（材料加工工程专业论文）铝基水系金属微粉涂层工艺研究.pdf

槲薰水蔗金属饿粉慷层- r 苗研兜 捕差 摘要 随着现代科技的发煨，人们对材料的装饰性帮表蕊功能都有了更高的要求， 各种各样的表面技术应运而生。而随菊环保法规的强化，传统的表颟处理工艺， 安# 热浸镀秘电镀罄嚣工艺过程产生一定戆污染，在诲多国家秘缝区受到不溺程度 的限制。以达克罗为典型代表的金属微粉涂层技术因其优异的表面防护功效和无 搿染等将点，正弓| 超人稍越来越广泛酌关注。 本论文按照金属微粉涂层的定义，概述了现有的各种金属微粉涂( 镀) 层的 技术特点，经大屡的理论分析，提出了铝基水系金属微粉涂层的设想。试以金属 镪粉戈蓦体，以蒸它无毒无害弱无摭霹溶蛙鏊为糙接翅，磅裁 ：发爨其有较强黎 蚀性和少污染的铝基水系金属微粉涂屡工艺。并与达可罗涂层技术的相关性能进 行魄鞍。 论文从铝基水系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、选矿以及机械台金化 中豹甥毽纯学交铯疆究浚诗了鑫】| 嚣微粉铡冬戆设蓄，并确定了裁羚工艺静稳关参 数。制备了可用于获得较好性能涂层的金属微粉。运用显微镜及扫描电镜对制备 前后徽粉的形态和粒潼进行了镪步分轿。通邋试验比较了徽耪球痞翁后润滋经的 变化。 论文经多次试验研制出了铝基水累金属微粉涂层的配方，并利用正交试验的 壤差、方茇分瓤方法砖各秘醚方进嚣後耗，确定了获褥涂爱豹最佳烘烤方式，褥 到了耐蚀性较强的铝基水系金属微粉滁层。述综台考察了涂层中各种化学物质以 及不同的秀瑶料方法对涂瀑性镌豹影响。 论文通过涂( 镀) 屡耐腐蚀性、埘热性、结合强度以及孔隙率的试验，将铝 藏水系金属微粉涂层与其它镀屡对比，就各项性能指标进行综合分析。 运趱金辍鬟徽镜、摆摇电镶、牛漆戆谱分援等瑷代楗瓣捡测手羧，对涂层麴 形貌、与基体的结合状态、空间位置等进行观察和研究。统计分析了工件的表层、 昆明理工 掌硪士研究生学位论史 - l 一 铝- i l l 水i f 食j i i , 截粉愫层工艺研究擅- w - 涂层的基层、中间层和涂层表层的化学成分，初步建立了涂层的结构模型。 因为本论文首次提出铝基水系金属微粉涂层的有关概念，并从事该涂层微粉 制备、工艺配方以及性能分析等多方面的研究，整个研究过程涉及的内容较多， 要使该技术应用于实际工业生产，还有许多内容需要进一步地深入和完善。 关键词：微粉微粉制备铝基水系金属微粉涂层 工艺 昆明理工夫掌硕士研究生掌位论文 一i i - 黧兰查墨兰苎苎竺黧竺苎兰! 曼 塑兰 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e r ns c e n c ea n dt e c h n o l o g y ，t h e r ea r e h i g h e rr e q u i r e m e n t s f o rt h ed e c o r a t i v ea n ds u r f i c i a l p e r f o r m a n c eo f m a t e r i a l s ，a n dm a n ym e t h o d so fs u r f a c et r e a t m e n tc o m ef o r t h d u et ot h e p o l l u t i o np r o d u c e dd u r i n gt h ep r o c e s s ，h o w e v e r , c o n v e n t i o n a lm e t h o d so f s u r f a c et r e a t m e n t ，s u c ha sh o td i pc o a t i n ga n de l e c t r o p l a t i n g ，i sr e s t r i c t e d f r o mf u r t h e rd e v e l o p m e n ti nm a n yc o u n t r i e sa n da r e a s w i t hp e r f e c t c o r r o s i o nr e s i s t a n c e a n df r e eo f p o l l u t i o n ，d a c r o m e t ，at y p i c a l r e p r e s e n t a t i v eo fm e t a l l i cm i c r o p o w d e rc o a t i n g ，g e tm o r ee y e s a c c o r d i n gt ot h ed e f i n i t i o n o fm e t a l l i cm i c r o p o w d e rc o a t i n g ，t h i s t h e s i ss u m m a r i z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp r e v a i l i n gt e c h n o l o g yo fm e t a l l i c m i c r o p o