王胜民[1]2002年在《机械镀锌形层机理的研究》文中提出机械镀锌是近20年来发展起来的表面处理行业中的一项“绿色技术”。它具有工艺方法简单，低锌耗，低能耗，无污染的特点，并且镀层组织均匀。因而越来越受到工业发达国家的重视。但机械镀锌形层机理的研究同其工艺本身相比，发展是比较缓慢的。造成机械镀锌工艺在具体的生产应用中存在一定程度的盲目性，没有确切的理论指导，几乎完全依靠经验来生存发展，这严重影响了机械镀锌工艺的广泛应用和发展。 针对这些情况，本论文以机械镀锌为突破点，从机械镀锌工艺出发，利用物理、化学、金属学的基础理论知识，结合矿物加工过程中的磨矿、选矿以及机械合金化(MA)中物理化学变化来研究、分析了机械镀锌镀层的形层机理。 论文借助金相显微镜、体视显微镜、目测等观察镀液中金属锌粉在镀液环境中的存在状态，金属锌粉的分散聚集过程，金属锌粉(团)的沉积规律，分析了金属锌粉、冲击介质、镀件和镀液之间的相互作用，找出金属粉末的吸附沉积规律。讨论“先导金属”及表面活性剂的作用，提出理论解释。结束了以前国内外对机械镀锌形层过程只有简单解说的局面。 论文观测了金属锌粉的变形程度，结合金属锌的临界分切应力值，分析、讨论机械作用力和锌粉(或锌粉藻团)之间的相互作用；得出机械镀锌镀层锌粉的变形规律；归纳出镀层中锌粉颗粒的变形机制。 论文通过镀层耐腐蚀性、附着性的试验，并与其它镀锌层对比，就各项性能指标进行综合分析。运用金相显微镜、扫描电镜、牛津能谱分析等现代材料检测手段，对镀层中金属锌粉颗粒的形貌、相互结合、空间位置等进行观察、研究。统计分析了工件的表层，镀层的基层、中间层和镀层表层的化学组成，建立了机械镀锌的镀层结构模型。 论文对机械镀锌的定义提出了质疑，从形层机理出发，根据机械镀锌形层机理所涉及的理论知识重新定义了机械镀锌，并将机械镀锌这一工艺做了较为合理的学科归属。 由于机械镀锌形层机理所涉及的知识体系较为庞杂，液面下锌粉吸附、沉积观察的准确度难以掌握。所以本课题的研究中还有一些问题有待机饭铰锌形层机理的研咒 灼 乌 进行深入、定量的研究。愿本论文的研究工作能进一步完善机械镀锌工 艺，指导实践生产，促进机械镀锌工艺在生产中的推广应用和发展。
王胜民[2]2009年在《机械镀锌无结晶形层的研究》文中认为机械镀锌层的形成过程,金属锌粉仅发生固—固变化,没有明显的结晶现象。传统的镀层形成结晶理论难以解释机械镀锌的形成过程,而国外的“冷焊”(cold welding)理论也不能从根本上解释机械镀锌层的形成过程。尤其是近几年来,随着欧盟在电子电器领域RoHS指令的执行,机械镀工艺在表面处理领域发展迅速,但因其形层机理发展缓慢,大大制约了机械镀工艺的发展及应用。本文以目前国内普遍应用的机械镀锌少锡盐沉积工艺为研究对象,制备了机械镀锌层、锌—铝层、锌——RE层、锌—镍层试样；以机械镀锌镀液环境、镀层结构及结合界面、镀层物理化学性能为主要研究内容；采用ICP-AES、XRD、体视显微镜等分析了镀层形成时锌粉的吸附、沉积过程,采用OM、SEM、EDS、XRD、XPS等分析了镀层的组织结构及镀层—基体界面间的结合机理,通过孔隙率实验、致密度计算、拉力实验、中性盐雾试验、电化学极化等方法分析了镀层的物化特征；结果表明：机械镀锌层形成过程不发生电沉积结晶和高温液态金属结晶,镀层是由锌粉颗粒、锡、金属M(如Mn、Fe、Cd等)、空隙构成的多相混合体系,镀层的结合强度为2-3MPa,镀层的结合机制主要为机械咬合。