耐磨鍍鉻的一種特殊形式,它與一般鍍鉻的明顯區(qū)別, 即在鍍鉻層的表面上產(chǎn)生網(wǎng)狀溝紋或點狀孔隙.目的是為了保存足夠的潤滑油, 以改善摩擦條件,減少兩摩擦面的金屬接觸,提高耐磨性.3.應(yīng)用:廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機的氣缸、氣缸套、活塞環(huán)、活塞銷以及上述零件磨損后的修復等方面.鍍銅1.名稱: 鍍銅.2.特點:銅在空氣中不太穩(wěn)定,易于氧化,在加熱過程中尤甚.同時具有較高的正電位, 不能很好地防護其他金屬不受腐蝕, 但銅具有較高的導電性,銅鍍層緊密細致,與基體金屬結(jié)合牢固,有良好的拋

5、光性能等.銅比鐵的電位較高. 對鐵來說是陰極性鍍層.3.應(yīng)用:銅鍍層很少用作防護性鍍層.一般是用來提高其他材料的導電性,作其他電鍍的底層,防止?jié)B碳的保護層,在軸瓦上用來減少摩擦或作裝飾等. 鍍鎳1.名稱: 鍍鎳.2.特點:鎳在大氣和堿液中化學穩(wěn)定性好,不易變色,在溫度600以上時,才被氧化.在硫酸和鹽酸溶液中溶解很慢,但易溶于稀硝酸.在濃硝酸中易鈍化,因而具有好的耐腐蝕性能.鎳鍍層硬度高、易于拋光、有較高的光的反射性并可增加美觀.其缺點是具有多孔性, 為克服這一缺點,可采用多層金屬鍍層,而鎳為中間層.鎳對鐵為陰性鍍層,對銅為陽極性鍍層.3.應(yīng)用:通常為了防止腐蝕和增加美觀用,所以一般用于保護一

6、裝飾性鍍層上,銅制品上鍍鎳防腐較為理想.但由于鎳比較貴重,多用銅錫合金代替鍍鎳.鍍錫1.名稱: 鍍錫.2.特點:錫具有較高的化學穩(wěn)定性,在硫酸、硝酸、鹽酸的稀溶液中幾乎不溶解,在加熱的條件下,錫緩慢地溶于濃酸中.在濃、熱的溶液中溶解并生成錫酸鹽.硫化物對錫不起作用.錫在有機酸中也很穩(wěn)定,其化合物無毒.錫的焊接性很好.在一般條件下,錫鍍層對鐵屬于陰極性鍍層,對銅則屬于陽極性鍍層.3.應(yīng)用:廣泛用于食品工業(yè)的容器上和航空、航海及無線電器材的零件上. 還可以用來防止銅導線不受橡膠中硫的作用, 及作為非滲氮表面的保護層.鍍鉛1.名稱: 鍍鉛.2.特點:鉛在硫酸、二氧化硫及其它硫化物和硫酸鹽中不受腐蝕,

7、但在高溫(200)的濃硫酸中及濃鹽酸中則發(fā)生強烈的腐蝕,在稀鹽酸中反應(yīng)緩慢,在有機酸醋酸、乳酸、草酸中比較穩(wěn)定.3.應(yīng)用:在化學工業(yè)中應(yīng)用較多, 如加熱器、結(jié)晶器、真空蒸發(fā)器等內(nèi)壁鍍鉛.鍍銅錫合金1.名稱: 鍍銅錫合金.2.特點:電鍍銅錫合金是在零件上鍍銅錫合金后,不必鍍錫,而直接鍍鉻.對于鋼制零件用低錫青銅(含錫5-15%),對于銅及銅合金零件用高錫青銅 (含錫約38%以上).低錫青銅鍍層防腐能力良好,其物理、力學性能和工藝性能比中錫(含錫15-25%)及高錫青銅鍍層好.3.應(yīng)用:鎳是一種比較稀少而貴重的金屬, 目前在電鍍工業(yè)上廣泛采用電鍍銅錫合金來代替鍍鎳.真空鍍膜：一種產(chǎn)生薄膜材料的技術(shù)

8、。在真空室內(nèi)材料的原子從加熱源離析出來打到被鍍物體的表面上。此項技術(shù)用于生產(chǎn)激光唱片（光盤）上的鋁鍍膜和由掩膜在印刷電路板上鍍金屬膜。在真空中制備膜層，包括鍍制晶態(tài)的金屬、半導體、絕緣體等單質(zhì)或化合物膜。雖然化學汽相沉積也采用減壓、低壓或等離子體等真空手段，但一般真空鍍膜是指用物理的方法沉積薄膜。真空鍍膜有三種形式，即蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍。蒸發(fā)鍍膜 通過加熱蒸發(fā)某種物質(zhì)使其沉積在固體表面，稱為蒸發(fā)鍍膜。這種方法最早由M.法拉第于1857年提出，現(xiàn)代已成為常用鍍膜技術(shù)之一。蒸發(fā)鍍膜設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1。蒸發(fā)物質(zhì)如金屬、化合物等置于坩堝內(nèi)或掛在熱絲上作為蒸發(fā)源，待鍍工件，如金屬、陶瓷、塑料等基片置