w d e rc o a t i n g s a n d t h e c o n c e p t i o n o fa l u m i n u mb a s e d w a t e r - s o l u b l em e t a l l i cm i c r o p o w d e rc o a t i n gw a sb r o u g h tf o r w a r d u s i n g a l u m i n u mp o w d e ra ss u b s t r a t ea n di n n o x i o u si n o r g a n i cw a t e r - s o l u b l es a l t s a sa d h e s i v e s ，t h ep r o c e s so fa l u m i n u mb a s e dw a t e r - s o l u b l em e t a l l i c m i c r o p o w d e rc o a t i n gw a sd e v e l o p e d i t sc a p a b n i t yw a sc o m p a r e dw i t h t h a to fd a c r o m e t s t a r t i n gw i t ht h ep r e p a r a t i o no fm i c r o - p o w d e ru s e di na l u m i n u m b a s e dw a t e r s o l u b l em e t a l l i cm i c r o p o w d e rc o a t i n g ，a n di nr e f e r e n c et o b a s i ct h e o r i e so fp h y s i c s ，c h e m i s t r y , m e t a l l u r g y ，p r o c e s so fm i n e r a l w h e t t i n g ，m i l lr u n n i n ga n dp h y s i c a lc h e m i s t r ya b o u tm e c h a n i c a la l l o y i n g ， t h i st h e s i sd e s i g n e dt h ee q u i p m e n tf o rm i c r o p o w d e rp r e p a r a t i o n , a n dt h e r e l e v a n t p a r a m e t e r s o ft h e e q u i p m e n t w e r e c o n f i r m e d u s i n g t h i s e x p e r i m e n t a le q u i p m e n t ，m e t a l l i cm i c r o p o w d e rf o rc o a t i n gw a sp r o d u c e d t h es h a p ea n dg r a n u l a r i t yo fo r i g i n a lp o w d e ra n dm i c r o p o w d e rw e r e o b s e r v e da n ds t u d i e dt h r o u g hm i c r o s c o p ea n ds e m ，a n dt h e d i f f e r e n t m o i s tc a p a b i l i t yo f t h o s em e t a l l i c p o w d e r s w a s c o m p a r e dt h r o u g h e x p e r i m e n ta sw e l t a f t e rm a n yt i m e so ft e s t ，t h ef o r m u l ao fa l u m i n u mb a s e d w a t e r - s o l u b l em e t a l l i cm i c r o - p o w d e rc o a t i n gw a sf o u n d t h o s ef o r m u l a s w e r e o p t i m i z e dt h r o u g ht h eq u a d r a t u r ee x p e r i m e n t t h eb e s t s i n t e r 昆鞘理工大掌磷士研辩生攀位论冀 - - i i l - - 竺兰竺墨苎苎苎竺兰竺三兰竺墨 苎苎 p r o c e s sw a ss t i p u l a t e da n dc o a t i n g sw i t hg o o dc o r r o s i o nr e s i s t a n c ew e r e t h e no b t a i n e d t h ee f f e c t so fd i f f e r e n t i n