铜表面抛光、着色技术研究本科毕业论文(编辑修改稿)

铜表面抛光、着色技术研究本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

b. 电化学抛光、化学抛光 电化学抛光是金属制品表面的阳极电化学浸蚀过程。 在特定的溶液中进行阳极电解 , 使金属表面平滑并产生金属光泽的工艺过程就称为电化学抛光。 电化学抛光时 ,零件接阳极 , 通电时零件表面会产生电阻率高的稠性粘膜 , 其厚度在零件表面是不均匀的 , 表面微观凸出部分较薄 , 电流密度较大 , 金属溶解较快。 表面微观下凹处较厚 , 电流密度较小 , 金属溶解较慢。 由于稠性粘膜和电流密度分布的不均匀性 , 微观凸出处尺寸减少快 , 微观下凹处尺寸减少慢 , 使零件表面粗糙度降低 , 从而达到整平的目的。 电化学抛光 , 除用于金属表面精饰加工的预处理 ,还常作为金属表面精饰加工的主要过程。 化学抛光是金属制品表面在特定条件下的化学浸蚀过程。 把零件放在合适的化学介质中 , 利用化学介质对金属表面的尖峰区域溶解速度比凹谷区域溶解速度快的特点 , 实 现材料表面的抛光 , 就称为化学抛光。 化学抛光适合复杂形状和各种尺寸的零件，生产效率高 [1]。 c．表面活化 由于稀硫酸溶液能使铜的氧化物很好地溶解而容易发生过腐蚀现象 , 因此 , 通常选用的活化液是采用 3%～ 5%的硫酸 或 5%～ 10%的硝酸 ，并在其浸 数分钟 , 温度 ： 30。 xx：铜表面抛光、着色技术研究 4 C～ 70。 C ， 其目的是出除去氧化膜，以保证着色层与金属的牢固结合。 （ 2）铜和铜合金的着色方法有多种如化学着色法，电化学着色等，本实验采用化学着色法。 （ 3）后处理 着色后用湿布或毛刷擦拭 , 有利于除去着色过程中制 件表面上产生的沉渣及浮灰 ,使着色膜光亮美观。 由于着色膜薄 , 其耐候性及稳定性差 , 表面涂覆一层有机清漆保护膜 , 提高着色效果。 铜及铜合金简述 . 铜的物理性质 . 表 12 铜的主要力学性能参数 状态 σ /MPa σ Σ 1/MPa σ /MPa /% /% HB 退火 冷加工 240 450 70 380 90 120 110000 120200 50 6 75 35 45 120 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 5 铜合 金的种类及应用 常用的铜合金分为黄铜﹑青铜﹑白铜 3大类，其特点如下： 黄铜 以锌作主要添加元素的铜合金﹐具有美观的黄色﹐统称黄铜。 铜锌二元合金称普通 黄铜或称简单黄铜。 三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。 含锌低于 36%的黄铜合金由固溶体组成﹐具有良好的冷加工性能﹐如含锌 30%的黄铜常用来制作弹壳﹐俗称弹壳黄铜或七三黄铜。 青铜 原指铜锡合金﹐后除黄铜﹑白铜以外的铜合金均称青铜﹐并常在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名。 锡青铜的铸造性能﹑减摩性能好和机械性能好﹐适合於制造轴承﹑蜗轮﹑齿轮等。 铅青铜是现代发动 机和磨床广泛使用的轴承材料。 铝青铜强度高﹐耐磨性和耐蚀性好﹐用於铸造高载荷的齿轮﹑轴套﹑船用螺旋桨等。 /和磷青铜的弹性极限高﹐导电性好﹐适於制造精密弹簧和电接触元件。 白铜 以镍为主要添加元素的铜合金。 铜镍二元合金称普通白铜﹔加有锰﹑铁﹑锌﹑铝等元素的白铜合金称复杂白铜。 工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类。 结构白铜的特点是机械性能和耐蚀性好﹐色泽美观。 这种白铜广泛用於制造精密机械﹑化工机械和船舶构件。 