热浸镀及相关技术研究(高波,李世伟)思维导图
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第五章热渗镀第一节概述及方法定义:用加热扩散的方法把一种或几种元素渗入基体金属的表面,形成一扩散合金层,这种方法叫渗镀。
所形成的镀层叫做渗镀层(简称渗层)或扩散渗镀层。
热渗镀材料的选择范围很宽,渗入不同元素可得到不同组织和性能的表面(如耐蚀,耐磨,耐氧化等)。
热渗镀的特点:镀层的形成主要依靠加热扩散的作用,所得镀层(渗层)与基体金属之间是靠形成合金来结合的,即形成冶金结合,因而结合非常牢固,镀层不宜脱落。
热渗镀方法很多,以与工件相接触的介质来分:有固渗、液渗和气渗,它们都属于直接渗镀方法;也可以联用其他涂层方法,可分为:电泳渗、膏剂渗、喷镀渗、电镀渗、化学镀渗和真空渗等。
一、固渗法(一)粉末包渗法粉末包渗法是固渗中最普通的方法,也是历史最为悠久的渗镀法,至今国内外仍以此法的应用为最多。
这种方法很简单,就是把工件埋入装有欲渗金属粉末、防粘结粉末和活性剂的混合物(粉末渗剂)的容器中,然后密封容器高温加热即可。
图5-1 粉末包渗示意图在粉末包渗法中,一般都要在粉末中加入防粘结剂(如Al2O3)和活化剂,这主要是为了避免烧结使得表面难以清理。
活化剂一般为卤化物,如NH4Cl,NH4Br等。
我们以NH4Cl为例来看看其原理:设A表示二价基体金属,b-欲渗二价金属,则在加热时容器中会发生下列反应:NH4Cl ---> NH3 +HCl2NH3 ---> N2 +3H22HCl + B ---> BCl2 + H2卤化物分解生成的N2和H2会排除容器内的空气,造成还原气氛,HCl和B反应生成BCl2。
随着加热的进行,BCl2气化,与基体金属A反应,生成活性原子[B] BCl2 + A ---> ACl2 + [B]活性金属原子[B]随后扩散进入基体金属的表面,与基体形成表面合金镀层。
优点:设备简单,操作容易,适用于形状复杂的工件的渗镀。
缺点是:尺寸和数量受限制,效率低,处理温度高,时间长,基体强度有所降低,并且粉尘使得劳动条件恶化。
电镀技术在染料敏化太阳能电池中的一些应用:2013海峡两岸电子电镀会议上台湾清华大学和大同大学教授在关于太阳能电池的研究动态的两篇报告:《结合表面改质与奈米铂触媒并应用于染料敏化太阳电池之对电极量产制程开发以及《Pt-and TCO-free flexible counter electrodes for dye-sensitizedsolar ce lls》中开创了两阶段浸镀法(two-step dip-coating)制作纳米岛状Pt对电极并成功用于玻璃基板染料敏化太阳能电池之对电极:本方法不仅铂使用量极低且制程简单,更具有优异的催化性能及耐久度,是染料敏化太阳能电池对电极技术中,最具有竞争性的一种。
超临界流体在表处理中的应用:超临界流体是指温度与压力均超过临界点的一种特殊状态,特别是超临界二氧化碳流体,公认是一种绿色的溶剂,在其中可获得性能优越的金属镀层,在前处理方面也有极好的效果。
当它与离子液体联合应用时可以大为拓宽其在金属电沉积方面的应用范围。
上海大学鄢浩副教授在这方面做过不少开创性工作。
离子液体中电沉积:离子液体即在室温或近室温温度下呈液态的完全由离子构成的物质。
从电沉积角度看兼备高温焙盐的水溶液的优点。
可以镀出水溶液中无法单独直接析出的金属,如Al、Ti、W、Mo。
上海交大郭兴伍教授课题组发表的---《氯化胆碱-尿素离子液体中Zn的电沉积行为及其在AZ91D镁合金上的电镀研究》指出此体系不吸水---很有发展前景;哈尔滨工业大学安茂忠课题组也有多篇有关论文发表;上海大学周尉副教授也在开展研究工作。
硅烷复合稀土转化膜技术以及双层膜技术有重大突破:硅烷复合稀土转化膜技术是一项环保并有可能取代传统的铬酸盐和磷酸盐转膜的转化膜新技术。
其保护特性很好,只是有机硅膜的稳定性有待进一步提高。
在2013北京慧聪网表面处理报告会上,Chemetall公司推介了一项Oxsilan技术,已在汽车生产表处理过程中完全取代了传统的高污染的磷化工艺,已在全球多个国家数十条生产线上应用。