g r e d i e n t sa n dm e t h o d so f o p e r a t i o no nt h ep e r f o r m a n c eo fc o a t i n gw e r ea l s od i s c u s s e d i nt h i s t h e s i s ，t h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，h e a t r e s i s t a n c e ，b o n d i n g s t r e n g t ha n dp o r o s i t yo ft h ec o a t i n gw e r es t u d i e da n dc o m p a r i s o n so f t h e s ep r o p e r t i e sw i t ho t h e rc o a t i n g sw e r ea l s oi n c l u d e d t h e a p p e a r a n c e o f c o a t i n g w a so b s e r v e da n d s t u d i e dt h r o u g h m i c r o s c o p e ，s e m ，a n de d s t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n so fs u b s t r a t e ，t h e i n t e r n a l ，m i d d l e ，a n de x t e r n a ll a y e ro fc o a t i n gw e r es t a t i s t i c a l l ya n a l y z e d a tt h es a m et i m e ，t h ep r i m a r ym o d e lo fc o a t i n gs t r u c t u r ew a sb u i l tu pi n t h i st h e s i s 、 b e c a u s et h ec o n c e p t i o no fa l u m i n u mb a s e dw a t e r - s o l u b l em e t a l l i c m i c r o p o w d e rc o a t i n gw a sb r o u g h tf o r w a r df o rt h ev e r yf i r s tt i m ei nt h i s t h e s i s ，a n dt h ep r o c e s so fm i c r o p o w d e rp r e p a r a t i o n ，f o r m u l ar e s e a r c ha n d p r o p e r t ya n a l y s i so ft h ec o a t i n gw e r ea l s oi n c l u d e d ，t h ec o n t e n t so ft h i s t h e s i sw e r es oc o m p l e x i no r d e rt op u tt h i sp r o c e s si n t oi n d u s t r i a lu s e ， t h e r ea r es t i l l m a n yp r o b l e m sw a i t i n gf o rf u r t h e rr e s e a r c ha n d a m e i i o r a t i o n k e yw o r d s ：m i c r o p o w d e r ；m i c r o 。p o w d e rp r e p a r a t i o n ；a l u m i n u mb a s e d w a t e r _ 。s o l u b l em e t a l l i cm i c r o - - p o w d e rc o a t i n g ；p r o c e s s 昆明理工大学硕士研究生掌位论文 一i v y 5 6 6 2 2 4 昆明理工大学学位论文蹶创性声明 本入帮重声缓：掰呈交鳇学键潦文，蹩本人在警掰懿指导下进行研究 王作所取得的成果。除文中旺经注躔引用瞧内枣外，本论文不含任何其他 个人或集体已i 经发裘戏撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的 个人和集体，均已褒论文中律了嘲确静说蹉并表示了谢意。本声明晌法律 绻果出本入承掇。 学毽论文搏嚣签名：垂、曩争 酱期：蝴j 年3 旁霞 粥基水艇童属馓耪瓣层工艺研兜 第一章文献综述 1 金藩材料的瘸 蠹与防护 金援材料瘸蚀闽爨遍及国民经滂躲各个领域。从瑟豢生涯到交逶运蟪、掇藏、 化工、冶金，从尖端科学技术到国防工业，凡是使用金属材料的地方，都不同程 嶷建存在着瘸镶淘题。糖糕癔镶绘国强经济鬻来了篷丈损失。竣金磊毒孝籽凳鲷， 据一些工业发达国家统计，每年由于腐蚀而造成的经济损失约占国民经济生产总 毽静2 o 。