第一节 概述 材料的种类很多，它们的组成、结构、性质及表面状态更是千差万别。由于不同产品对于其表面处理的效果和功能的要求不同，因此，材料表面处理所涉及的技术问题、工艺问题等也是十分广泛的，并与多种学科相关。本章仅从工业设计的特点出发，介绍几种表面处理工艺。 一、表面处理的功效 造型材料的种类很多，其中金属材料、木质材料和塑料则是最为常用的基本设计材料。从工业设计的特点出发，金属材料的强度高，加工性能较好，其加工表面具有金属光泽，表面较平滑；木材质轻，较易加工，其表面具有天然的木质纹理；塑料的来源丰富，品种很多，成型较方便，且价廉，质轻，透明性和着性较好，是一种新颖的优良材料。这些材料，以及用它们制造成的产品，若不给以一定的表面处理，则在各种使用环境下，材料或制件的表面会受到空气、水分、日光、盐雾、霉菌和其他腐蚀性介质等的侵蚀，由于腐蚀、腐朽和老化作用，会引起材料或制件失光、变、粉化及开裂等，从而出现破坏的后果。表面处理的功效就在于一方面保护产品，即保护材质本身赋予产品表面的光泽、彩和肌理等而呈现出的外观美，并提高产品的耐用性，确保产品的安全性，由此有效地利用了材料资源；另一方面是根据设计的意图，给产品表面附加上更丰富的彩、光泽和肌理等变化，使产品表面更有节奏感。此外，随着表面处理技术的发展，还可实现提高材料表面的硬度，并可赋予材料表面导电、憎水和润滑等特殊功效。 二、表面处理和加饰 从工业设计出发，表面处理的目的首先是美化产品的外观，也即按产品设计的要求调整其表面的彩、亮度和肌理等。因此，材料本身具有的外观不符合设计要求时，必须采用适当的表面处理方法进行调整，以达到满足产品设计的要求。 三、表面加工 使金属材料加工成平滑、光亮、美观和具有凹凸模样的表面状态的过程称为表面加工，也即使金属材料表面恢复其本身具有的泽、亮度和表面肌理特征而进行的处理，表面加工作为电镀和涂装的前处理也是重要的。 1．切削 切削是利用刀具对金属表面层进行加工的方法与铸造、锻造、压力加工等相比较，虽有切屑产生和材料废弃，但一般可迅速加工出高精度表面的产品。 2．研磨 研磨是把金属表面加工成平滑面、有光面、镜面为目的，有时也把研磨作为表面末道加工和电镀或涂装的前处理。研磨的方式有通过坚硬微细的研磨料进行的机械研磨，有通过电解金属表面溶解而进行的电解研磨，以及通过试剂作用引起金属化学溶解而进行的化学研磨。 (1)机械研磨。研磨一般金属表面常用的磨料有Al2O3系列磨料、SiC系列磨料和Cr2O3系列磨料等。它们的使用形态有研磨粒、油脂性研磨料、研磨布、研磨带、研磨纸、砂轮及液体研磨料等，可根据研磨的对象和目的选择使用。 在表面精密加工中，有滚筒研磨和抛光研磨等方法，其中使用简便的抛光研磨与其他机械加工方法不同，它能迅速地加工出具有不涉及尺寸精度的平滑的或具有镜面光泽的表面，是一种高效率的研磨方法。 (2)电解研磨和化学研磨。电解研磨和化学研磨有两方面作用：一是使金属表面溶解，另一是使金属表面的凸部选择性溶解而使表面平滑。电解研磨基于以电解作用使金属表面溶解，化学研磨则基于以强溶剂引起的直接的化学性溶解。由于这两种研磨方法能获得独特调和光泽的加工面，所以在日用品、照明类器具以及机械零部件的表面加工中得到了广泛应用。 3．蚀刻 蚀刻是利用化学药品的作用使被加工金属表面的特定部位浸蚀溶解而形成凹凸模样的一种加工方法。在蚀刻过程中，首先将整个金属表面用耐药性的膜(隔离膜或掩蔽膜)覆盖，而把表面上要求凹下去部位的膜用机械的或化学的方法除去，使这部分的金属表面裸露。然后将药液倒入其中，使裸露部分的金属溶解而形成凹部。最后，将剩下的盖膜用其他药液除去，这部分表面就成为凸部。这样，在金属表面就描绘出所设计的凹凸模样。 17世纪发明并普及的铜版画，就是将铜板全面涂蜡，然后用针尖在蜡膜上描绘肖像或风景画，并置铜板于硝酸液中浸蚀，使被描绘的图像成为凹陷的部分，这一过程即是蚀刻的凹版制版工艺过程。对于这种技法，后又经过对掩蔽膜、蚀刻药液及描绘方式等的改进，在形成掩蔽膜方面发明了利用照相冲洗的照相制版法，并有效地利用此法得到表现复杂而调微妙的特征部分，此即把蚀刻工艺用到了有价证券原版的制版等方面。 双n 由于照相制版可进行精细的加工，因此从印刷工业中的照相版、图线版及多版的制版开始，以致发展到金属过滤器、集成线路块、彩电显像管、铭牌及印刷线路板等的制作方面，这种蚀刻工艺都得到了广泛的应用。 四、表面层改质处理 表面层的改质处理是有目的地改变金属表面所具有的彩、肌理及硬度等性质，这实际上是使金属表面通过化学的或电化学的反应而转变成金属氧化物或无机盐覆盖膜的过程，由此来提高基体金属的耐蚀性、耐磨性及着性能等。表面层改质处理的方法主要有化学处理、阳极氧化处理和金属着处理等，这些处理有时也可作为电镀和涂装等工艺的前处理。 1．化学处理 化学处理是通过氧或碱液的作用使金属表面形成氧化物或无机盐覆盖膜的过程。进行化学处理后，要求形成的覆盖膜对基体金属具有耐蚀保护性、耐磨性，并对基体金属有良好的附着能力，即不会从基体金属上剥离。化学处理也可用于金属表面的着上，如铁器的发蓝过程就是使其表面形成Fe2O3的覆盖膜，从而起到防蚀作用。 化学处理的应用实例很多，如对铁制品、钢制品通过磷酸或磷酸盐的处理，使其表面形成磷酸铁结晶的覆盖膜，即铁器的发蓝；不锈钢制品用酸处理使其表面钝化，以及对铜和铝制品的化学处理等。 2．阳极氧化处理 阳极氧化处理是使金属制件在阳极的电解作用下，在其表面形成氧化膜而使金属钝化的过程。这种工艺中以铝制品的阳极氧化应用最多，处理后生成的覆盖膜为阳极氧化铝成分。铝制品虽可不经处理而直接使用，但为使铝制品具有更高的耐蚀性和更好的装饰性，并能长久保持其优美的外观，阳极氧化处理是最为有效的方法。氧化膜具有多孔性，此孔有似于角柱体形的厚壁圆筒管子，它们相互密集排列在制件的表面上，因此可用特殊的电解液使氧化膜着，使其成为有的皮膜，也可在阳极氧化处理后使染料或其他金属附着(电沉积作用)在氧化膜的孔管内，然后对这些孔管给以封闭处理，而使制件表面的氧化膜变成不易褪的有一定硬度的着表面。 五、表面被覆处理 表面被覆处理层是一种皮膜，如涂层或镀层覆盖制品表面的处理过程，这也是一种重要的表面处理方法。依据于被覆材料和被覆处理方式的不同，表面被覆处理有镀层被覆(电镀、熔射镀、蒸发沉积镀和气相镀等)，有以涂装为主体的有机涂层被覆，还有以陶瓷为主体的搪瓷和景泰蓝等被覆。表面被覆处理依据于被覆层的透明程度可分为透明表面被覆和不透明表面被覆。透明被覆是为了充分利用并保护基体材料自身表面所具有的彩和辉度而用透明皮膜进行的被覆处理，不透明被覆是为了使基体材料转变成具有所要求的性质、彩、亮度和肌理的表面而用不透明皮膜进行的被覆处理。