基层建立阶段所添加Sn2+参与的Zn+Sn2+→Zn2+Sn↓反应和镀层增厚时所添加Fe2+参与的Zn+Fe2+→Zn2+Fe↓反应是机械镀锌形层过程的主要反应；形层过程需要的能量较低,为电镀锌形层能耗的1/10-1/20,热浸镀锌形层能耗的1/2-1/5。锌粉形成镀层的致密化过程主要包括锌粉颗粒和空隙的位移及变形。致密化过程锌粉颗粒发生了位移、转动、变形,导致空隙发生位移、体积压缩、小尺寸锌粉颗粒在空隙的填充,致使镀层致密度提高,锌粉形层过程不产生固溶体或化合物,机械镀锌层的形成是有置换沉积存在下的无结晶过程。锡盐和铁盐可分别在基层建立阶段和镀层增厚阶段作为先导金属,它们的作用机制分别是置换反应Zn+Sn2+→Zn2+Sn↓和Zn+Fe2+→Zn2+Fe↓。镀层形成后,先导金属残留在镀层中,或分布在空隙中,或分布在锌粉颗粒的接触界面部位。机械镀锌基复合镀层的结构与机械镀锌层相似,复合镀层形成过程没有因结晶而产生固溶体、化合物等相,但锌—镍复合镀层中存在Ni3Sn4合金相。采用片状锌粉制备的机械镀锌层中锌粉颗粒呈片状层迭排列,镀层由片状锌粉、空隙和夹杂构成,形层过程锌粉颗粒没有发现明显塑性变形,也没有产生化合物或固溶体等新相。机械镀锌形层过程产生的锡和铁不影响镀层内锌粉颗粒之间的结合。机械镀锌过程添加非锌微粉、稀土等不影响镀层／基体间、镀层内锌粉颗粒间的结合机制。镀后加热至100℃-300℃不改变镀层／基体间、镀层内锌粉颗粒间的结合机制。强化0 min—60 min不改变镀层／基体间、镀层内锌粉颗粒间的结合机制,延长强化时间时镀层／基体界面及镀层内不会发生扩散、冶金反应等合金化现象。镀层的拉伸破坏发生在镀层／基体界面,镀层越厚,结合强度越低,镀层厚度由20μm增加至60μm时,镀层结合强度由2.68 MPa降至2.31 MPa。机械镀锌层的密度约为5.67g/cm3,厚度对镀层的致密度影响不明显。锌粉粒径越小,镀层的致密度越高,当锌粉粒径为-800目、-1000目和-1200目时,镀层的致密度分别为34.73%、60.08%和77.85%。强化时间越长,镀层的致密度越高,当强化时间由0 min延长至60min时,镀层的致密度由76%提高到94.5%。分别采用球状和片状锌粉制备的镀层中均不存在连通空隙。添加非锌微粉或其它金属盐制备锌基复合镀层(锌—铝、锌—镍、锌—RE等)对镀层的孔隙率没有影响。机械镀锌层对钢基体可提供牺牲阳极保护,在35g/L的NaCl溶液中呈活性溶解特征,当镀层厚度达到60 gm时可耐中性盐雾腐蚀600小时。强化时间长短(0 min至60min)和镀后干燥加热温度高低(100℃至300℃)对镀层的耐腐蚀性能没有影响。片状锌粉制备的镀层与球状锌粉制备的镀层相比自腐蚀电位正移2.9 mV,腐蚀电流密度前者不到后者的1/3,前者的耐电化学腐蚀性能优于后者。铝、镍、RE的添加均提高了镀层的耐盐雾腐蚀性能,使镀层的自腐蚀电位正移,极化电阻增大,腐蚀电流密度减小,提高了镀层的耐腐蚀性能。
