表面涂层与处理.pptx

2023/3/301 表表面面性性貌貌分分析析：主主要要由由各各种种放放大大率率和和分分辨辨率率极极高高的的显显微微镜镜来完成。来完成。表表面面成成分分分分析析：包包括括测测定定表表面面元元素素组组成成及及元元素素在在表表面面与与沿沿纵向深度分布、表面元素的化学态。纵向深度分布、表面元素的化学态。表表面面结结构构分分析析：探探知知表表面面晶晶体体的的原原子子排排列列、晶晶体体大大小小、晶晶体取向、结晶对称性等晶体结构信息。体取向、结晶对称性等晶体结构信息。表表面面电电子子态态分分析析：表表面面电电子子能能级级分分布布和和空空间间分分布布不不同同于于体体内。内。表表面面原原子子态态分分布布：主主要要对对表表面面原原子子或或吸吸附附粒粒子子的的吸吸附附能能、振动状态及其在表面的扩散运动的能量或势态分析。振动状态及其在表面的扩散运动的能量或势态分析。一、表面分析一、表面分析第1页/共24页2023/3/302 二、表面分析仪器：表面分析仪器：1 1 1 1、显微分析仪器、显微分析仪器 光光学学显显微微镜镜由由于于受受到到波波长长的的限限制制，其其分分辨辨率率和和放放大大倍倍数数已已不不能能满满足足现现代代科科技技发发展展的的要要求求。为为此此相相继继出出现现了了一一系系列列高高分分辨辨本本领领的的的的显显微微分分析析仪仪器器，其其分分辨辨率率大大大大提提高高，可可以以达达到到原原子子尺尺度度水水平平（约约0.1nm0.1nm0.1nm0.1nm），更更值值得得一一提提的的是是，他他们们在在获获得得高高分分辨辨图图像像的的同同时时还还可可以以获获得得物物质质图图像像的的其其它它信信息息（如如图图像像显显示示、结结构构分分析析和和成成分分析等）。分分析等）。第2页/共24页2023/3/303（1）透射式电子显微镜（）透射式电子显微镜（TEM）电子被加速到电子被加速到100kev时，其波长仅为时，其波长仅为0.37nm，为可见光的十，为可见光的十万分之一左右，因此用电子束。成像，分辨本领大大提高。万分之一左右，因此用电子束。成像，分辨本领大大提高。现在电子显微镜的分辨本领可高达现在电子显微镜的分辨本领可高达0.2nm。（2）扫描电子显微镜）扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜是扫描电子显微镜是1965年发明的较现代的细胞生物学研究年发明的较现代的细胞生物学研究工具，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，工具，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。第3页/共24页2023/3/304（3）扫描隧道显微镜（）扫描隧道显微镜（STM）它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外，扫描隧道显微镜在低温下（更加高的分辨率。此外，扫描隧道显微镜在低温下（4K）可以）可以利用探针尖端精确操利用探针尖端精确操 纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。量工具又是加工工具。（4）原子力显微镜）原子力显微镜(AFM)根据扫描隧道显微镜的原理设计的高速拍摄三维图像的显根据扫描隧道显微镜的原理设计的高速拍摄三维图像的显微镜。可观察大分子在体内的活动变化。微镜。可观察大分子在体内的活动变化。第4页/共24页2023/3/305(5)扫描透射电镜（扫描透射电镜（STEM）和分析电子显微镜（）和分析电子显微镜（AEM）将扫描电子技术应用到透射电子显微镜形成了扫描将扫描电子技术应用到透射电子显微镜形成了扫描透射电镜，在此基础上结合能量分析和各种能谱仪就构透射电镜，在此基础上结合能量分析和各种能谱仪就构成了分析电子显微镜。成了分析电子显微镜。