无论制品表面采用何种被覆处理，其目的均在于保护和美化制品表面，有时还可赋予制品表面一些特殊的功效。 1．镀层被覆 镀层被覆能在制品表面形成具有金属特性的镀层，这是一种较典型的表面被覆处理工艺。镀层被覆不仅可以提高制品的耐蚀性和耐磨性，并能调整制品表面的彩感、平滑感、光泽感和肌理感，因此能保护和美化制品。由于有优异的镀层，常常可由此提高制品的品位或档次。 镀层被覆处理时的基体主要是金属材料，随着塑料和镀层被覆处理技术的发展，塑料制品的镀层被覆正在得到日益广泛的应用。 按镀层的表面状态可分成镜面镀层和粗面镀层(梨皮面、锻光面、不整粗面或基材表面的原状)两类，或分为有光镀层、半光镀层和无光镀层。镀层被覆处理的缺点是镀层的彩单调，并对制品的大小和形状有所限制。镀层被覆的金属有Cu、Ni、Cr、Fe、Zn、Sn、Al、Pb、Au、Ag、Pt及它们的合金。 镀层被覆的方法有电镀、化学镀、熔射镀、真空蒸发沉积镀、气相镀等，还有特殊方法——刷镀法和摩擦镀银法。随着制品的多样化和对镀层功能性的要求，发展了合金镀、多层镀和复合镀及功能镀等方法。 2．涂层被覆 在制品表面形成以有机物为主体的涂层，即涂层被覆，这是一种简单而又经济可行的表面处理方法，在工业上通常称为涂装。涂层被覆的目的有三方面，一是防止制品表面受腐蚀、受划伤、受脏污，即提高制品的耐久性；二是将制品基体的表面转变成涂层所具有的彩、光泽和肌理，使制品外观在视觉感受上成为一种美观悦目的制品；三是赋予制品隔热、绝缘、耐水、耐药品和耐腐蚀等性能，根据需要还可赋予制品隔音、导电、防霉和防虫等特殊功能，特别是通过涂层被覆与其他表面处理相叠加的多重处理，可得到能耐相当苛刻使用环境条件的重防蚀涂层。 涂层被覆所用的材料是各种涂料，它们由主要成膜物质、颜料和稀料等混合加工而成。主要成膜物质是涂料中的主要组分，大多数为各种合成树脂，其主要作用是使颜料分散，并使涂料附着于被覆盖物的表面上。由于有机溶剂涂料在使用时对环境有污染，又为了节省资源，现代涂料已由有机溶剂型向水性涂料、粉体涂料、固体组分涂料和反应性涂料转化，并正在向不用有机溶剂的涂料过渡。 涂层被覆工程，即涂装工程，包括涂装前处理、涂敷涂料及涂层干燥等工序。由于涂层的厚度较薄，因使用状况和使用环境的差异，制件上的涂层会随着时间的推移而出现劣化、侵蚀和磨损等，因此在实施正确的涂装工艺时，对于涂装工程中的管理问题也十分重要。 3．搪瓷和景泰蓝 公元前3世纪在埃及已有了在铜器表面搪瓷的技术，此后作为工艺技术被人们继承下来，进而制造出了称为景泰蓝的工艺美术品，这类美术品很受世人的器重。这种技术应用在工业制品上则被称为搪瓷。搪瓷和景泰蓝是用玻璃质材料在金属表面进行被覆所形成的一种被覆层，它是通过将混入颜料的玻璃质釉药施涂于金属表面，然后在800℃左右进行短时间烧制而成的。 被覆搪瓷和景泰蓝的基体金属有铁、铜、铝和不锈钢等，而作为工艺美术品的景泰蓝制品也有用金和银的。通过搪瓷的制品具有坚固性和耐蚀性，并有优美的装饰性、表面光泽和肌理，但在受到交变性、急剧温度变化和冲击等作用时，被覆层容易剥落。这一缺点主要来自基体金属和玻璃质釉料的膨胀率不同和附着力大小的影响，因此可用多层搪瓷的处理方法控制膨胀率的差异程度和附着力的大小，以此改进搪瓷制品的质量。搪瓷制品现今已广泛用做厨房用品、医疗用容器、浴槽、化工装置和装饰品等。 第二节 前处理 在对材料或制品进行表面处理之前，应有前处理或预处理工序，以使材料或制品的表面达到可以给以表面处理的状态。前处理的质量好坏是能否获得优质表面处理效果的重要环节。实践证明，经过表面处理获得的镀层、涂层或化学处理膜，有时会出现防蚀性差、结合力低、耐用寿命短、表面不平滑光亮、起泡或剥落等现象，这常常是由于前处理不当而造成的后果。因此，在表面处理前，必须有保证质量的前处理工序。从通用材料或一般制品使用的材质来看，前处理可分为金属表面的前处理、塑料表面的前处理和木材表面的前处理等。 一、金属制品的表面前处理 金属制品的材料品种繁多，它们的原始表面状态各不相同，而且不同的表面处理对其前处理的要求也不一样，因此金属制品表面的前处理工艺和方法很多。其中主要包括有金属表面的机械处理、化学处理和电化学处理等。由于机械处理方法在概述中已有介绍，因此本节仅讨论黑金属的一般化学处理和电化学处理，以及铝和铝合金制品的化学处理等。化学处理的作用主要是清理制品表面的油污、锈蚀及氧化皮等。其中包括制品在有机溶剂和无机试剂中的除油，在适当的化学试剂中的化学强浸蚀和化学弱浸蚀。电化学处理则主要用以强化学除油和浸蚀的过程，有时也可用于弱浸蚀时活化金属制品的表面状态。 1．黑金属制品的除油 由于金属制品在机械加工和中间过程防锈的需要，一般其表面上都黏附或涂有各种压延油、切削油、抛光膏和防锈油等油脂性物质，在进行各种表面处理之前，应将这些油污清洗干净，以免影响表面处理的效果。 油污按其性质可分为皂化油和非皂化油两类。皂化油是来源于动植物的油脂，能与碱液起化学反应生成皂，非皂化油是不与碱液起化学反应的矿物油脂，如凡士林、润滑油和石蜡等。两类油脂都不溶解于水，因此无法直接用水把它们清洗干净，一般是采用有机溶剂处理、碱液处理或电化学处理的方法除油或脱脂。 (1)有机溶剂除油。使用有机溶剂除油可同时除去皂化油和非皂化油。对于溶剂要求其溶解力强，不易燃易爆，毒性小，挥发较慢，且价格低廉。实际上使用的有机溶剂很难全面满足上述要求。生产中常用的有机溶剂有汽油、溶剂汽油、松节油、甲苯、二甲苯、二氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等。其中应用较广的是氯化烃，它的优点是溶解力强，不易燃易爆，缺点是有毒，成本高，在有水存在下能分解出氯化氢，有腐蚀作用，在使用时要注意防潮防湿。 用有机溶剂除油，最简单的方法是用棉纱蘸有机溶剂对金属表面进行擦洗(适用于大型工件)。也可将制品浸入盛有有机溶剂的槽中，通过浸渍来除油，这种方法可在专用的脱脂机中进行。在脱脂机内放有若干个槽子，分别都装有有机溶剂，用机械传送的方式，使工件依次浸入其中脱脂。 在脱脂机中脱脂，溶剂多用三氯乙烯，因为它在低温时具有很强的脱脂能力，并且能随温度的升高使脱脂能力剧增。另外，由于它的沸点低，已含有大量油污的三氯乙烯可通过分馏提纯后重新被利用，使脱脂处理的成本降低。石油溶剂中最常用的是200号溶剂汽油，一般用浸洗或擦洗的方法脱脂。使用有机溶剂脱脂，在溶剂挥发后，制品表面往往还留有一薄层油膜，所以还要把工件浸入碱液中作补充处理。 用有机溶剂除油的优点是效率高。在使用脱脂机的情况下，溶剂消耗少，因而成本并不高。若不使用脱脂机，则溶剂消耗大，成本增加，且易燃并有毒。