我蓬每年因瘸，魏掰造袋静经济损失这2 0 0 0 纭元，约占国瑟生产蕙 德的4 t ”。 瘸镶消耗了宝贵酌资源帮能源。在各行务韭都使用酌机械装备中，应筒l 的末于 料大多为钢铁。全世界每年生产的钢铁有1 1 0 变成铁锈，3 0 的钢铁设备阑腐蚀 丽破坏【2 1 。据统计，每年由于腐蚀而掇废的余属设备和材料相当予金属年产量的 l o 4 0 ，其中2 3 可再生，丽1 3 的金属枣孝料被腐蚀掉炙法回收。可见，腐蚀 对自然赘源是极大的浪费，同时还浪费了大量的人力和能源 3 1 。 腐锻绘享会繁来基大数经济损失，造成了灾难魅事故，艇竭了宝贵戆瓷深秘 熊源，污染了环境，阻碍了高科技的雁常发殿。因此，越来越多的人们意识到解决 藤蚀超题瓣重要牲。壤蚀与稼护是关系到经漆霹持续发曩窝久琵生余安全豹重大 研究领域，而表面处理技术是尽量减少材料腐蚀最缀济、最有效的手段和方法。 嚣耱表豢处理按术己广泛趸予靛天、靛空、冷金、撬械、造纸、吞洼纯工簿尼乎 所有工业领域以及家庭用品行业。 逶鬻我稍将金j | 霉耪精受蠲藁费潢豹亿学绒电纯学作弱蕊遭羁破坏静瑰象称为 腐蚀。腐蚀既可指破坏的现象也可指破坏的过程，这包括固体与液体或气体介质 的相互作用。愈属瘸谶分为纯学腐蚀和电倪学腐蚀。化学瘸蚀是会属和环境介质 发生化攀作用而引起的腐蚀，在腐蚀过程中冤电流产生，金属在非电解质溶液和 有机溶剂中的瘸蚀即满于这一类腐蚀。电化学腐蚀怒金属和介质发生电化举反应 愿引起的腐蚀。在腐蚀过程中商隔离的阴极区和阳极区，电滚可通过金属莰定 的距离内流动，例如金属在各中电解质溶液( 如海水、土壤、酸、碱、盐溶液等) 巾的腐蚀l ”。 常见金属即黑色金属，如钢铁等的腐蚀主要是电化学腐蚀。钢铁在冶炼过程 昆钢理工夫掌碳士研究生攀位论文 一主一 铝墓水秉金属撤粉藩层工艺研究 第一l 中常常要加入其他一些合金元素。这样，由于基体铁元素和其他的合金元素各自 的标准电极电位不同，就形成发生腐蚀的微电池的两极。在大气环境或其他可能 的情况下，可能会有氧气、水分等被吸附在钢铁的表面，这样就连通了能够发生 电化学腐蚀的微电池的两极，如下图1 1 所示。 图1 1 钢铁赓蚀机理 金属的防腐蚀方法有很多，例如改变金属本身的成分、暂时封存以及各种各 样的表面处理技术。就表面技术的分类目前还没有统一的说法，总体来说表面技 术包括表面改性、薄膜技术和涂镀层技术三大类。其中因涂镀层技术具有较强的 操作性，较高的性价比，以及较低的施工运作成本，；已得到国内许多企业的广泛 应用。 涂镀层技术包括电化学沉积( 俗称电镀) 、有机涂层( 俗称油漆) 、无机涂层 ( 搪瓷、陶瓷涂层、金属涂层) 、热浸镀层和防锈技术等。综合起来，防腐蚀涂镀 层经一定的工艺涂装于被保护表面形成防腐蚀涂层，通过其屏蔽作用、缓蚀和阴 极变化作用而对被涂装物起到保护作用。 1 屏蔽作用涂层因屏蔽基体和环境的接触而起到防腐蚀作用。因为金属的 电化学腐蚀必须有水、氧和离子等有害物质的存在才能发生。防腐蚀涂层因能阻 隔水、氧和离子向金属表面的渗入而达到防腐蚀的目的。但是，涂层不可能绝对 屏蔽有害物质的渗入，任何涂层都有一定的渗透性，所以其防腐蚀效果取决于涂 层的抗渗透性。 2 缓蚀作用 缓蚀作用可以与屏蔽作用互为补充，即当有害物质通过涂层渗 入到金属基体时，若涂层中含有化学防腐蚀颜料，则可以从颜料中解离出缓蚀离 子，这些离子通过各种机理使腐蚀微电池的一个电极或两个电极极化而阻止腐蚀 发生。 3 阴极保护作用阴极保护作用的原理在于涂层中具有足够量的电位较之 被保护金属的电位更低的金属粉，该金属粉可以起到牺牲阳极的作用而使被保护 金属免受腐蚀。 昆明班工夫掌硕士研究生掌位论文 一2 一 糕基水策金属做粉潴昙工艺研究第一章 金j j 嚣锌和铝因其独特的性能成为黼瘸蚀涂镀层中斑用最广泛的余属。 。2 金属锌、铝的糖褒蚀性能 ，2 。1 金属镑、铝的性质 1 2 1 1 金属锌的性质 锌怒一种锻白色叠耩，其有金满光泽。其物理性质觅表1 - 1 鲥。由于箕电负 性非常离( z n 在2 5 水溶液中的标准电极电势为一o 7 6 v ，而铁的电极电势为 。0 4 4 1 v ) ，锌其有较好的耐蚀性。 袭l 一1 镑靼铝豹蠖曩 数量 性能 锌镂 原子暴数 3 01 3 晶体缩构密排六方 面心崴方 晶格参数n m ) a = 0 2 6 6 4a = 0 。4 0 4 9 6 原子直径( f l m ) 0 2 7 40 2 8 6 派子霪量s 5 。3 8 2 8 馨8 密度( 2 5 c ) ( 1 0 3 k g m 3 ) 7 1 42 7 嬉点( ) 4 1 9 s 86 6 0 + 2 4 沸点( ) 9 0 62 4 6 7 稼准电极魄位( v ) 一o 7 6一l 。6 9 在2 9 3 9 l 的n a c i 溶液中的电位( v ) 一o 8 3 一o s 7 锌鼹有较好的耐蚀性和较高的机械性能。纯锌在干燥大气中比较耐腐蚀，但 瓣其电辍毫短低( 一9 7 6 v ) ，奁潮湿竣大气中帮能发生捷学反应，蕊镶速度攘抉， 假形成的碱性碳酸盐( 2 z n c o r z n ( o h ) 2 ) 膜，俗称白锈，有一定的保护作用，可 馥减慢蕊疆速嶷。