9、于坩堝前方。待系統(tǒng)抽至高真空后，加熱坩堝使其中的物質(zhì)蒸發(fā)。蒸發(fā)物質(zhì)的原子或分子以冷凝方式沉積在基片表面。薄膜厚度可由數(shù)百埃至數(shù)微米。膜厚決定于蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率和時間（或決定于裝料量），并與源和基片的距離有關(guān)。對于大面積鍍膜，常采用旋轉(zhuǎn)基片或多蒸發(fā)源的方式以保證膜層厚度的均勻性。從蒸發(fā)源到基片的距離應(yīng)小于蒸氣分子在殘余氣體中的平均自由程，以免蒸氣分子與殘氣分子碰撞引起化學作用。蒸氣分子平均動能約為0.10.2電子伏。蒸發(fā)源有三種類型。電阻加熱源：用難熔金屬如鎢、鉭制成舟箔或絲狀,通以電流,加熱在它上方的或置于坩堝中的蒸發(fā)物質(zhì)（圖1蒸發(fā)鍍膜設(shè)備示意圖 ）電阻加熱源主要用于蒸發(fā)Cd、Pb、Ag、Al

10、、Cu、Cr、Au、Ni等材料。高頻感應(yīng)加熱源：用高頻感應(yīng)電流加熱坩堝和蒸發(fā)物質(zhì)。電子束加熱源：適用于蒸發(fā)溫度較高（不低于2000618-1）的材料，即用電子束轟擊材料使其蒸發(fā)。蒸發(fā)鍍膜與其他真空鍍膜方法相比，具有較高的沉積速率，可鍍制單質(zhì)和不易熱分解的化合物膜。為沉積高純單晶膜層，可采用分子束外延方法。生長摻雜的GaAlAs單晶層的分子束外延裝置如圖2 分子束外延裝置示意圖 。噴射爐中裝有分子束源，在超高真空下當它被加熱到一定溫度時，爐中元素以束狀分子流射向基片?；患訜岬揭欢囟?，沉積在基片上的分子可以徙動，按基片晶格次序生長結(jié)晶用分子束外延法可獲得所需化學計量比的高純化合物單晶膜，薄膜

11、最慢生長速度可控制在1單層秒。通過控制擋板,可精確地做出所需成分和結(jié)構(gòu)的單晶薄膜。分子束外延法廣泛用于制造各種光集成器件和各種超晶格結(jié)構(gòu)薄膜。濺射鍍膜 用高能粒子轟擊固體表面時能使固體表面的粒子獲得能量并逸出表面，沉積在基片上。濺射現(xiàn)象于1870年開始用于鍍膜技術(shù)，1930年以后由于提高了沉積速率而逐漸用于工業(yè)生產(chǎn)。常用的二極濺射設(shè)備如圖3 二 極濺射示意圖。通常將欲沉積的材料制成板材靶,固定在陰極上?；糜谡龑Π忻娴年枠O上,距靶幾厘米。系統(tǒng)抽至高真空后充入 101帕的氣體（通常為氬氣），在陰極和陽極間加幾千伏電壓，兩極間即產(chǎn)生輝光放電。放電產(chǎn)生的正離子在電場作用下飛向陰極，與靶表面原子碰撞

12、，受碰撞從靶面逸出的靶原子稱為濺射原子,其能量在1至幾十電子伏范圍。濺射原子在基片表面沉積成膜。與蒸發(fā)鍍膜不同，濺射鍍膜不受膜材熔點的限制,可濺射W、Ta、C、Mo、WC、TiC等難熔物質(zhì)。濺射化合物膜可用反應(yīng)濺射法，即將反應(yīng)氣體 (O、N、HS、CH等)加入Ar氣中,反應(yīng)氣體及其離子與靶原子或濺射原子發(fā)生反應(yīng)生成化合物（如氧化物、氮化物等）而沉積在基片上。沉積絕緣膜可采用高頻濺射法?；b在接地的電極上，絕緣靶裝在對面的電極上。高頻電源一端接地，一端通過匹配網(wǎng)絡(luò)和隔直流電容接到裝有絕緣靶的電極上。接通高頻電源后，高頻電壓不斷改變極性。等離子體中的電子和正離子在電壓的正半周和負半周分別打到絕緣