由于有机溶剂除油有这些缺点，在不使用脱脂机的情况下，应尽量不用有机溶剂的方法除油。 (2)碱液除油。碱液除油是由碱液的皂化和乳化作用来完成的，皂化可除去制品表面的动植物油，乳化可除去制品表面的矿物油。由于碱液本身的乳化作用较弱，乳化除油的时间较长，因经常在碱液中加入各种乳化剂，如肥皂、水玻璃、OP乳化剂等，用以提高乳化除油的效率。当碱液除油的配方和工艺条件选择适当时，皂化油和非皂化油都可顺利地从制品表面清洗干净。碱液除油时碱的浓度不宜偏高，因为浓度偏高，会使肥皂的溶解度和乳液的稳定性下降，一般用5%10%的苛性钠溶液较适宜。碱液除油的配方包括以下组分：氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、水玻璃和肥皂等，其中氢氧化钠起皂化作用，碳酸钠和磷酸三钠维持溶液一定的碱度，水玻璃和肥皂主要起乳化作用。 鉴别金属表面油污除净与否，可视表面被水润湿的情况而定。当金属表面油污被除净时，则有一层连续的水膜存在，否则水将聚集成滴状。目前金属表面前处理除油工艺中，普遍使用的方法是碱性溶液化学除油。生产实践证明，采用这种除油方法是合理的，虽然应用这一除油工艺，在时间上要比用有机溶剂除油长一些，但无毒和不易燃却是它的一大优点，其所用的生产设备较简单，且经济。 (3)电化学除油。电化学除油是将制品放在碱性溶液中作为阴极或阳极而进行电解除油。一般采用的方法是阴极除油 或先在阴极上除油，尔后再在阳极上除油。所用除油的碱液含有氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠及硅酸钠等组分。 电化学除油的第二电极最好用镀镍钢板或镍板。在阴极除油时，如用铁板作阳极，铁会出现溶解而脏污溶液，并在阴极上产生沉积物。 电化学除油的原理是：阴极上析出的氢气或阳极上析出的氧气，对金属表面的溶液产生搅动作用，促进油污脱离金属表面，同时金属表面的溶液不断更新，加速了皂化和乳化作用。电极上析出的气体，把附着于表面的油膜薄层破坏。小气泡从油滴附近的电极上脱离而滞留于油滴的表面上，并停留在油与溶液的界面上。由于新的气泡不断析出，小气泡逐渐变大，使油滴在气泡的影响下脱离金属表面，而被气泡带到溶液表面上来。因此电化学除油比碱液除油的效果要好。电化学除油时，提高溶液的温度和提高电流密度都能提高除油的效果。 阴极除油的缺点是阴极上析出的氢气会渗到金属内部而引起金属变脆。因此，对于硬质高碳钢制件，如弹簧、弹性薄片等，可利用阳极除油，但阳极除油速度比阴极除油慢。这是因为： ①阳极附近的碱度较低，减弱了皂化作用； ②阳极上析出的氧气较少； ③由于氧气泡较大，滞留于液滴表面上的能力小，对油滴的作用弱于氢气泡的作用。根据阳极除油和阴极除油的特点，在生产上可采用先在阴极上除油，然后再在阳极上除油。在这种情况下，渗入表面的氢几乎在很短的时间内就能完全除去而恢复制品的弹性。 2．黑金属制品的浸蚀 钢铁制品与大气长期接触或进行热处理时，其表面会覆盖上一层锈蚀物或黑氧化皮，其化学组成是各种铁的氧化物。在进行各种表面处理时，必须预先除去这些氧化物。其方法有手工除锈、机械除锈和喷砂除锈等，而最通用的方法是采用各种酸类试剂处理来除锈。这种处理的实质是通过酸类对锈蚀物的溶解作用，以及在处理过程中酸类与金属基体反应产生的氢气对锈蚀物的机械剥离作用而从金属表面将锈蚀物清洗干净。用酸类清除表面大量氧化物的过程称为强浸蚀，或称为酸洗，清除表面上肉眼不易觉察的薄氧化膜的过程称为弱浸蚀。有时在浸蚀过程中也通以电流，则称为电化学浸蚀，电化学浸蚀既用于强浸蚀，也用于弱浸蚀，弱浸蚀一般是在强浸蚀后进入电镀槽之前进行的，该工序之后就不允许金属制品在大气中停留太久，特别是金属制品表面不应处于干燥状态。为保证浸蚀过程顺利进行，在浸蚀之前须先行除油，否则酸与金属氧化物不能充分接触，会使化学溶解反应受到抑制。 (1)化学强浸蚀。在黑金属强浸蚀中，常用的酸有硫酸、盐酸，或两者按一定比例混合的“混酸”。根据钢铁制品表面氧化物的组成和结构，当金属制品表面只带有疏松的锈蚀物时(其中主要是Fe2O3)，可单独用盐酸来浸蚀，因为盐酸对制品的浸蚀速度快，基体溶解少，渗氢程度也小些，当金属制品表面为紧密的氧化皮时，使用硫酸浸蚀比单独用盐酸时的酸耗量要小些，成本也低，这是因为硫酸浸蚀时的机械剥离作用要比盐酸的强，当金属表面的锈和氧化皮含高价铁的氧化物多时，可采用混合酸进行浸蚀，这样既可发挥氢对氧化皮的撕裂作用，又可加速Fe2O3和Fe3O4的化学溶解，加速洗净表面锈蚀物。影响强化学浸蚀效果的因素很多，其中主要是浓度、浸蚀温度等对于清洗效果的影响。 实践证明对应于最大浸蚀速度有一个最适宜的硫酸浓度，此值约为25％(重量)。为了减少铁基体的损失，生产中一般使用的浓度为20％。就盐酸而言，虽然随着浓度增高浸蚀速度一直增加，但实验结果表明，当盐酸的浓度在20％以上时，基体的溶解速度比氧化物的溶解速度的增加要快得多，因此生产中很少使用浓盐酸。为了避免盐酸挥发损失，减少氯化氢毒气的析出量，盐酸浓度应控制在15％以下。当使用混酸时，多采用含10％H2SO4和10％HCl的混合液，这个比例可根据情况适当调整。温度对化学浸蚀速度也有较大影响，温度升高，浸蚀速度大幅度增加。为了减少基体金属的损耗，防止酸雾的逸出，并延长设备的使用寿命，一般都不采用高温浸蚀。当采用硫酸浸蚀时，温度最高不超过60℃。当采用盐酸或混酸浸蚀时，温度一般不超过40℃。 在10%20％的上述酸液中进行浸蚀，随着使用时间的延长，浸蚀溶液的效力将逐渐降低。这是由于酸液中酸的浓度减小和溶解了的铁的浓度增高的缘故。当溶液中剩余酸的浓度为3%5％以及铁的含量达90g/L时，浸蚀液应予以更换。 为了减轻浸蚀过程中基体金属的溶解，确保金属制品的几何尺寸和减少渗氢现象，在浸蚀液中应加入缓蚀剂。如在硫酸溶液中加入磷二甲苯硫脲和在盐酸溶液中加入乌洛托品，其缓蚀效果都不错。 破碎轨迹 (2)电化学强浸蚀。黑金属的电化学强浸蚀是借助于直流电进行的。金属制品可以在阳极上处理，也可以在阴极上处理。清除锈蚀物的处理效果，主要视金属表面上锈蚀物的组织和种类而定。对具有厚而平整的致密氧化皮的工件，直接用电化学强浸蚀，其效果是不理想的，最好先经过硫酸溶液化学强浸蚀，待氧化皮疏松之后再进行电化学处理。当氧化物是多孔且疏松时，电化学浸蚀的效率是很高的。其优点是浸蚀速度快，酸液消耗少，且制件使用寿命长，其缺点是耗费电能。 目前在大量生产中多采用阳极浸蚀。对于形状较复杂而几何尺寸要求严格的制件，为了防止阳极浸蚀容易出现的过浸蚀缺陷，则可采用联合电化学浸蚀，即先用阴极进行浸蚀，而后转为阳极浸蚀。阳极浸蚀可除去阴极浸蚀附着于制件表面的污物。这种联合工艺的另一优点是可以减轻渗氢现象。