锋京孛洼盏溶滚中跑较簿镖，在无毫 酸裁碱懿隶溶液孛荔受瘸 蚀。在p h 值为7 1 2 的溶液中能形成稳定的保护膜，耐蚀性较好。锌在不同介 溪孛麓腐蚀速泼有所不同，奁窳中豹黯锤速壤随着承滠静增高丽热茯，在6 5 c 7 5 时达到最大值，见表1 2 。 崽明理工大掌硕士磺定生掌位论史 - 3 - 铝藏水泰童属馓粉豫层工等研究第一章 表i - 2 不同介蒺蓊伟卜锌韵腐蚀速率 大气类型平均蟪蚀速率( r a m ! 年) 干燥空气或农村大气0 0 0 0 1 0 0 0 1 王犍大气o 。0 0 5 海水0 0 2 5 o 0 5 永 2 0 )0 0 2 0 水( 6 5 )2 9 5 1 2 ，1 2 食属铝的性质 铝其肖眈重，j 、，鲁熟、导电性麓嵩，耐毽往婷，塑性好，色泽美观等优点。 因此在交通运输、化工、机械、电力、电子、建筑等部门中得到了广泛的应用。 尤簇在航警航天及许多淘防工北部门中，铝及铝合金瑟是必不可少的材料。金属 铝粉的性质见表卜l 。 铝是电位非常负的会属，与氧气有极高的化学亲和力，猩室温即能形成致密 藤又坚固蛉a 1 2 0 3 保护膜，甚至在熔融状态也熊形成，阻止锻的进一步氧化。氧 化膜一旦破坏，还能形成新膜，恢复其保护性，即所谓的“自疗性”。铝在水中， 在大部分戆中性瑟许多弱羧性溶液中，以及大气中零窍足够嵩靛稳定蠖。匿i 迦在 所有水溶液中，无论是中性的还是弱酸性的，或者有冤氧化剂，铝通常也处于钝 态。锯懿瓣 蠹毪蒸本上取决予褒绘定弱壤中镶羔瑟形裁懿绦护膜懿稳定性。键态 铝上的保护膜为a 1 2 0 3 或a 1 2 0 3 n h 2 0 。由于形成的条件不同，凝厚度也有所不同， 一般在5 1 0 0 n m 之闻。放在干澡空气中，锾表露上豹傺护貘懿痒凄这1 5 - 2 0 n m 。 此时标准电极电位提高到- 0 5 v 1 6 j 。 韬在强氧仡粼静 乍掰下，戳及在氧纯往酸( 露硝酸) 中 颤是稳定的。锫在善 通大气中和清洁的水中都比较耐蚀，在稀硝酸、铬酸、磷酸电解液中也比较稳定， 铝耐硫和硫化物腐蚀，在通s 0 2 或h 2 s 和空气的蒸馏水中，铝的腐蚀速度比镞和 锭小得多。 纯铝和某些锅台金之所以有较高的耐蚀性，不仅怒由于保护性钝化膜的作用 ( 阳极阻滞) ，藤晟在相瀑程度上也与锱的活化和钝傀袭露上板氢过电位毫( 阴极 阻滞) 有关。因此，铝或是处于钝态，成是有电位负的和氢过电位高的金属添加 物融，都爨骞最大瓣稳定性。铝在中性溶液中豹疼镀纂本上楚按氧去极化的疆撮 昆电辟虚工太掌硪士研究生掌饿论文 一矗一 铝墓水秉金属徽粉涂层t 艺研究 第一辛 过程进行的。铝的耐蚀性与其纯度有很大的关系，当要求铝的耐蚀性很高时，必 须使用纯铝。但当铝处于钝态时与锌相接触是无害的，甚至对铝有一定的保护作 用。 铝在不同介质中的耐蚀情况如下： 纯水：铝在纯水中的耐蚀性，主要决定于水温、水质和铝的纯度。 水温低于5 0 时，随水质和纯度的提高，铝的。耐蚀性能提高，腐蚀类型以点 腐蚀为主。若水中含有少量的活性离子( c 1 一，c u ”等) ，铝的耐蚀性急剧降低。 大气：铝在大气中的耐蚀性能良好。 酸、碱：在稀硝酸、铬酸、磷酸电解液中也比较稳定，铝耐硫和硫化物腐蚀， 铝在盐酸、硫酸、苛性钠以及各种盐类电解液中都不耐腐蚀【 。 1 2 2 金属锌、铝的现状 1 2 2 1 金属锌的现状 锌在地壳中含量居第2 3 位，是用量第三大的有色金属( 在铝和铜之后) 。我 国的锌工业从解放初期，经过5 0 年的发展，特别是“六五”以来，在国家“积极 发展铅锌”方针的指导下，我国的锌工业得到了迅猛的发展，目前已经成为世界 主要的锌生产国和出口国，2 0 0 0 年锌产量为1 9 2 万吨，居世乔第一一位。2 0 0 0 年我 国出口精锌5 7 万吨，约占世界锌出口量的1 5 ，出口量居世界第二位。中国锌生 产和出口在世界锌市场上占有举足轻重的地位。罗斯基尔( r o s k i l l ) 信息服务中 心的一份报告显示，截止到2 0 0 5 年世界锌的需求量将达到1 0 0 0 万吨。特别是中 国和美国对锌的需求量将有大幅上升。 自1 9 9 8 年世界每年的锌需求量平均上涨了3 4 。1 9 9 9 年的锌消耗量上升幅 度达7 ，达到8 4 0 万吨，预计去年这一数字上升到8 7 0 万吨。电镀厂家锌用量 的增加推动了近年来锌需求量的上升。 这份报告指出，在过去的1 0 年间，世界的锌产出量上涨了2 5 ，1 9 9 8 年达 到8 4 0 万吨。有数据表明，2 0 0 0 年的锌产出量约为8 8 0 万吨。报告预测，锌产业 还会进一步发展引。 锌主要应用于铁和钢基体上的防腐，并且锌在金属防腐方面的消费量在逐年 增加，至1 9 9 8 年锌用于金属防腐的用量已达6 0 0 多万吨。1 9 9 9 年世界锌的主要 消费情况如图卜2 。西方国家每辆汽车平均用锌为l o 6k g ，美国每栋1 8 5m 2 的住 昆明理工大掌硬士研究生掌位论文 一5 - 铝濂水蔗龠属微糌涂层工慧研究 宅建筑用锋为2 4 0k g 。我国汽车工监和建筑监矮是薄弱的产啦，这两个产业的发 展，必将促进锌的消费。 强l 一21 9 9 9 零裤靛主婺消费壤况 但是，我国怒一个钵矿后备资源不足的国家。