常发[3]2011年在《合金元素对机械镀锌层耐蚀性能的影响》文中提出机械镀(Mechanical Plating)是一种以无结晶方式形成金属镀层的防腐工艺。近几年来,随着科技进步和社会的发展,机械镀工艺在表面处理领域发展迅速。目前机械镀的研究主要以镀锌工艺和镀层的形层机理为研究,对镀层的耐蚀性能的研究也只是单一合金元素对镀层的影响,而不同的合金元素对机械镀锌层耐蚀性能影响的研究较少见。因此本文重点研究RE、Al、Sn合金元素对机械镀锌基镀层的耐腐蚀性能的影响及镀层的腐蚀机制。本文综述了机械镀锌工艺、机械镀锌基镀层的合金化与腐蚀性能的关系以及机械镀在国内外发展现状；采用机械镀锌少锡盐沉积工艺制备了所优选的Zn、Zn-2%RE、Zn-3%Al、Zn-3%Al-1%RE、Zn-25%Sn镀层,然后借助中性盐雾腐蚀试验、全浸试验、极化曲线技术、交流阻抗技术、电子扫描显微镜及XRD等手段,对比研究五种镀层在5%NaCl溶液环境中的耐蚀性能。根据试验结果分析RE、Al、Sn合金元素对机械镀锌层在5%NaCl溶液中的耐蚀性能的影响及原因,并探讨机械镀锌镀层在该环境中的腐蚀行为。通过分析试验现象与相关数据,可以得出以下结论：添加RE、Al、Sn合金元素的机械镀锌基镀层在5%NaCl腐蚀溶液中的耐蚀性能明显优于Zn镀层的耐蚀性能,各镀层的耐腐蚀性规律为：Zn-25%Sn> Zn-3%Al-1%RE> Zn-2%RE > Zn-3%Al> Zn。这表明添加适量的RE、Al、Sn合金元素能够明显改善镀层的耐蚀性能。合金元素改善镀层耐蚀性能的原因为：稀土能够改善镀液中金属微粉的吸附-沉积方式,致密度明显增加；提高镀层表面氧化膜的粘附性和自愈能力；吸收镀层形层时产生的氢,起到净化镀层的作用；从而使镀层的耐蚀性能得到提高。添加适量的Al使镀锌层在腐蚀过程中其表面形成致密的β-Al2O3·3H2O钝化膜,导致反应电阻增大,延滞腐蚀的进行；此外,铝具有自愈能力,并且在镀层腐蚀过程Al与Zn之间反应生成非晶态锌铝化合物“屏蔽层”,这进一步起到保护镀层作用,明显改善镀层的耐蚀性能。Sn在镀层中具有粘接剂作用,使镀层具有更大的致密度；在中性水溶液中Sn很稳定,腐蚀时生成十分稳定具有保护性的Sn02氧化物；由于Sn的标准电位为(?)osn2+/sn=-0.136V,根据表面富集阴极性合金元素说,加入适量的阴极性合金元素Sn,合金化镀层的腐蚀电位正移,促使镀层表面的氧化膜保持稳定性。
王胜民, 何明奕, 刘丽, 赵晓军, 谭蓉[4]2008年在《机械镀锌沉积机理的研究》文中提出通过蒸发皿模拟试验和生产试验,采用体视显微镜观察了机械镀锌形层过程中金属锌粉在预镀工件表面的吸附、沉积过程,并用光学相机记录了金属锌粉的沉积过程.运用物理化学、电化学的基础理论分析了金属锌粉的沉积机理.分析结果表明,基层建立阶段,金属锌粉和Sn2+发生化学反应;镀层增厚阶段,金属锌粉和M2+发生化学反应;金属锌粉表面化学反应造成的库仑引力和机械镀锌过程玻璃珠冲击介质的碰撞是锌粉沉积的主要原因.