黑金属阳极浸蚀时，常用的电解液是15%20％H2SO4溶液，阳极电流密度为510A/dm2，操作多在室温下进行。 (3)弱浸蚀。弱浸蚀是金属制品进行电镀前的最后一道预处理工序。其目的是除去制品表面上极薄的一层氧化膜，使表面呈现出金属的晶体组织，其实质是金属表面活化的过程。这个常被人们忽视的操作工序，对基体金属与镀层间的良好结合起着极为重要的作用。通常在金属制品经过弱浸蚀后，应立即予以清洗，并转入镀槽中电镀。所以电镀总是在经过除油和弱浸蚀后才进行的。弱浸蚀处理的特点是浸蚀介质的浓度低，处理时间短，并多在室温下进行。对于黑金属的弱浸蚀，可用化学法，也可用电化学法。采用化学法时，多使用含3%5％H2SO4或HCl的稀溶液，浸蚀0.51分钟。采用电化学法弱浸蚀时，多用阳极处理，使用1%3％稀硫酸溶液，阳极电流密度为510A/dm2。 3．铝及铝合金制品的除油 铝是两性金属，既能溶于酸，也能溶于碱。它在强碱性溶液中，会遭到剧烈浸蚀而生成铝酸盐；因此对这类金属制品的除油，不采用强碱性溶液。通常根据其表面黏附油污的程度，可采用不同的除油工艺。若表面油污严重，应先选用有机溶剂除油，然后再用碱性盐溶液化学除油。若表面油污较少时，可直接选用含少量苛性碱的除油液，或用碱性盐溶液处理。 有机溶剂除油常用三氯乙烯或三氯乙烯与四氯乙烯的混合有机溶剂。如无这种高效能有机溶剂，且制品表面又黏附大量油污时，也可采用乳化除油法。这种方法是把除油能力低的有机溶剂，如煤油、二甲苯等与乳化剂，以及如弱碱性肥皂或三乙醇胺与油酸等形成的皂类进行必要的组合，使油污在有机溶剂溶解和乳化的双重作用下被清洗。 4．铝及其铝合金制品的浸蚀 轻金属制品的浸蚀可以用酸液，也可以用碱液。在碱溶液中浸蚀的工艺是广泛采用的方法，此法浸蚀速度较快，在表面油污较少时，甚至可以不经过除油而直接进行碱液浸蚀。 浸蚀一般在50℃80℃下于10%20%的苛性钠溶液中进行，浸蚀时间约为两分钟，其作用是由于氢的强烈析出而促使非溶性污物离开金属表面。 5．黑金属制品的磷化 黑金属表面通过化学反应生成一层非金属的、不导电的、多孔的磷酸盐膜的处理过程称为磷化或磷化处理，形成的磷酸盐膜称为转化膜。磷化处理广泛用于金属加工成形以及防锈封存等工序中，其中作为涂层被覆表面处理的基底或前处理应用最为普遍。磷化膜具有多孔性，涂料可渗入到这些孔隙中，因而能显著地提高涂层的附着力。此外，磷化膜又能使金属表面由优良导体转变为不良导体，从而抑制了金属表面微电池的形成，有效地阻碍了金属的腐蚀，可成倍地提高涂层的耐蚀性和耐水性，所以磷化膜已被公认为涂层被覆最好的基底。对薄板金属制品的涂层被覆要求在被覆前100%地进行磷化处理。 按形成磷化处理剂的组成可分为，以铁盐为主的磷化处理，以锌盐为主的磷化处理及以锰盐为主的磷化处理。作为涂层被覆表面处理的前处理，最广泛应用的是用锌盐为主的磷化处理，这种处理速度快，形成的磷化膜厚度适当(13μm)，是涂层被覆的良好基底。锌盐磷化处理剂的主要组分是磷酸二氢锌(可用氧化锌与磷酸配制)、氧化剂(常用硝酸盐)、催化剂(常用亚硝酸钠、氯酸钠和过氧化氢等强氧化剂)和一些添加剂(如三聚磷酸钠、氟化钠等)。以下列举两种磷化液的配方及工艺规范供参考。 配方一 氧化锌 工业用 纯度98％以上 25g 磷酸 工业用 含量83％ 23ml 硝酸 工业用 含量65％ 45ml 碳酸钠 工业用 16g 自来水 70ml 此配方所制得的浓磷化液，总酸度接近500点，总酸度与游离酸度之比为7∶110∶1。将此浓磷化液稀释至磷化工艺所规定的总酸度(喷射法采用1216点)，另外补充添加亚硝酸钠0.20.3g/L，在60℃65℃下喷射处理l1.5分钟，即可在除油和酸洗后的洁净的钢铁表面上获得结晶细致的磷化膜，磷化膜重量为2.02.5g/m2。 配方二 磷酸二氢锌 工业用 10g/L 硝酸钠 工业用 7g/L nfs5硝酸锌 工业用 7g/L 磷化处理时应添加亚硝酸钠0.3g/L及三聚磷酸钠0.1g/L。这种磷化液的总酸度为1012点，总酸度与游离酸之比为10∶115∶1，磷化温度为60℃±5℃，喷射磷化处理需23分钟，磷化膜重量为2.02.5g/m2，适用于钢铁表面的喷射磷化处理。 上述有机溶剂除油、碱液除油、电化学除油、化学强浸蚀中，电化学强浸蚀和弱浸蚀属于镀层被覆表面处理的前处理，碱液除油、化学强浸蚀和磷化处理属于涂层被覆表面处理的前处理，铝及铝合金的除油和浸蚀属于表面改质处理的前处理。 二、塑料制品的表面前处理 塑料制品的表面处理主要包括涂层被覆处理和镀层被覆处理。一般塑料的结晶度较大，极性较小或无极性，表面能低，这会影响涂层被覆的附着力。由于塑料是一种不导电的绝缘体，因此不能按一股电镀工艺规范直接在塑料表面进行镀层被覆，所以在表面处理之前，应进行必要的前处理，以提高涂层被覆的结合力和为镀层被覆提供具有良好结合力的导电底层。 1．涂层被覆的前处理 前处理包括塑料表面的除油处理，即清洗表面的油污和脱模剂，以及塑料表面的活化处理，目的是提高涂层被覆的附着力。 (1)塑料制品的除油。与金属制品表面除油类似，塑料制品除油可用有机溶剂清洗或用含表面活性剂的碱性水溶液除油。有机溶剂除油适用于从塑料表面清洗石蜡、蜂蜡、脂肪和其他有机性污垢，所用的有机溶剂应对塑料不溶解、不溶胀、不龟裂，其本身沸点低，易挥发，无毒且不燃。 碱性水溶液适用于耐碱塑料的除油。该溶液中含有苛性钠、碱性盐以及各种表面活性物质。最常用的表面活性物质为OP系列，即烷基苯酚聚氧乙烯醚，它不会形成泡沫，也不残留在塑料表面上。 (2)塑料制品表面的活化。这种活化是为了提高塑料的表面能，也即在塑料表面生成一些极性基或加以粗化，以使涂料更易润湿和吸附于制件表面。表面活化处理的方法很多，如化学品氧化法、火焰氧化法、溶剂蒸气浸蚀法和电晕放电氧化法等。其中最广泛使用的是化学晶氧化处理法，此法常用的是铬酸处理液，其典型配方为重铬酸钾4.5%，水8.0％，浓硫酸(96％以上)87.5%。 有的塑料制品，如聚苯乙烯及ABS塑料等，未进行化学品氧化处理时也可直接进行涂层被覆。为了获得高质量的涂层被覆，也有用化学品氧化处理的，如ABS塑料在脱脂后，可采用较稀的铬酸处理液浸蚀，其典型的处理配方为铬酸420g／L，硫酸（比重1.83）200ml/L。典型的处理工艺为65℃70℃/5min10min，水洗净，干燥。 用铬酸处理液浸蚀的优点是无论塑料制品的形状多复杂，都能处理均匀，其缺点是操作有危险，并有污染问题。 2．镀层被覆的前处理 镀层被覆前处理的目的是提高镀层与塑料表面的附着力和使塑料表面形成导电的金属底层。前处理的工序主要包括有：机械粗化、化学除油、化学粗化、敏化处理、活化处理、还原处理和化学镀。