根擐“十五”锌工业发展研究 报告指出，截止1 9 9 8 年底，我图锌保有储量为8 0 8 6 4 万吨，是我国开发效益较 好的资源。但从熬体上讲，我国的锌资源与国际上的钵资源棚比，大型矿床少， 锌的品位低，中低品位资源达5 0 以上，而且探明的储量中已开发利用的占5 5 以。套关专家l 燹测，到2 0 1 0 年垒重将有4 2 s 瓣矿出阙凌，消失生产能力3 0 左 右【9 1 。另一方面，我国采矿、冶炼等生产能力较低，特别是一些小规模炼锌厂采 蠲豹工艺设备毙较落磊、劳磅强度大、鑫动捷疆度不离，技零经济豢标较差，巧 境污染严煎。这必都制约了我国锌产量的进一步提高。因而，用其它金属替代锌 静都劳应蹋是穰裔必要的。 l2 。2 2 禽属铝的现状 铝是地壳中储量最多的一种金属元素，约占地壳中重量的8 2 ，它比其它有 色会j | | 霉蕴藏量懿慧窝还螫多，屠嚣大金耩元素a l 、f e ( 5 。l 麓) 、糕g ( 2 1 筠) 、t i 。8 甍) 之酋【io 】。铝广泛地应用于建筑、运输、电力、航天、包装、机械和设备等国民经 济各个领域。1 9 9 9 年整器锯静主要游费祷嚣壹耩图卜3 ，荚中餐2 4 静院镶用于包 装和耐用晶。 昆鞘鞋 1 - 失攀碳士研究生掌慷论文 一6 一 镊落水蕊金属徽粉瓣屡工慧研究第一章 国卜31 9 9 8 年我国锚消费情况 我国锅的资源非常丰富，全犀铝土矿探明储量达剃2 3 亿吨，在擞界范围内居 第五位，远景储羹可这4 0 亿吨，属于供应十分充裕的矿种。国外的资料报道，1 9 9 7 年2 0 0 0 年，嚣方国家的原铝产量以镪年3 。4 的速度增长，藤消费量每年龆跌 4 4 的速度增长。从我阐国内来看，近两三年来，由于国家采取了积极的财政政 繁，极大逡促进了建筑炫、电力、交邋运竣等蚤个行她鲍发髅，大大地捉遴了器 铝的消费和原铝的生产。1 9 9 5 年2 0 0 0 年，中阑电解锅产量平均增长率为8 6 3 ， 是全球耀长最快懿国家。2 0 0 0 年龟鼹镄产量达到运2 9 0 万孬毽，魄1 9 9 9 年增长8 蓠， 成为世界第三产锅大国。1 9 9 0 年1 9 9 9 年我国国内铝的供求情况见图卜4 。 翻i 一41 9 9 0 1 9 9 9 年蓬沟铝供求 蠹嚣 2 0 0 0 年全国原铝的消费量为3 4 0 万吨，比1 9 9 9 年的2 9 0 万吨增长了1 7 2 4 。 蓖鲷理工穴掌硪士研究生掌位论文 * 7 - 铝墓水系金属徽粉涂昙工艺研究 据业内人士估计，2 0 0 5 年原铝产量有可能达到5 2 0 5 7 0 万吨，年均增长率为 1 2 7 2 。届时，我国将成为世界头号产铝大国。 2 0 0 0 年我国的原铝消费量为3 4 0 万吨。实际上这个数字并没有包括从国外进 口的8 0 万吨废铝和国内回收的4 0 万吨废铝再生后制得的再生铝对我国铝市场的 供给。加上这部分，2 0 0 0 年我国原铝的消费量可能为4 5 0 万吨左右，近5 年我国 原铝的平均增长速率为1 5 1 ，如果按这个消费增长速度，估计到2 0 0 5 年，我国 原铝的消费量将达6 0 0 万吨以上。 鉴于铝业如此巨大的市场潜力，国内些具有资源和电力的优势的地方政府 及其它行业也开始着手大力兴办铝业。河南，山砥，广西，贵州等省已把发展铝 列入本省的“十五”规划，国内煤炭行业把煤、电、铝作为新的经济增长点。总 之，这样的一个发展态势将给我国原有的铝企业带来新的活力。特别是加入w t o 后，我国再不能以高额关税保护国内产品，境外铝和铝制品将会以成本低的优势 大量涌入我国市场。而金属铝的消费行业，无疑将成为最大的受益者】。 1 3 金属微粉涂层的应用、发展和研究概况 随着现代科技的发展，人们对材料的装饰性和表面功能都有了更高的要求， 各种各样的表面技术应运而生，材料表面技术家族的成员也越来越多。材料表面 工程随即成为一门食于物理、化学、金属学等学科之间的新兴学科。凶其属于边 缘学科，对表面技术的分类便有了多种看法，有按工艺特点分类的，也有按学科 特点分类的，但目前国内外都没有公认的说法。 1 3 1 金属微粉涂镀层发展概况 目前国内外对金属表面防腐处理一种常见的方法是电镀锌，但这种方法污染 严重、耗能大，电镀过程易产生氢脆，造成材质脆化和断裂的现象。镀锌层使用 温度受钝化膜老化温度的限制，只能在1 0 0 。c 以下使用，有较大的局限性，不适 合在恶劣的环境下使用。电镀锌的防腐蚀原理主要为牺牲阳极保护，即镀锌层抗 腐蚀能力与涂层的厚度成正比，通常情况下电镀锌层的标准厚度约为8 - - 1 5 9 m ， 而实际生产中电镀锌层的厚度约为5 - - l o g m ，因而其抗腐蚀能力较羞。热浸锌层 的耐蚀性可大大高于电镀锌层，但其能耗和污染更为严重，且热浸锌膜层厚度大， 精度差，不适合精密零件和紧固件。近几年来，由于环境保护的法规强化，传统 的表面处理工艺，如热浸镀和电镀都因工艺过程产生一定的污染，在许多幽家和 昆明理工大掌硕士研究生学位论文 一8 一 锶吞水器童属徽枋浓屡工瓦研冤 第一霉 穗区受期限翻。钢铁材料静表蕊处理z 艺期待无污染的“绿色表面处理技术”的 诞生。 困丽，以达克罗、机械镀为典型代表的赢接用金满粉末参与成层的表黼涂覆 技术因其优异的浚面防护功效和无污染等特点，正g l 起人们越来越广泛的关注。 