第5页/共24页2023/3/3062、衍射分析方法、衍射分析方法衍射分析方法是以结构分析为目的的分析方法。衍射分析方法是以结构分析为目的的分析方法。（1）X射线衍射（射线衍射（XD）用用X射线衍射分析已知化学组成物质的晶体结构时，可用射线衍射分析已知化学组成物质的晶体结构时，可用X射线衍射峰的掠射角，求出晶面间距，对照射线衍射峰的掠射角，求出晶面间距，对照PDF卡，分析卡，分析出被测物质的晶体结构。出被测物质的晶体结构。（2）电子衍射（）电子衍射（ED）电子衍射技术能使电子衍射技术能使X射线射入固体较深，一般用于三维晶体射线射入固体较深，一般用于三维晶体和表面结构分析。和表面结构分析。第6页/共24页2023/3/3073、X射线光谱仪和电子探针射线光谱仪和电子探针（1）X射线光谱仪射线光谱仪在在X射线分析仪器中，除了主要用于晶体结构分析的射线分析仪器中，除了主要用于晶体结构分析的X射线射线衍射仪之外，还有用于成分分析的衍射仪之外，还有用于成分分析的X射线荧光分析仪。所谓射线荧光分析仪。所谓X射线荧光分析仪就是用射线荧光分析仪就是用X射线作为一种外来能量打击样品，射线作为一种外来能量打击样品，使试样产生波长大于入射使试样产生波长大于入射X射线的特征射线的特征X射线，而后经分光射线，而后经分光作定性和定量分析。作定性和定量分析。（2）电子探针）电子探针电子探针具有分析区域小，灵敏度高，可直接观察选区，电子探针具有分析区域小，灵敏度高，可直接观察选区，制样方便，不损坏试样以及可作多重分析等特点，是一种有制样方便，不损坏试样以及可作多重分析等特点，是一种有力的分析工具。力的分析工具。第7页/共24页2023/3/3084、电子能谱分析方法、电子能谱分析方法（1）俄歇电子能谱分析仪（）俄歇电子能谱分析仪（AES）俄歇电子能谱分析仪主要用于固体表面几个原子层内的成分俄歇电子能谱分析仪主要用于固体表面几个原子层内的成分、几何结构和价态的分析。分析灵敏度高，数据收集速度快、几何结构和价态的分析。分析灵敏度高，数据收集速度快，能测出，能测出He以后的所有元素，目前已成为表面分析领域中应以后的所有元素，目前已成为表面分析领域中应用最广泛的工具之一。用最广泛的工具之一。（2）光电子能谱）光电子能谱以一定能量的以一定能量的X射线和光照射固体表面时，被束缚于原子各射线和光照射固体表面时，被束缚于原子各种深度的量子化能级上的电子被激发而产生光电子发射。所种深度的量子化能级上的电子被激发而产生光电子发射。所发射电子的动能随电子原所在能级的不同而异，形成所谓光发射电子的动能随电子原所在能级的不同而异，形成所谓光电子能谱。电子能谱。第8页/共24页2023/3/3095、二次离子质谱分析（、二次离子质谱分析（SIMS）当一束加速的离子束轰击真空中的待分析样品表面时，会当一束加速的离子束轰击真空中的待分析样品表面时，会引起表面的原子或分子溅射，其中带电离子称为二次离子。引起表面的原子或分子溅射，其中带电离子称为二次离子。将二次离子按质荷比分开并采用探测器将其记录，便得到将二次离子按质荷比分开并采用探测器将其记录，便得到二次离子强度按质量分布的二次离子质谱。可鉴别包括氢二次离子强度按质量分布的二次离子质谱。可鉴别包括氢在内的所有元素。在内的所有元素。6、红外吸收光谱和拉曼光谱、红外吸收光谱和拉曼光谱红外吸收光谱和拉曼光谱的测定是基于分子振动的的振动谱。红外吸收光谱和拉曼光谱的测定是基于分子振动的的振动谱。第9页/共24页2023/3/3010三、表面性能检测三、表面性能检测1、表面外观质量检测、表面外观质量检测(1)、表面缺陷检测、表面缺陷检测主要方法为目测法，有时也用低倍放大镜进行检测。主要方法为目测法，有时也用低倍放大镜进行检测。(2)、粗糙度检测、粗糙度检测表面粗糙度是指表面微观不平整高度的算术平均值。表面粗糙度是指表面微观不平整高度的算术平均值。