其中前三项是为了提高镀层的附着力，后四项是为了形成导电的金属底层。 (1)机械粗化和化学粗化。机械粗化和化学粗化处理是分别用机械的方法和化学的方法使塑料表面变粗，以增加镀层与基体的接触面积。一般认为，机械粗化所能达到的结合力仅为化学粗化的10％左右。 (2)化学除油。塑料表面镀层被覆前处理除油的方法与涂层被覆前处理除油方法相同。 (3)敏化。敏化是使具有一定吸附能力的塑料表面上吸附一些易氧化的物质，如二氯化锡、三氯化钛等。这些被吸附的易氧化物质，在活化处理时被氧化，而活化剂被还原成催化晶核，留在制品表面上。敏化的作用是为后续的化学镀覆金属层打基础。 (4)活化。活化是借助于用催化活性金属化合物的溶液，对经过敏化的表面进行处理。其实质是将吸附有还原剂的制品浸入含有贵金属盐的氧化剂的水溶液中，于是贵金属离子作为氧化剂就被S2+n还原，还原了的贵金属呈胶体状微粒沉积在制品表面上，它具有较强的催化活性。当将此种表面浸入化学镀溶液中时，这些微粒就成为催化中心，使化学镀覆的反应速度加快。 (5)还原处理。经活化处理和用清水洗净后的制品在进行化学镀之前，用一定浓度的化学镀时用的还原剂溶液将制品浸渍，以便将未洗净的活化剂还原除净，这称为还原处理。化学镀铜时，用甲醛溶液还原处理，化学镀镍时用次磷酸钠溶液还原处理。 (6)化学镀。化学镀的目的是在塑料制品表面生成一层导电的金属膜，给塑料制品电镀金属层创造条件，因此化学镀 是塑料电镀的关键性步骤。 三、木材制品的表面前处理 木材制品表面处理的方式是涂层被覆。由于木材中含有树脂、单宁、素和水分等，它们对涂层被覆的附着力、干燥性和装饰性均有影响。为了得到平滑光洁、花纹颜一致和性能优良的被覆涂层，在进行涂层被覆处理前，也要对木材制品表面进行前处理。前处理的主要过程有干燥、去毛刺等项。 1．干燥 木材具有多孔性、易吸水和排水，并有干缩湿胀的特点，这造成被覆涂层起泡、开裂和回粘等现象，因此新木材需要干燥到含水量在8%12％时才能进行涂层被覆。木材的干燥方法有自然晾干和低温烘干两种。 2．去毛刺 木制品表面虽经刨光或磨光，但总有些没有完全脱离的木质纤维残留表面，它们一经吸收水分或溶剂会润湿膨胀而竖立刮手，并影响表面着的均匀性，使被覆的涂层留下一些未着的小白点，因此涂层被覆前一定要去除毛刺。对一般木制品只要经几次砂磨即可，高级木制品可用如下的方法处理： （1）在表面刷上稀的虫胶清漆(虫胶∶酒精＝1∶71∶8)，这样毛刺不但能竖起，而且发脆，很容易用砂磨除净。 （2）用润湿的清洁抹布擦拭表面，使毛刺吸水膨胀而竖起，待表面干燥后用细砂纸或旧砂纸将其磨光。如在水中略加些骨胶水，效果更好。 （3）采用火燎法，即用排笔刷上一层薄薄的酒精，立即用火点着。经过火燎的毛刺变硬发脆，易于砂磨除净，此法 只适用处理平面。 3．清除污物 受胶痕、油迹等污物弄脏的木制品表面，可先用砂纸将其磨光，再用棉纱蘸汽油擦洗，若仍然清洗不净时，可用精光短刨将表面刨净。 4．去松脂 大多数针叶树木材中都含有松脂。松脂中有松节油和松香，它们的存在会影响被覆涂层的附着力和颜的均匀性。在气温较高的情况下，松脂会从木材中溢出，造成涂层发黏。清除松脂常用的方法是用有机溶剂清洗，如用酒精、松节油、汽油、甲苯和丙酮等清洗，也可用碱洗，如用5%6％的碳酸钠溶液或4%5％烧碱溶液清洗，使松香皂化，再用刷子或海棉蘸热水擦洗干净。待表面干净后，在清洗部位刷12道虫胶漆，防止木材内层的松脂继续渗出。 5．漂白 不少木材含有天然的素，如桑木、紫檀等具有黄、紫、红的素。对木材的素有时需要保留，以起到装饰作用，如果木制品要涂成浅淡的颜或涂成与原来材料颜无关的任意彩时，木制品白坯表面要进行漂白。一般情况下，常在颜较深的局部表面进行漂白处理，使涂层被覆前木材表面颜取得一致。 漂白的方法很多。常用的漂白剂有双氧水(30％浓度)与氨水(25智能家居管理系统％浓度)的混合液(双氧水∶水∶氨水＝1∶1∶0.2)或氢氧化钠溶液(500克水中溶解250克氢氧化钠)或双氧水等。 用双氧水与氨水的混合液漂白时，如果漂白单板，则可将单板全泡在混合液中浸漂；如果在整个表面上进行漂白，则可将溶液涂在木材表面上，待表面达到漂白要求时，再用清洁的湿抹布将表面擦干净；如果是局部漂白，为提高漂白效果，可用一小团清洁的棉纱浸漂白液后压在要漂白的部位，在达到漂白要求之前应始终保持棉纱团上有漂白剂。 用氢氧化钠溶液漂白时，将该液涂在木材表面，经半小时后，再涂上双氧水。处理完后用水擦洗木材表面，并用弱酸(如1.2％的醋酸或草酸)溶液中和氢氧化钠，再用水擦洗干净。以上两种方法对水曲柳、栎木等效果都较好，漂白后的表面多年不变。 6．染 为了得到纹理优美、颜均匀的木质表面，木制品一股需要染。木材的染一般可分为水染和酒染两种。水是染料的水溶液，酒是染料的醇溶液。配制水最好用酸性染料，市售的黄纳粉和黑纳粉是由几种酸性染料混合制成的。用水染时，水分挥发较慢，染均匀，且价格低，使用方便。它的主要缺点是水使木材起毛，要另加砂磨，以消除起毛现象。 配制酒最好用醇溶盐基染料。酒是利用酒精作溶剂的，它易挥发，不润湿木材，消除了木面起毛现象，并且染成的彩鲜明。酒染的缺点是易出现调浓淡不匀的现象。若采用酒染，可称取醇溶液染料6分、酒精70分及虫胶清漆24分，混合均匀后，用手工刷涂或喷涂染。 溶解染料时，不论是水染或酒染，最好在玻璃杯、陶瓷罐或搪瓷盆内操作，不要使用金属容器，以免引起变现象。 第三节 涂饰 涂饰是一种表面被覆处理的工艺，它与镀层被覆及陶瓷被覆相比，在特性和用途上既有共同点，又有差异之处，而在应用的广度上，涂饰则是三者中居于首位的。 一、涂饰的功效 涂饰是用涂敷这一方法把涂料涂覆到产品或物体的表面上，并通过产生物理或化学的变化，使涂料的被覆层转变为具有一定附着力和机械强度的涂膜。产品的涂饰也称为产品的涂装或产品的油漆。 涂料具有的功能，即其保护功能、装饰功能和特殊功能，只有在涂料转变为产品表面的涂膜之后才能得以实现。由此，就涂料自身而言，它仅是一种半成品，即涂料所具有的功能仅是它的一种潜在功能。因此，涂饰的功效就是使涂料的潜在功能转变成为实际的功能，使工业产品能得到预期的保护和装饰效果，以及某些特殊的效能。 二、涂饰的要素 为了保证产品的涂饰质量，使形成的涂膜能达到设计的技术要求，以获得产品最高的经济效益，则必须严格掌握涂饰的技术要素。在涂饰工程中，直接影响涂膜质量的是涂料、涂饰技术和涂饰管理这三个要素。 1．涂料 涂料的质量高，且配套性良好，这是获得优质涂膜的基本条件。在选用涂料时，应从涂料的作业性、配套性、涂膜性能和经济性多方面综合考虑，或通过试验筛选，首先选用作业性、配套性良好，并能满足产品使用功能要求的优质涂料。 2．涂饰技术 涂饰技术(包括涂饰设备和涂饰环境等)是获得优质涂膜的必要条件。