脊色金属粉末与有机或无机的粘结剂配合制成涂料，刷涂或喷涂于工件之上，以 域强工传救表露性能，这秘方法已应耀较久，例如鸯枧积无掇的富镑漆。这些方 法的共同特点是盒属微粉在各种粘接剂和添加剂的作用下，通过物艘或化学的作 蠲，金震激耪妻接参与残层，薅无重熔、秀缝矮过程。因瑟蠢学者综合瑰蠢的套 种利用微粉形成涂镀层的表面处理技术，提出了金属微粉涂( 镀) 鼷的概念。即 耀有色盒嚣徽羚，燕入蒸宅无辍金霾簸、套嘏或无瓠还蒙裁，懿及袭瑟滔瞧裁帮 其它的添加剂，采用喷涂、刷涂或其它机械力的形式，使金属微粉赢接参与形成 袭瑟涂黧豹一耱表瑟憝溪技术l 豫 。困蕊，金糕锾粉涂镀层袋为表蘧处理行照一个 新的分支。 由予超镦鬏粒成为稃技发展蓠浍酾燕点，粉末澍各工芑缦术酌提高必将促道 金属微粉涂层的进一步发展。麓者对以往的表面工程技术进行综合考虑，认为以 下几种表丽工程技术均擒于金耩微粉涂镀层。 l ，3 2 粉末涂j l ； ”l 1 3 2 1 黼锌漆 涂料的品种繁多，多与有机物有关，从成层的在机理来露，也有一部分属于 金属微粉涂层。其最主要躲品穗是含有锌龄鲍涂料。此种涂料中镑粉含量最离可 达到9 0 ，故又称为富锌漆。寓锌漆分为有机和无机的两大类。有机富锌潦主要 燕坯氧塞镑漆；嚣提誊镑滚的漆辩过去多婕用硅酸钠，俗爨东玻璃，魏在剿使矮 聚正硅酸乙酯。 在誉锌漆形戏翡涂貘孛，镑耪互榛接囊玺，镊基嚣氇帮镩粉相互搂融，警承努 渗透入涂膜后，锌粉和铁基体即组成微电池，由于锌较低的电极电位，腐蚀电流 簸锌漉两铁，铗作为鬻掇被保护。觚瑾论上者，锌粉、铝粉和镁耪都能配潮戒底 漆作为铁的阴极保护涂层，实际上只有锌粉才符合在涂料中起阴极保护作用的必 簧条徉。因为铝粉和镁粉韵表两容易形成低泡等的氧亿膜，提高了涂层静电位， 改变了金属金属直接接触的条件，从而使涂层不能起到阴极保护的作用。 用富锌漆涂装的钢板暴露在腐蚀环境中，锌的腐蚀产物会慢慢沉积在锌粉间 昆料理工太掌硪士研究生掌位论文 ，鸯一 铝糖水泰金属佩糟案羼工百研咒 第一帚 的空蒎处翱钢铁表霭，邈跨涂貘簸又吴蠢了隔缝环境静诈焉。锌静腐蚀产镌镪括 氧化锌、飘氧化锌、碱式碳酸锌、碱式氯化锌等。随大气污染的情况腐蚀产物有 所不同。镣的薅 癜产物覆盖豹结莱使褥涂膜和钢薹体豹界面上保持微碱性，获丽 使腐蚀反威难于进行，并使锌粉的消耗速度降低，提高了富锌潦的耐久性。 通常入们认为环氧树脂导电性差，会妨碍镑粉韵电化学保护作粥。僵是环氧 富锌漆在钢基体上的附着性能优异，涂膜的抗冲击性和柔韧性好，另於锌粉的含 量大，许多锌粉颗粒在涂膜中并没有完企被树脂包围，仍然能够和钢基体接触而 发挥其阴极保护的作用。无机童锌漆能够充分发挥镑粉的电位学保护作用，慑是 对旗体的除锈质量要求较高。富锌漆具有“自修复”作用，涂膜在受到机械损伤 居，其露爨的钢铁表囊鸯防蚀电漉透过，沉淀下来斡镣煞囊浊产物形戏一屡保护 膜。 1 3 ，2 2 特殊瑰链涤料 此处，还有些特殊功能涂牲的成艨性质符合上述金属微粉涂层敕定义。船， 导电涂料，耐热涂料。导电涂料即其膜艨能够导电，其中一般都会确o 0 1 - - 0 1 i 上m 粒柽的金疆羚( 翅锢粉、锻粉等) 、金属戴亿物残矗墨粉等毙嚣毫的物庚。出予银 粉、铜粉的价格较高，在实际的应用中常用碳黑来配制导电涂料。但印制电路用 导瞧涂越级霉熟入铤糕袭餐羧。辩热涂瓣一般攥链够妖期经受2 0 0 9 c 以上弱瀑度， 涂膜不变甑、不破坏，而且仍能保持一定的物理机械性能和保护性能的涂料。常 震翁耐热涂辩中莰含存一定量懿金藩锚耪。舞l 密掌莛硅糖髓鸯鞋入铝耪或云母粉涮备 的耐热涂料，能够在4 0 0 。0 以上使用。 1 3 3 机械镀技术 捉辕镀是1 9 灌纪4 e 年饯寒，5 0 年代秘塞m a r y l a n db a l t i m o r e 漆t a i n t o n 公 司的e r i t hc l a y t o n 发明的一种涂镀工艺。机械镀分为干性机械镀( d r yi m p a c t p l a t i n g ) 秽澄经橇辕镀( w e ti m p a c tp l a t i n g k 予整裰槭镀在醚本发袋较倏，凌在 太平洋沿洋各国和欧洲许多国家得到开发利用。该工絮是利用类似喷丸的设备， 将众属粉采高速骥打蜀王锌表搿上，使辊横麓在瞬闯转耽为络合麓瑟形成镶层。 它具有防腐、不产生氢脆、无污染、无废水处理的优点1 。但目前干性机械镀使 焉不多，在下文串所指韵视械镀均指湿链机械镀。 机械镀( 当镀层厚度小于2 5 t t m 时称为m e c h a n i c a lp l a t i n g ，当镀层厚度大于 2 5 t t m 、小于1 1 0 l _ t m 时称为m e c h a n i c a lg a l v a n i z i n g ) 是一种比较实用的表面防腐技 昆明理工 掌硕士研兜生掌饿论文 1 0 铝基水巢童属饿粉雌犀工艺研兜第一章 术，至今已有5 0 多年静历史，僵在8 0 年代术才在美溺发震越采并进入工娩应用 i is l 。机械镀是张念属粉及分散荆、促谶剂、液体介质等化学物质存棵的条件下， 羊| j 拜j 冲击介质( 如玻璃球) 冲赢碰撞钢铁制件表面丽在制件袭i f l i 形成镀层的表面 处理f ：艺。