13、靶上。由于電子遷移率高于正離子，絕緣靶表面帶負電，在達到動態(tài)平衡時，靶處于負的偏置電位，從而使正離子對靶的濺射持續(xù)進行。采用磁控濺射可使沉積速率比非磁控濺射提高近一個數(shù)量級。 離子鍍 蒸發(fā)物質(zhì)的分子被電子碰撞電離后以離子沉積在固體表面，稱為離子鍍。這種技術(shù)是D.麥托克斯于1963年提出的。離子鍍是真空蒸發(fā)與陰極濺射技術(shù)的結(jié)合。一種離子鍍系統(tǒng)如圖4離子鍍系統(tǒng)示意圖,將基片臺作為陰極，外殼作陽極，充入惰性氣體（如氬）以產(chǎn)生輝光放電。從蒸發(fā)源蒸發(fā)的分子通過等離子區(qū)時發(fā)生電離。正離子被基片臺負電壓加速打到基片表面。未電離的中性原子（約占蒸發(fā)料的95）也沉積在基片或真空室壁表面。電場對離化的蒸氣分子的加

14、速作用（離子能量約幾百幾千電子伏）和氬離子對基片的濺射清洗作用，使膜層附著強度大大提高。離子鍍工藝綜合了蒸發(fā)（高沉積速率）與濺射（良好的膜層附著力）工藝的特點，并有很好的繞射性，可為形狀復雜的工件鍍膜。濺射（sputtering）是PVD薄膜制備技術(shù)的一種，主要分為四大類：直流濺射、交流濺射、反應(yīng)濺射和磁控濺射。原理：用帶電粒子轟擊靶材，加速的離子轟擊固體表面時，發(fā)生表面原子碰撞并發(fā)生能量和動量的轉(zhuǎn)移，使靶材原子從表面逸出并淀積在襯底材料上的過程。以荷能粒子(常用氣體正離子)轟擊某種材料的靶面，而使靶材表面的原子或分子從中逸出的現(xiàn)象。磁控濺射原理：電子在電場的作用下加速飛向基片的過程中與氬原子

15、發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向基片。氬離子在電場的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉積在基片上成膜。二次電子在加速飛向基片的過程中受到磁場洛侖磁力的影響，被束縛在靠近靶面的等離子體區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域內(nèi)等離子體密度很高，二次電子在磁場的作用下圍繞靶面作圓周運動，該電子的運動路徑很長，在運動過程中不斷的與氬原子發(fā)生碰撞電離出大量的氬離子轟擊靶材，經(jīng)過多次碰撞后電子的能量逐漸降低，擺脫磁力線的束縛，遠離靶材，最終沉積在基片上。化學氣相沉積(CVD)是半導體工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術(shù)，包括大范圍的絕緣材料，大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。從理論

16、上來說，它是很簡單的：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導入到一個反應(yīng)室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學反應(yīng)，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。CVD技術(shù)常常通過反應(yīng)類型或者壓力來分類，包括低壓CVD(LPCVD)，常壓CVD(APCVD)，亞常壓CVD(SACVD)，超高真空CVD(UHCVD)，等離子體增強CVD(PECVD)，高密度等離子體CVD(HDPCVD)以及快熱CVD(RTCVD)。然后，還有金屬有機物CVD(MOCVD)，根據(jù)金屬源的自特性來保證它的分類，這些金屬的典型狀態(tài)是液態(tài)，在導入容器之前必須先將它氣化。不過，容易引起混淆的是，有些人會把MOCVD認為是有機金屬CVD(OMCVD)

17、。電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程。電鍍時，鍍層金屬做陽極，被氧化成陽離子進入電鍍液；待鍍的金屬制品做陰極，鍍層金屬的陽離子在金屬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.電鍍能增強金屬的抗腐蝕性(鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬)、增加硬度、防止磨耗、提高導電性、潤滑性、耐熱性、和表面美觀。化學鍍原理化學浸鍍（簡稱化學鍍）技術(shù)的原理是：化學鍍是一種不需要通電，依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，利用強還原劑在含有金屬離子的溶液中，將金屬離子還原成金屬而沉積在各種材料表面形成致密鍍層的方法。一、熱噴涂介紹1、熱噴涂是一種表面強化技術(shù),是表面工程技術(shù)的重要組成部分，一直是我國重點推廣的新技術(shù)項目.它是利用某種熱源（如電弧、等離子噴涂或燃燒火焰等）將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，然后借助焰留本身或壓縮空氣以一定速度噴射到預處理過的基體表面，沉積而形成具有