涂膜的质量优劣不仅取决于涂料自身的质量，而且在很大程度上取决于形成涂膜的工艺过程和条件。劣质涂料不可能形成优质涂膜，但优质涂料如果对其施工不正确，也不会得到优质涂膜。例如，在对产品涂饰时，良好的前处理则能增强涂膜的附着力和耐蚀性，并延长涂膜的寿命。反之，如将涂料涂饰在未经良好前处理的产品表面上(如表面有锈迹、油斑及其他污物等)，将会引起涂膜起泡、剥落，或出现膜下腐蚀等。 3．涂饰管理 涂饰管理是确保工艺规范的实施，从而达到涂饰目的和获得优质涂膜的重要条件，在采用机械化和自动化程度较高的现代工业产品涂饰中，严格的科学管理更显得十分重要。涂饰管理不仅包含劳动的组织和分工，明确各岗位的责任，更主要的是对关键工序的工艺参数和执行的情况进行监测和记录，对出现的质量问题及时地研究并处理，还应加强对作业人员的技术培训，这些都是现代化工业生产中的重要环节。 三、涂饰的基本操作 产品在经过了前处理之后，涂饰的基本操作主要有涂漆和涂膜干燥这两个工艺过程。 1．涂漆 涂漆是把不同状态的涂料均匀地涂覆在被涂物的表面上，使其在被涂物表面形成厚薄均匀的涂膜。因涂料的状态、性能、涂漆条件和环境的不同，以及对涂膜外观的要求不同，涂漆的方法很多。常用的涂漆方法有空气喷涂法、高压无空气喷涂法、静电喷涂法、粉末静电喷涂法、阳极电泳涂漆法、阴极电泳涂漆法、刮涂法和刷涂法等。其中，空气喷涂法、高压无空气喷涂法和静电喷涂法的效率高，形成的涂膜厚薄均匀，外观平整光滑，既适合喷涂形状复杂的产品，又适合喷涂表面积大的产品，既适合喷涂面漆，又适合喷涂底漆，它们是工业上应用最广泛的涂漆方法。 粉末静电喷涂法是喷涂粉末涂料的一种涂漆方法。由于粉末静电喷涂法高效、节能、无毒和不污染环境，正在大力推广应用中。 电泳涂漆法是涂覆水溶性电泳漆的一种专用方法，它无毒、安全、高效、优质，是大批量产品涂底漆的理想方法。目前，阴极电泳涂漆正在取代阳极电泳涂漆法。 刮涂法是在产品表面用刮刀涂刮腻子以填平表面不平整缺陷的方法。涂刮腻子的操作是在经干燥的底漆涂膜上进行的。在大批量产品的涂饰中不用刷涂法，因为它生产效率低，且涂膜有刷痕，但在不具备其他涂漆方法的条件下， 也可采用刷涂法涂漆。 电动液控闸阀 涂漆方法的选择要根据涂料的状态、性质、对涂膜外观的要求、产品涂饰的批量等具体条件而定。 2．涂膜的干燥 涂膜的干燥是指产品经涂漆之后形成的液态涂膜或粉末状涂膜，在室温或加热条件下通过物理或化学变化转变成具有一定强度的干硬涂膜的过程。湿涂膜或粉末状涂膜通过何种方式转变为干硬的涂膜，这取决于涂料品种的性质。属于溶剂挥发固化成膜的涂料，如硝基漆和过氯乙烯漆等，是通过物理变化固化成膜，干涂膜可在室温下固化，干燥速度快。油脂漆、酚醛漆、醇酸漆、环氧酯漆、双组分环氧漆和聚氨酯漆等，是通过化学变化固化成膜，湿膜也可在室温下固化，但干燥速度慢。氨基漆、热固性丙烯酸树脂漆和合成树脂固化环氧树脂漆，也是通过化学变化固化成膜的，但必须在加热到一定温度下才能进行。因此，这些漆的湿涂膜不能在室温下固化成膜，必须通过加热烘烤才能固化成膜。 综上所述，选择涂料品种时要根据产品的材质、对涂膜性能的要求、装备条件，以及涂料品种的固化方式和固化条件等全面考虑。 四、涂饰的工艺程序 涂饰的工艺程序因制品材质、涂饰类型、涂膜装饰性等级和表面平整性不同而异。以下按机械产品的高装饰性涂饰介绍涂饰的一般工艺程序。 1．涂底漆 这是将底漆直接涂覆在制品的表面上，通过固化干燥，使其形成一层连续均匀的底漆涂膜的过程。由于底漆具有优良的附着力和防蚀性，涂底漆可提高涂层的附着力和耐蚀性，所以它是涂饰工序中的一道基础工序。底漆的品种很多，因此涂底漆的方法则不一样。选择底漆应根据产品材质、类型、批量、涂饰设备和使用环境等条件，例如汽车、拖拉机和自行车等产品广泛使用水溶性电泳底漆；机床和重型设备，则广泛使用过氯乙烯底漆和醇酸底漆。 2．涂刮腻子 这是用刮刀通过手工刮涂方法将稠厚的腻子涂刮在底漆膜上，以填平表面的各种不平整缺陷。若底漆涂膜表面平整光滑，或涂层对表面的光亮度和平整性要求不高，则可不涂刮腻子或少刮腻子。 腻子层除起填平作用外，会降低涂层的质量，在涂饰过程中应尽量不刮或少刮腻子。 3．打磨 腻子层干燥后表面很粗糙，须用磨具或手工方法将腻子层打磨平整。 (1)磨料：常用的磨料有金刚砂、刚玉、花岗岩粉、浮石、玻璃粉和石英砂等，其中应用最广泛的是各种砂布和耐水砂纸。 (2)打磨方法： ①干打磨法。这是直接用砂纸或浮石等磨料对腻子层进行打磨。 ②湿打磨法。这是先用水、肥皂水或松香水等液体将要打磨的腻子层润湿，然后再用水砂纸或浮石对腻子层进行打磨。干打磨法在操作中易扬起粉尘，湿打磨法不扬起粉尘，效率高，质量好。一般多采用干打磨法，对于平整性要求高的腻子层可采用湿打磨法。 4．涂二道底漆 在底漆涂膜上或在腻子层干燥和打磨平整后，在它们上面所涂覆的一道稠度稀薄的底漆，通常称为二道底漆。 涂二道底漆的目的是为了填实腻子层中存在的针孔和打磨时留下的划痕。对于保护性涂层或不涂刮腻子层的底漆涂膜，可不涂二道底漆。 二道底漆的漆膜干燥后，要用更细的砂纸打磨，用以提高它与面漆层的结合力。 5．涂面漆 这是涂完二道底漆之后的工序。对于高装饰性的涂层，涂面漆的主要目的是使涂层有装饰性和对环境的稳定性，也即面漆层既要有符合设计要求的调、光泽和肌理，又具有耐候性、耐湿性、耐化工介质及打磨的稳定性，因此涂面漆是一道关键性的工序，为了获得优良的面漆层，应注意以下一些问题： (1)面漆品种的选择。面漆的品种很多，为了保证面漆层的涂饰效果，应根据产品涂饰要求的装饰性和涂层对环境的适应性，选择并调配好面漆的品种及调。 (2)调整面漆的黏度。如果面漆黏度过低，则面漆层会干瘪，而黏度过高，则面漆层不平滑，因此只有黏度适中，面漆层才会呈现出光亮丰满的外观。 (3)涂层的层数。面漆涂几道或几层，应根据涂料的黏度和遮盖力来决定。一般面漆涂两道。对于某些涂料，涂层的装饰性要求越高，则面漆的涂层数也越多。 (4)涂面漆的方法。对于面漆要求其涂层厚薄均匀，表面平滑光亮，因此一般采用空气喷涂法或用静电喷涂法。为了提高面漆层的光泽和丰满度，提高面漆层的防腐性，涂饰最后一道面漆时，可在面漆中加入一定量的清漆，待混合均匀后再用于最后这道面漆的涂饰，也可在涂完最后一道面漆后，再涂一道或两道清漆，这有罩光面漆层的效果。 6．抛光上蜡 对于高装饰性要求的面漆层，需要进行抛光和上蜡。 (1)抛光。这是用砂蜡作为磨料来磨平面漆层表面的一些细微的不平整缺陷，从而使面漆层显出光泽。抛光时一般使用棉布、呢绒或海绵等蘸着砂蜡先使涂层润湿，然后再均匀地用力擦拭。一般涂层经抛光后可获得镜面一样的光泽。 (2)上蜡。