朱筱军[5]2006年在《水性铝基金属微粉涂层形层机理研究》文中认为水性铝基金属微粉涂层是用铝、锌混合金属微粉,无机金属盐的水溶液,少量铬酐,有机或无机还原剂混合成浆料,加入表面活性剂和其它添加剂,配成一种水性金属微粉涂料,涂覆于金属件上,经过烧结形成金属基涂层。由于该涂层技术采用复合磷酸盐部分的替代铬酐作为涂层的粘结剂,因而降低了涂层中铬的含量。但是,随着环保法规的强化,无铬化成为了该涂层技术的发展趋势,少铬的水性铝基金属微粉涂层已无法应对越来越严格的环保要求。另外,水性铝基金属微粉涂层的形层机理研究同其工艺配方相比,还不够深入,这就造成了该涂层工艺在具体的应用中存在一定程度的盲目性,没有确切的理论指导,影响了该涂层技术的应用和发展。 针对这些情况,本论文在改进原有少铬水性铝基金属微粉涂层工艺配方的基础上,研制开发出无铬水性铝基金属微粉涂层,并结合对涂层、性能的研究,试图对水性铝基金属微粉涂层的形层机理进行较深入的探讨。 论文从水性铝基金属微粉涂层所用微粉的制备入手,利用颗粒学、物理、化学、金属学的基础理论知识,结合矿物加工过程中的磨矿、选矿以及机械合金化中的物理化学变化,研究并确定了微粉制备工艺的相关参数。制备了适用于该涂层技术的金属微粉。 论文利用正交试验改进了少铬水性铝基金属微粉涂层的处理液配方和制备工艺流程,并在此基础上研制开发出无铬水性铝基金属微粉涂层的工艺配方。 论文通过涂(镀)层耐腐蚀性、耐热性、结合强度以及孔隙率的实验,将少铬和无铬水性铝基金属微粉涂层与其它镀层相比,就各项性能指标进行综合分析。 通过人为在涂(镀)层上划出深入基体的槽痕,考察不同涂(镀)层在破损状态下的腐蚀行为和对基体的保护情况。通过对比有无稀土元素加入的涂层的耐蚀性能,分析稀土元素对涂层耐蚀性的影响。 运用金相显微镜,扫描电镜、能谱分析等现代材料检测手段,对涂层的形貌、与基体的结合状态、空间位置等进行观察和研究,统计分析了涂层中的化学成分。 根据对涂层性能、结构的研究,初步建立了涂层的结构模型,并探讨了涂层的形层机理。水性铝基金属微粉涂层的形成过程中既没有电结晶,也没有高温冶金反应,其形层机理不同于传统的结晶方式,因此该涂层技术属于以无结晶方式获得致密的多元合金层的技术中的一种。
章全奎[6]2005年在《金属微粉无结晶形成镀层机理研究》文中研究指明本论文通过观察实验,应用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等材料分析手段,深入研究了金属微粉在钢铁表面吸附沉积规律;机械碰撞力对镀层形成的作用,包括形层过程中在碰撞力作用下金属微粉的变形机制、两相界面的结合特征;超细金属微粉不经过结晶形成紧密镀层的结构微观分析、理化特性及功能。 通过本论文的研究,得出以下结论: 1 金属粉末在镀液中的吸附聚团行为是粉末表面能、保持性活性剂以及先导金属叁个方面共同作用的结果。 2 镀层厚度-时间曲线说明了镀层的厚度与锌粉加入量的关系以及镀层从疏松到致密的变化过程。 3 镀层中锌粉变形的力学分析能够很好地解释机械镀镀层中锌粉颗粒的变形问题。 4 机械镀镀层与基体有着良好的结合力,一、粉末与基体间以及粉末之间的相互冷焊;二、基体表面存在机械栓作用;叁、镀层类晶体的镀层组织结构,镀层中连续的成分一致的空间网状结构的“类晶界”将金属粉末固定在网格中。 5 无结晶形成镀层的机理为:金属微粉在物理和化学两方面的作用下形成合适金属粉团,通过物理和化学吸附的作用沉积到工件表面形成镀层,然后在机械力的作用下使镀层致密化。 最后,对无结晶形成镀层的进一步研究提出了个人看法。