通常采用表面粗糙度检测的方法有，比较法，针描法和光通常采用表面粗糙度检测的方法有，比较法，针描法和光学法及光反射法等学法及光反射法等(3)、光亮度检测、光亮度检测是指一定照度和角度的入射光作用下，表面反射光的比率是指一定照度和角度的入射光作用下，表面反射光的比率或强度。或强度。（1）目测经验评定法）目测经验评定法（2）样板对照法）样板对照法（3）光度计测量方法）光度计测量方法第10页/共24页2023/3/30112、覆盖层厚度测量、覆盖层厚度测量（1）库仑测量法）库仑测量法主要利用电解装置将作为阳极的覆盖层从基体上溶解出来，测主要利用电解装置将作为阳极的覆盖层从基体上溶解出来，测量溶解过程所消耗的电量。量溶解过程所消耗的电量。（2）磁性法测厚）磁性法测厚主要用于测量磁性基体上的各种非磁性覆盖层的厚度，也可以主要用于测量磁性基体上的各种非磁性覆盖层的厚度，也可以测定非磁性基体上的磁性覆盖层厚度。测定非磁性基体上的磁性覆盖层厚度。（3）涡流法测厚）涡流法测厚利用交流磁场在被测导电物体中感应产生的涡流效应进行厚度利用交流磁场在被测导电物体中感应产生的涡流效应进行厚度测量的一种方法。测量的一种方法。第11页/共24页2023/3/30123 3、覆盖层结合力测量、覆盖层结合力测量覆盖层结合力指层与集体之间的黏结强度。覆盖层结合力指层与集体之间的黏结强度。覆盖层结合力的评价有定性和定量两种方法，定性方法是覆盖层结合力的评价有定性和定量两种方法，定性方法是以覆盖层受力后是否起泡或从基体表面剥离来判断质量是以覆盖层受力后是否起泡或从基体表面剥离来判断质量是否合格。定量法是测量覆盖层从基体上连续剥离所需的最否合格。定量法是测量覆盖层从基体上连续剥离所需的最小载荷（如划痕法）。或是测量单位面积覆盖层从基体表小载荷（如划痕法）。或是测量单位面积覆盖层从基体表面剥离所需的力，并称该数值为覆盖层的结合强度（如拉面剥离所需的力，并称该数值为覆盖层的结合强度（如拉伸法）。伸法）。第12页/共24页2023/3/30134、覆盖层硬度测试、覆盖层硬度测试（1）显微硬度测试）显微硬度测试显微硬度测试是在显微镜下进行的低负荷（显微硬度测试是在显微镜下进行的低负荷（200g）压入式的）压入式的硬度试验方法。硬度试验方法。（2）洛氏硬度测试）洛氏硬度测试先施加初载荷将压头压入试样，然后根据需要选择主载荷，将先施加初载荷将压头压入试样，然后根据需要选择主载荷，将压头压入试样并保持一定时间。在卸除主载荷保留预载荷的条件压头压入试样并保持一定时间。在卸除主载荷保留预载荷的条件下测量压头压入试样表面的深度，经过计算得到洛氏硬度值。下测量压头压入试样表面的深度，经过计算得到洛氏硬度值。（3）维氏硬度测试）维氏硬度测试采用锥面夹角为采用锥面夹角为136的金刚石四方椎体，根据单位压痕陷凹面积的金刚石四方椎体，根据单位压痕陷凹面积上承受的试验力，即应力值作为硬度值的计算指标。上承受的试验力，即应力值作为硬度值的计算指标。第13页/共24页2023/3/30145、覆盖层孔隙率检测、覆盖层孔隙率检测孔隙率指试样中孔隙体积所占比率，可通过某物体的视密度孔隙率指试样中孔隙体积所占比率，可通过某物体的视密度与其真密度的比值求得，它是试验物体致密程度的量度。与其真密度的比值求得，它是试验物体致密程度的量度。测量方法有：测量方法有：（1）物理方法）物理方法包括浮力法、直接称重法。包括浮力法、直接称重法。（2）化学法）化学法包括贴滤纸法、涂膏法和浸渍法，这类方法是将含有指示剂的包括贴滤纸法、涂膏法和浸渍法，这类方法是将含有指示剂的试验溶液通过覆盖层的空隙将基体腐蚀，腐蚀后产生的离子透试验溶液通过覆盖层的空隙将基体腐蚀，腐蚀后产生的离子透过覆盖层孔隙并由指示剂在覆盖层表面显色指示，然后以单位过覆盖层孔隙并由指示剂在覆盖层表面显色指示，然后以单位面积显示的孔隙点数作为覆盖层孔隙度的量度。面积显示的孔隙点数作为覆盖层孔隙度的量度。