这是对于经过抛光后的面漆层再涂上一层光蜡，可使涂层表面更富有均匀的光泽，光亮度也高。如在产品的使用过程中，经常进行上蜡处理，擦亮后的涂层会长久显得光亮如新。 7．装饰和保养 这是指在涂面漆后和在罩清漆之前在面漆层上进行的印(贴)图案、标志和带等。 (1)印花。将印有图案、花纹或商标的印(贴)花纸，先在其正面涂抹一层颜浅的罩光清漆作黏结剂用，待其表面干燥到略感发黏时，将它贴在面漆层的指定部位上，然后用海绵在印花纹的背面轻轻擦拭，使它紧贴在涂层的表面，再用清水润湿印花纸背面的托印纸，并将它擦净，这样图案或商标就印(贴)在涂层表面上。 (2)画线。利用画笔或画线器在面漆层上描画彩线条，如自行车和缝纫机等产品在涂完面漆之后，都要印花和画线。为了使贴印的图案或画的线条不受磨损，在印花或画线之后，要涂一道罩光清漆。 (3)保养。在产品表面涂饰工艺全部结束之后的一定时间内，应避免涂层受磨擦、碰撞和玷污，以免涂层的外观受损害，这是因为涂层的性能只有在一定的保养期后才能真正体现出来。 五、产品涂饰工艺举例 1．轿车车身的涂饰工艺 大生产的中、高级轿车车身涂饰，面包车车身和质量要求高的汽车驾驶室等的涂饰，一般均采用底漆层、中间层和面漆层的三层涂饰工艺。 2．电冰箱的涂饰工艺 电冰箱一般用于家庭和室内，不受日光照射和风雨侵蚀，使用条件较好，因此要求使用寿命长达几十年而不生锈；电冰箱是贮藏食品并使之保持较低的温度，因此要求经常保持具有清洁感受和冷感；由此电冰箱用的涂料应具有以下几方面性能。 （1）颜、光泽等外观质量好； （2）硬度高，能耐食品容器、玻璃等的碰击； （3）耐污染性好，与调味品和其他物质接触时不产生污染，与黄油、牛油和食用植物油等不发生作用； （4）耐腐蚀性好，能耐水和温度升降时产生的湿气，能耐果汁、汽水及清洗用的碱水等； （5）无难闻的气味； （6）施工性能好，适于流水线生产，成本低。 目前电冰箱用的涂料有热固性溶剂型丙烯酸涂料、热固性溶剂型高固体分聚酯树脂涂料及粉末涂料等。 3．ABS塑料制品的涂饰工艺 ABS塑料是不透明塑料，外观呈浅象牙，光泽较强。它的热变形温度高，具有较高的抗冲击强度、抗蠕变性和耐化学药品性等优点，能用各种成型方法加工成型，并且尺寸稳定，因此是一种重要的工程塑料，广泛应用于制造表盘、仪表外壳、电视机外壳和汽车及飞机上的零部件等。ABS塑料的耐候性差，颜单调，需要通过涂层被覆提高它的耐候性和装饰性。常用的涂饰工艺有透明涂饰工艺和不透明涂饰工艺两种。ABS塑料制品的透明涂饰工艺见表14-1所示。 表14-1 ABS塑料的透明涂饰工艺
第四节 镀饰 镀饰是在金属和非金属制品的表面通过电化学的方法使金属化合物还原为金属，并形成符合要求的平滑致密的金属层的过程，此过程也称为电镀。其中，使金属化合物还原为金属的过程，称为电沉积。换而言之，镀饰是用电沉积的方法在金属和非金属制品表面形成符合要求的平滑致密的金属层的过程。 镀饰属于镀层被覆表面处理的范畴，是获得金属镀层的先进方法之一。镀饰时可通过控制工艺条件(电镀时间、电流密度等)得到所需要的镀层厚度，并可在大多数金属材料上镀金属或合金层，还可通过一些特殊处理方法，在某些非金属材料上镀覆金属层。镀饰过程与获得熔射镀层、热熔镀层、真空蒸发沉积镀层及真空气相镀层等相比较，其工艺设备简单，操作也较容易控制，因此镀饰工艺在生产和科研部门得到了最广泛的应用。 一、镀饰的目的和对镀层的要求 1．镀饰的目的 依据于对制品要求的差异，可通过镀饰在它们的表面上形成各种不同性质的金属镀层。随着生产和科技的进步，镀饰工艺所涉及到的学科领域越来越宽广，并对于镀层的要求也愈来愈高。镀饰的主要目的有两个方面： （1黑方糖）提高金属制品或零件的抗腐蚀能力，赋予制品或零件表面以装饰性的外观。 （2）使制品或零件的表面具有某种特殊的功能，例如提高表面的硬度、耐磨性、导电性、磁性及高温抗氧化性等， 以及减小零件接触面间的滑动摩擦，增强金属表面的反光能力，使零件便于钎焊，防止射线对制品的破坏作用，防止零件热处理时渗碳或渗氮，等等。 对于第一方面目的性的镀层通常称为防护性镀层或防护装饰性镀层；对于第二种目的的镀层则统称为功能性镀层。 2．对镀层的要求 不同金属的镀层有不同的特性，同一种镀层因应用场合差异则要求也不同。作为金属镀层，无论其品种和性质如何，应有的共同要求是：镀层结构细致紧密，镀层厚度均匀一致，镀层与基体材料的结合牢固等。提出这些要求是因为要有效防止基体金属的腐蚀，镀层必须是紧密无孔的，为保证制品或零件的使用寿命，镀层厚度必须均匀一致，否则镀层最薄处会首先磨损掉，导致提前报废；又如镀层与基体间结合不牢固，则此种镀层并无实际的使用价值，因此，上述这些要求是镀饰工艺必须严格控制的重要质量因素。 二、镀饰镀层的分类 镀饰镀层的分类方法很多。例如，可按镀层的使用目的分，也可按镀层的组合情况分，还可按金属腐蚀过程中镀层与基体间的电化学关系分，其中以按镀层的使用目的分类应用较为普遍。据此将镀层分为防护性镀层、防护—装饰性镀层和功能性镀层等。 1．防护性镀层 这种镀层主要用于防止金属制品及零件的腐蚀。根据制品材料、使用环境及工作条件等，可选用不同的金属镀层。如钢铁制品在一般大气腐蚀条件下，可用锌镀层保护，而在海洋气候条件下，可用镉镀层保护，对于接触有机酸的黑金属制品(如食品容器)则应选用银镀层，银镀层不仅防锈力强，且产生的腐蚀产物对人体无害。 2．防护—装饰性镀层 这种镀层不但能防止制品零件腐蚀，而且还能赋予制品及零件以某种经久不变的光泽外观。这类镀层的使用量很大，而且多半是多层的，即首先在基体上镀“底”层，然后再镀“表”层，有时甚至还有中间层，这是因为很难到一种单一的金属镀层，能同时满足防护与装饰的双重要求。某些镀层虽然防腐能力强，但在使用条件下不能经久保持光泽，且质软，易磨损，另一些镀层虽然防腐能力较差，但它能赋予制品以悦目的光泽外观，且不易磨损掉。利用镀层不同的优点，进行适当的搭配，可获得既抗蚀又光泽耐磨的多层防护—装饰性镀层。在国内以往防护—装饰性镀层多用铜锡合金作为底层。其防腐能力较强但易氧化变，然后再镀上一层光亮铬镀层。它既具有经久不变的银蓝光泽，又耐磨。近来国内采用铜—镍—铬多层防护—装饰性镀层的制品在增多，如轿车、自行车和钟表等的外露光泽镀层均属此类。 3．功能性镀层 这种镀层的作用是使制品在某种使用条件下具有某种特殊的功能。常用的功能性镀层有耐磨和减磨镀层、热加工用镀层、可焊性镀层、导电性镀层、磁性镀层及高温抗氧化镀层等。功能性镀层在工业技术中有其特殊的重要作用。 三、典型镀层 制品的外露件中广泛应用防护—装饰性镀层，它是与产品设计密切相关的一类镀层，有关这类镀层的典型镀饰工艺介绍如下。 1．镀铜 (1)铜镀层的性质及用途。