王胜民, 刘丽, 何明奕[7]2003年在《机械镀锌过程中先导金属的研究》文中提出通过多次试验观察 ,借助于扫描电子显微镜 ,结合物理化学、电化学的基础理论知识 ,对机械镀锌过程中先导金属进行了研究。分析了先导金属在镀层中的分布以及先导金属对机械镀锌形层过程的影响。结果表明机械镀锌过程中的确有先导金属存在 ,在机械镀锌过程的不同阶段 ,有着不同的金属起着先导金属的作用。先导金属可以促进机械镀锌镀层的结合强度
王颖[8]2008年在《机械镀铜及其合金系列新镀层工艺及耐蚀性能研究》文中研究指明机械镀工艺是欧美及日本等发达国家近二叁十年来开始进入工业应用的一种新型的绿色表面防护技术,其效率高、成本低、能耗小、工艺简单、环境污染小,在我国仅有十几年的历史,镀层仍以机械镀锌为主。随着科学技术和现代工业的发展,对钢铁材料表面防护性要求越来越高。作为钢铁零件防腐的镀锌层已难以满足高耐蚀等特性的要求。机械镀领域的工作者为寻找综合性能良好的镀层已作了一定的研究工作,目前国内外已有大量的资料文献对机械镀锌合金的研究和应用进行了探讨与研究;对机械镀铜及其合金系列镀层的研究的有关报道无论是国内还是国外都极少,几乎没有工业应用的实例。近20年的文献资料表明,对机械镀镀层形成机理的研究远远落后于机械镀工艺应用的发展,并且到目前还没有公认的解释,仅对机械镀锌的形成原理有一些探讨。因此,本论文的目的是研发出机械镀铜及其合金系列新镀层的工艺,并对新镀层的耐蚀性、耐蚀机理做初步的探讨。本论文运用基础物理、基础化学等基础理论知识,借助扫描电镜、X-射线衍射等现代材料检测手段,经过多次检测、观察、试验,分析,研制开发了机械镀镀铜及其合金镀层的新工艺;研制出了适合镀覆铜及其合金系列新镀层的新型的复配沉积促进剂;在钢基上获得了不同配比的铜、铜-锌、铜-锌-铝、铜-锰、铜-锰-铝合金镀层,各镀层的附着强度良好。同时对镀覆成功的新镀层进行全浸试验,比较各镀层的耐蚀性能,试验证明铜及其合金系列新镀层的耐蚀性都比较好,并且均好于机械镀锌层,是机械镀锌层耐蚀性的几倍到几十倍;合金系列新镀层的耐蚀性均随着铜的加入量的增加而提高,表现出了一定的规律性;铜合金系列镀层的耐蚀性都不及铜镀层。运用电子扫描电镜观察镀层表面组织形貌,发现机械镀铜-锰镀层表面总体表面状况比机械镀锌及其他类型的合金镀层都要好。通过X-射线衍射分析机械镀镀铜合金系列镀层经氯化钠溶液腐蚀后的腐蚀产物的成分及其存在形态,由衍射结果可以看出,当镀层在氯化钠溶液中的腐蚀产物为非晶体时耐蚀性较好;初步探讨了镀层的耐蚀机理。本论文的研究工作对促进机械镀工艺的广泛推广及应用,探索更加耐蚀的机械镀铜及其合金镀层种类,扩大机械镀层的应用范围具有实际意义。