第14页/共24页2023/3/3015四、铝合金表面处理技术四、铝合金表面处理技术 铝合金表面处理的目的是为了给各种铝合金工件提供一铝合金表面处理的目的是为了给各种铝合金工件提供一个功能或装饰的表面，以满足产品的某些特殊功能或提供一个功能或装饰的表面，以满足产品的某些特殊功能或提供一个精美的外观。个精美的外观。铝及铝合金的电化学氧化电化学氧化1 1、定义、定义 铝及铝合金零件在电解液中进行电化学氧化，因零件作为阳铝及铝合金零件在电解液中进行电化学氧化，因零件作为阳极，故也称铝阳极氧化极，故也称铝阳极氧化2 2、氧化膜的性质、氧化膜的性质多孔性多孔性吸附性好吸附性好硬度高、耐磨硬度高、耐磨电绝缘、绝热电绝缘、绝热是有机涂料的良好底层是有机涂料的良好底层第15页/共24页2023/3/3016第16页/共24页2023/3/3017第17页/共24页2023/3/3018 铝及铝合金的化学氧化化学氧化1 1、定义、定义 指不用外来电流而仅把工件置入适当溶液中，使其表面生指不用外来电流而仅把工件置入适当溶液中，使其表面生成人工氧化膜。一般将铝件浸入含有碱溶液和碱金属的铬成人工氧化膜。一般将铝件浸入含有碱溶液和碱金属的铬酸盐溶液中，铝和溶液生成酸盐溶液中，铝和溶液生成AlAl2 2OO3 3和和Al(OH)Al(OH)3 3的波膜，厚度的波膜，厚度0.54um0.54um。2 2、特点：、特点：强度差，易磨损，抗蚀性也差，质柔软，一般不易单独使强度差，易磨损，抗蚀性也差，质柔软，一般不易单独使用。用。但但吸附性好，一般作为表面涂装的底层。吸附性好，一般作为表面涂装的底层。生产效率高、成本低、不耗电能、不需专门设备，适合大生产效率高、成本低、不耗电能、不需专门设备，适合大批量生产，在面饰中大量采用。批量生产，在面饰中大量采用。第18页/共24页2023/3/3019 铝及铝合金氧化膜氧化膜着色（1 1）化学染色法）化学染色法（2 2）整体着色法）整体着色法（3 3）电解着色法）电解着色法（4 4）干涉着色法）干涉着色法n n（1 1）化学染色法）化学染色法n n把氧化后的制件用有机染料或无机染料的水溶液来染色。把氧化后的制件用有机染料或无机染料的水溶液来染色。n n特点：目前多用有机染料，其色彩丰富、鲜艳。特点：目前多用有机染料，其色彩丰富、鲜艳。第19页/共24页2023/3/3020n n（2 2）整体着色法（无机着色法）整体着色法（无机着色法）n n用硫酸和有机酸的混合物作氧化溶液，通以直流电，用硫酸和有机酸的混合物作氧化溶液，通以直流电，阳极氧化与着色同步进行。阳极氧化与着色同步进行。n n特点：着色膜对阳光和风化作用稳定性好；不足：特点：着色膜对阳光和风化作用稳定性好；不足：耗电量大、成本高，已渐被电解着色取代。耗电量大、成本高，已渐被电解着色取代。第20页/共24页2023/3/3021n n（3 3）电解着色法）电解着色法n n先在硫酸溶液常规阳极氧化，阳极氧化后先在硫酸溶液常规阳极氧化，阳极氧化后的多孔性氧化膜在金属盐的着色液中电解的多孔性氧化膜在金属盐的着色液中电解着色。着色。n n特点：比染色法耐晒性好，比整体着色法特点：比染色法耐晒性好，比整体着色法能耗小、工艺条件易控制能耗小、工艺条件易控制第21页/共24页2023/3/3022（4）干涉着色法n n由电解着色法发展而来，在阳极氧化和电解由电解着色法发展而来，在阳极氧化和电解着色两步法之间加一扩孔步骤，即先进性硫着色两步法之间加一扩孔步骤，即先进性硫酸阳极化，然后磷酸阳极化，再电解着色酸阳极化，然后磷酸阳极化，再电解着色n n特点：颜色是由于氧化膜的上表面反射的光特点：颜色是由于氧化膜的上表面反射的光和氧化膜与铝基体界面折射的光产生干涉的和氧化膜与铝基体界面折射的光产生干涉的结果结果第22页/共24页2023/3/3023铝的电解着色铝的电解着色第23页/共24页2023/3/30材料工程基础表面涂层与处理24感谢您的观看。第24页/共24页