铜镀层呈美丽的玫瑰，性质柔软，富有延展性，易于抛光，并具有良好的导热性和导电性。但它在空气中易于氧化，从而迅速失去光泽，因而不适合作为防护—装饰性镀层的“表”层。 铜镀层主要用于钢铁件多层镀覆时的“底”层，也常作为镀锡、镀金和镀银时的“底”层，其作用是提高基体金属与表面或(或中间)镀层的结合力，同时也有利于表面镀层的沉积。当铜镀层无孔时，可提高表面镀层的抗蚀性，如在防护—装饰性多层镀饰中采用厚铜薄镍的镀饰工艺的优点就在于此，并可节省贵重的金属镍。 (2)全光亮酸性镀铜。镀铜的工艺很多，其中广泛使用的有镀铜，焦磷酸盐镀铜及全光亮性镀铜等。全光亮性镀铜能直接从镀槽中获得高整平性的镜面光泽镀层，这对防护—装饰性镀层是至关重要的。我国研制成功的有M—N全光亮酸性镀铜及SH—110全光亮酸性镀铜工艺，其中使用的电解液的性能稳定，成本低廉，允许使用的电流密度高，可强化生产，允许的温度变化范围较宽，特别是温度的上限可达40℃。由于这种电解液中使用了高效整平光亮剂，可直接获得镜面光泽镀层，可免去繁重的抛光工序，为多层电镀的自动化创造了条件，在全光亮酸性镀铜方面我国处于世界上领先地位。 这种镀铜工艺目前存在的缺点是电解液的分散能力还不及镀铜及焦磷酸盐镀铜，并要求及时控制各种有机添加剂，且最好采用连续过滤电解液，以保证获得高质量的镀层。在钢铁制品上直接用酸性硫酸铜电解液镀铜的工艺问题至今还未解决，因此，钢铁制件在酸性镀铜之前，还必须有预镀过程。 2．镀镍 (1)镍镀层的性质及用途。金属镍具有很强的钝化能力，可在制件表面迅速生成一层极薄的钝化膜，能抵抗大气和某些酸的腐蚀，所以镍镀层在空气中的稳定性很高。在镍的简单盐电解液中，可获得结晶极其细小的镀层，它具有优良的抛光性能。经抛光的镍镀层具有镜面般的光泽，同时在大气中可长期保持其光泽。此外，镍镀层还具有较高的硬度和耐磨性。根据镍镀层的性质，它主要用做防护—装饰性镀层的底层、中间层和面层，如镍—铬镀层，镍—铜—镍—铬镀层、铜—镍—铬镀层及铜—镍镀层等。 由于镍镀层的孔隙率较高，只有当镀层的厚度在25μm以上时才是无孔的，因此一般不用镍镀层作为防护性镀层。 镍镀层的生产量很大，镀镍所消耗的镍量约占全世界镍总产量的10％。 (2)光亮镀镍。镀镍的方法很多，如镀暗镍，光亮镀镍，多层镀镍及镀黑镍等。获得光亮镍镀层的方法有机械抛光法、化学浸亮法和采用光亮添加剂的光亮镀镍法。其中以采用光亮添加剂的光亮镀镍法最好，此法不仅可以得到质量合格的光亮镀层，而且省略了繁重的抛光工序，能减轻对环境的污染，能节约药品、材料和工时，因此可提高生产效率。 光亮镀镍中使用的光亮剂绝大部分是有机光亮剂，其用量少，且效果显著。在镀液的同时加入的光亮剂，按其作用有初级光亮剂(第一类光亮剂)和次级光亮剂(第二类光亮剂)。 常用的初级光亮剂有2，8—萘二磺酸、2，8—萘二磺酸钠和糖精等，它们的主要作用是使镀层的晶粒细小，能获得结晶细致的半光亮镀层。加入初级光亮剂的作用是在镀层中产生压应力，这能抵消次级光亮剂引起的拉应力，因而可减小镀层的内应力。初级光亮剂与次级光亮剂联合使用，还能增加镀层的延展性。 常用的次级光亮剂有香豆素、1，4—丁炔二醇和近年研制的以1，4—丁炔二醇及环氧丙烷为原料合成的全光亮镀镍的光亮剂等，它们的作用是产生全光亮镀层。但当它们单独使用时效果不明显，会使镀层产生较大的拉应力，并且镀层脆性大，允许使用的电流密度范围也不够宽。若把次级光亮剂和初级光亮剂联合使用时，则能在较宽的电流密度范围内获得全光亮镀层，并且整平快，出光快，同时也使内应力和脆性减小。 3．镀铬 (1)铬镀层的性质及用途。铬为银白略带蓝光泽的金属。铬镀层具有很高的硬度和耐磨性，其硬度超过最硬的淬火钢，仅次于金刚石。铬镀层耐热性好，500℃以下其硬度及颜均无明显变化。在预先经过抛光的表面上镀铬，可得到银蓝具有镜面光泽的镀层。铬具有很强的钝化能力，在制件表面很容易生成极薄的钝化膜，并在潮湿空气中不发生变化，能长久保持其光泽的外观，呈现出类似贵金属的外观，有极好的装饰性。 由于铬镀层具有许多优异性能，所以镀铬工艺得到广泛的应用，如镀装饰铬可用做防护—装饰性镀层的表层，又如火车、汽车、自行车、医疗器械、轻工产品、金属家具等的外露部件都需镀覆装饰铬。装饰铬层的光泽性好，反光能力强，也常用做反光镜面。由于铬镀层具有优良的硬度及耐磨性，所以镀硬铬、松孔铬、乳白铬和镀双层铬等工艺广泛用在轴类、切削工具类、发动机汽缸、活塞环、量具刃具等零部件的加工工艺中。 (2)镀装饰铬(镀亮铬)。镀铬工艺中应用最普遍的是镀装饰铬和镀硬铬。镀装饰铬的镀覆时间短(一般只镀58分钟)，镀层很薄，要求被镀制品表面全部覆盖，并且镀层外观光亮、美观，有像镜面一样的银蓝光泽，为此应采用深镀能力好和铬酐浓度很高的电解液(铬酐含量为300500g／L)。对于形状复杂的镀件，除了使用象形阳极和防护阴极 外，还须施加冲击电流。 四、塑料电镀 塑料制品须进行镀层被覆处理时，应在表面粗化、除油、敏化、活化、还原及化学镀一系列前处理之后，在其表面形成一个导电的金属膜，从而为塑料制品创造有如金属制品表面电镀的条件。由于化学镀仅是给塑料制品表面施加一层导电膜，因此一般都镀得较薄。为了满足塑料制品的装饰性等要求，需要在其上继续镀上其他金属层，此即塑料电镀工艺。至于具体采用何种电镀工艺，则取决于化学镀金属的类型及对塑料制品的使用要求。 1．塑料制品经过化学镀铜后的加厚 化学镀铜后的制件一般都用电镀铜加厚镀层，除强碱性镀铜工艺不适用外，其他像酸性镀铜和焦磷酸盐镀铜等工艺均可采用。值得注意的是化学镀铜层不应被玷污，否则要用弱碱液除油，其次是镀铜前应用5％H2SO4弱酸浸蚀以活化表面，不论用何种镀液均应带电下槽，以免将薄铜层蚀坏，并应以较小的电流密度(约0.3A/dm2)开始电镀，以减小“烧掉”薄铜层的危险性，待电镀58分钟后，再将电流密度增至规定的范围。 2．塑料制品经过化学镀镍后的加厚 经过化学镀镍的制品如有玷污也须用碱液除污。由于化学镀镍层比电镀镍层更易钝化，因此用稀盐酸或稀硫酸活化后，最好镀上一层闪镀镍，此工艺规范如下：用氯化镍为100g/L，用盐酸为100ml/L;电流密度为2A/dm2；电镀时间为25分钟。 对形状复杂的零件可在提高氯化物含量（3060g/L）的一般镀镍液中直接电镀加厚。制件在闪镀镍后，也可进行光亮酸性镀铜。 塑料制作无论经过化学镀铜还是化学镀镍，若要求其镀层是防护装饰镀层时，最好采用电镀光亮铜、光亮镍后套铬的电镀工艺，并应尽量避免机械抛光，否则镀层易“起鼓”或“脱皮”。 | |||||||||||||||||||||||||||||
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