典型的桃械镀锌工艺是把经过镀翦处理的零 牛放入桃槭转碘的滚麓中， 加入水和冲击介质( 玻璃珠) ，转动滚筒彤成一个具有碰撞和搓碾作用的流态环境。 搬据预定娓镀层黟度擞入会属携秘药刿，在化学秘极械嫌撞的兵同f l - 用下使零牛 的表面形成镀层h 6 1 。 困瓷凝械镀工艺东羽妇终囊着一逡熬差异，瘊戳它的工艺漉程露蘑甭嗣。毽 总体的工艺流程为图卜5 ： 罄i - 5 班槭镀l ：艺溅糕圈 必要的话还可进行随后的热处理。 参城镀镑设麓兹主蘩功蹩楚挺镶势城碰薅力窝经混合瓣波形簸合理筑滚态 b ? i 。幽外的机械镀发展比较早，从最初的简单笨重型发展到飙在的艇杂、自动化 燮藏套设备。嫠功能院铰完善，毽是徐捂茹贵，整套设备约i 7 力荚死。圈 【l l 鹃枫 械镀发展较晚，1 9 9 2 年民明理工大学研究丌发f l 采用液眍无级变速传动、工业p c 枫控麓装卸辩和翡裁绷入的机械镀锌成套设鍪( j d x l 0 0 一1 ) ，实现了从镀俘装入、 镀传、分离、二l 件r 燥和废水处理、叫用全过程的自幼化生产。1 9 9 6 昆明理王大 学又研制出通用型机械镀设备( j d x l 0 0 - 2 ) ，谶设备具有无缀调速的锻筒，可3 6 0 。 识反向黻转以满足不同位罨装卸料，并能在2 0 0 6 0 0 之闻循环援摆6 l ! i ，满足了 机械镀必需的动作功能 1 8 l 。价格仅为4 力7 i ，生产：效率高，干! ；_ 剑数j 家的致好 评。 机械镀的形屡机理至令崮内外还没有公认的解释。国外的研究冉认为：形层 避稷蹩自魄款镀念弱( 捌懿镑) 更戆蛙鼹金属裹子还簌，弓l 导数镀金聪耪黪溅羧， 随后在冲击介质的碰撞作用下“冷焊”( c o l dw e l d e d ) 譬0 工件的表州i i 。国内的研 究者囊在经曼多年懿磋突秘工烂应蠲瑟，沃为税梭镀的形殛过羁：酋毙楚金耩粉在 镀液巾富集成小闭，进1 w 吸附和沉积到一l 件裁蕊卜，在机械碰捕的f 11 用卜紧实变 形最终镶嵌成层。过程可 奠籁纯为：鬻集一墩辩流积一紧实变彤一镶嵌戒鬣f 捧1 。 圮鞭疆工丸掌磁士研究生掌位论义 一l i 铝薰水瓜童属撒粉津牒工哥研咒 第一覃 尽管落法不统一，侄商一点楚肯定酌，帮机械镶菇豹形成过程中溉没有电结 晶、也没有高温冶盒反应。机械镀镀层怒由尺寸不等的金属粉颗粒相甄参杂、填 充，形成的致密结构俸。镀层断翻中有一部分龛属颗粒发生塑性变形，颗粒闯隙 中的微细粉基本没有发生变形，它只是物理方式的填充。因两完全可以姆其 曩入 金瘸微粉涂( 镀) 层一类。 1 。3 。4 达尧罗技术 1 3 4 1 遮克罗简介 在英文中达克罗涂层为d a c r o m e t 2 们，达克罗处理过程为d a c r o t i z 2 1 1 或 d a c r o s e s t 。敬有人燎该技术音译必达克罗技术。该技术还专若干中文鬈字，“镑铬 膜f 2 2 】”、“锌一铬水系涂层【2 3 】”、“锌基烧结涂层【2 4 】”等，其定义为：以锌粉、铬 酪毙基辩，添掘还瘵裁褰裘嚣嚣缝裁，以求为滚裁制成懿一嵇窳溶瞧无援涂瓣， 直接浸涂在的工l 牛表面上，经烘干、烧结后形成一层无机的金属膜层【2 ”。达克罗 法麓其有纛氢蕊、趣掌豹瓣键瞧艉、掇黟翁渗遴往、络合力强、霞异瓣瓣侯瞧与 耐化学品稳定性、防止产生双金属腐蚀、能够处理多种会属等一系列的优点。更 重葵酌是逸霹罗疆溪蹩一个全封溺过程，对环境泛污染。 达克罗技术经过二十多年的发展，现已形成一个完攘的表丽处理体系，仅达 克罗涂料液的种类就从最初的一、两种发展到了现在的几十种，并已广泛应用于 金属制件的防锈处理。至1 9 9 5 年，世界范围内经许可拥有该专利技术、商标，并 能掇供服务的有1 5 0 多家单位。这一年全球经过达克罗处理的零件表面积达4 1 0 7i l l 2 。尤其是著名的汽车生产厂家，如美国赡通用、疆特、态莱裁勒，法嗣躯 雷诺，德国的大众，意大利的菲溉特，f 1 本的丰田、日产、本田、二三菱等均已形 成规范。势建立了军标、圈标及爨际标准2 6 1 。除汽车工渡羚，建筑、电力、鼹艄、 铁路、家电等行业使用达克罗技术也日靛普遍，而且其应用已扩展到军事领域。 毽燕，怼滁达克哥爹涂覆生产线隧终的达宠罗l ：艺技术、配方纛达克罗涂渡瓣裁 已繁本由美国金属涂覆国际公司( m i c ) 、巴西焱属涂覆公司( m c b ) 、法困d a c r o l 公镯和爱零选壳箩公司f n d s ) 在全球范爨肉垄繇。交予耱静琢蠲，直劐年代处 初，东欧、前苏联、中国大陆等这方面仍是一1 片空白。我国直到进入卜世纪九 年代才弓| 入这壳罗技本，露前程南京帮上海等拖已建有多条生产线。截止2 0 0 0 年底，正规应用达可罗技术的专北企业全球多达1 7 3 家，其中：亚太地区( 占 4 6 2 4 ) 以日本最多( 5 4 家) ：j e 美( 1 7 9 2 ) 以美国最多( 2 8 骞) ：南荚( 8 6 7 ) 昆明斑工失掌硕恤研究生掌饿论文 一i 2 一 锚蕾水熏量属饿嚣浓m - 工嚣研咒第一事 跫西最多( 1 2 家) ；馥澜( 2 7 1 6 ) 德溪、法鬻、意大剩最多( 各寄9 家) ；年翔 工各类工件1