魏源[9]2009年在《锌—铝机械镀过程铝粉活化作用的研究》文中研究指明机械镀作为一种新发展起来的表面工程技术,效率高、成本低、能耗小、工艺简单、环境污染小,是一种清洁生产技术和绿色制造技术。机械镀锌的工业应用已经非常广泛,由于机械镀锌工艺镀覆的镀层比较单一,且纯锌镀层的耐蚀性也不及一些合金镀层,因此,为满足工业生产中对各种不同镀层的需求,改善机械镀层的各种性能,提高机械镀层的耐蚀性,开发新型的金属镀层及合金化镀层,是机械镀新的研究方向。在此基础上,本论文重点研究机械镀锌基铝合金镀层形层过程中铝粉活化工艺,试图对机械镀锌基铝合金的形层过程进行优化,以期提高镀层质量。本论文主要通过分析机械镀中金属微粉的活化和锌铝共同沉积的规律；采用模拟实验和实镀过程取样观察分析机械镀过程中铝粉的活化规律；通过正交实验确定了铝粉的活化剂用量,制取了机械镀锌基铝合金镀样,并对镀层进行了盐水全浸腐蚀实验、电化学腐蚀实验等测定从而确定不同含铝量镀层的耐化学及电化学腐蚀性能；通过试样镀层的孔隙率、密度、外观评价,测定各镀层的物理性能；同时利用体视显微镜、荧光光谱仪、x射线衍射仪观察分析机械镀锌基铝合金镀层的表面形貌、镀层物相特征、元素分布及含量。从中分析添加合金成分铝对机械镀锌基无结晶镀层的作用机理。由各组实验和检测结果表明：在机械镀过程中,对锌、铝粉进行异步活化,同步沉积是可行的；采用F酸活化铝粉效果明显；比起纯锌镀层而言,锌铝镀层具有更强的耐化学腐蚀和电化学腐蚀性能；锌铝合金镀层的外观较纯锌镀层更光亮平整；由镀层成分分析和物相分析可知,铝在镀层中存在于2theta等于144.631°位置；当加入量为1.0%时,测出铝元素相对含量为0.6229%；镀层中铝、锌以单质形成存在,无新相形成,不存在新的结晶行为。机械镀锌基铝合金镀层具有较好的物理和化学特性,铝在镀层形成过程中所起的作用机理主要有：铝主要在镀层的表面沉积,铝本身具有很强的耐腐蚀性能,在许多介质中很稳定,铝能在表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜,对金属基体具有很好的保护性能。
王胜民, 赵晓军, 何明奕[10]2017年在《机械镀技术的现状及发展》文中认为近30多年来,机械镀技术取得了较大的发展,但相比于传统的电镀、热浸镀、热喷涂等技术,机械镀的工艺原理尚不成熟、工艺控制尚不精确、镀种较为单一、应用推广较为缓慢。鉴于此,从机械镀定义、工艺流程、镀层特征、工艺设备、成层过程金属粉末的吸附沉积、镀层组织结构、镀层的结合机制、镀层的致密化、机械镀的应用等方面全面评述了目前机械镀技术的研究现状及应用情况,并指出了机械镀锌与其他金属机械镀和粉末成型技术嫁接存在的实际问题,提出了今后机械镀机理研究的关键问题,以期促进机械镀技术及相关工艺的快速、良性发展。
参考文献：
[1]. 机械镀锌形层机理的研究[D]. 王胜民. 昆明理工大学. 2002
[2]. 机械镀锌无结晶形层的研究[D]. 王胜民. 昆明理工大学. 2009
[3]. 合金元素对机械镀锌层耐蚀性能的影响[D]. 常发. 昆明理工大学. 2011
[4]. 机械镀锌沉积机理的研究[J]. 王胜民, 何明奕, 刘丽, 赵晓军, 谭蓉. 材料科学与工艺. 2008
[5]. 水性铝基金属微粉涂层形层机理研究[D]. 朱筱军. 昆明理工大学. 2006
[6]. 金属微粉无结晶形成镀层机理研究[D]. 章全奎. 昆明理工大学. 2005
[7]. 机械镀锌过程中先导金属的研究[J]. 王胜民, 刘丽, 何明奕. 表面技术. 2003
[8]. 机械镀铜及其合金系列新镀层工艺及耐蚀性能研究[D]. 王颖. 山东大学. 2008
[9]. 锌—铝机械镀过程铝粉活化作用的研究[D]. 魏源. 昆明理工大学. 2009
[10]. 机械镀技术的现状及发展[J]. 王胜民, 赵晓军, 何明奕. 材料导报. 2017