电工白铜一般有良好的热电性能。 锰铜﹑康铜﹑考铜是含锰量不同的锰白铜﹐是制造精密电工仪器﹑变阻器﹑精密电阻 ﹑应变片﹑热电偶等用的材料。 课题的研究内容及研究意义 课题的研究内容 本次毕业设计的课题是铜表面抛光、着色技术研究。 着色预处理过程主要包括铜表面打磨，机械抛光，碱洗工序和酸洗工序等方 面。 预处理后进行着色及后处理。 本次试验的方案是按照预处理，着色及后处理的工艺流程来试验的，试验内容是重点分析预处理各工序对着色效果的影响。 课题的研究意义 铜的着色技术得到的各种工艺品一直是人们所喜爱的装饰品和实用品。 但铜及铜合金在大气环境下性质活泼 , 容易氧化产生铜锈 ,严重影响工艺品观赏 性 ,因而对铜及合金进行表面防腐装饰处就理显得非常必要。 和金银首饰不同 ,铜一般的采用转化膜着色技术。 着色是指金属在特定介质中采用化学或电化学方法使其表面生成带色的膜层 , 或将具有一定隙率的氧化膜与染色溶液中的颜料相互作用 , 使金属表面呈现所需要的颜色。 通过表面着色技术 ,可以使铜得到黑色、古铜色、棕色、仿金色等高雅别致的流行色 , 有利于提高产品档次 ,增强产品竞争力。 此外 ,在铜表面着色不仅有很装饰作用 , 而且有很好的耐腐蚀、耐磨保护功能。 本章小结 本章介绍了 表面技术的定义，分类应用，铜合金的现 今发展现状和发展趋势等 ， 同时介绍铜的物理性质，铜合金的应用范围及本次 着色 实验的 着色理论依据。 xx：铜表面抛光、着色技术研究 6 第 2 章 实验材料及方法 实验材料及设备 原材料 抛光原材料：砂纸，抛光机，黄铜 着色原材料：黄铜 （ 10mm*10mm*55mm） ，铜片 实验所用化学试剂 （ 1） 碱洗所用化学试剂 NaOH Na2CO3 Na3PO4 5H2O Na2SiO3 图 21 碱洗药品 图 (2) 酸洗所用化学试剂 H2SO3 HNO3 （ 3）着色所用化学试剂 a. 配方一所用化学试剂 H2SO3 SeO2 过硫酸铵 乙酸 聚丙烯酸钠 图 22 配方一药品 图 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 7 b. 配方二所用化学试剂 K2S NaOH 图 23 配方二药品 图 c. 配方三所用化学试剂 K2S NH3Cl 图 24 配方三药品 图 实验设备 及仪器 图 25 数显恒温水浴锅 图 图 26 JB5 定时双向数显恒温磁力搅拌器 图 xx：铜表面抛光、着色技术研究 8 图 27 抛光机 图 28 场发射扫描电子显微镜 图 X 射线衍射仪， 电子天平 ， 烧杯 ， 玻璃棒 ， 绳子 ， 镊子 ， 勺子 等 实验方法 工艺流程 图 29 着色工艺流程 机 械打磨 化学除油 水洗 酸洗 水洗 着色 吹干 后处理 检测及性能检测 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 9 试样的前处理 （ 1）砂纸打磨 将黄铜用不同型号的砂纸打磨（由于在购买黄铜时，黄铜表面上的锈迹及大部分夹杂物已被处理掉，故而不需 机械打磨 ） ，以使其表面光洁，无杂物及无划痕等表面缺陷。 将打磨后的黄铜用清水冲洗，然后用吹风机将其干燥。 （ 2）化学除油 铜及其合金零件一般用碱性除油的方式，其目的要 是出去铜合金表面上的油污，保证在后续的着色能顺利进行。 本实验采用碱性除油，其配方如下： NaOH 10～ 15g/L Ma2CO3 2～ 3 g/L 5～ 7 g/L Na2SiO3 ～ 1 g/L (3) 酸洗 由于黄铜经除油后，在空气中会很快生产一层很薄的氧化物薄膜，故而采用 3%～10%的硫酸溶液或 5%～ 10%的硝酸溶液对碱洗后的黄铜酸洗以去除黄铜表面上的氧化膜，以便于下一步着色。 （ 4） 水洗 将酸洗后的黄铜放在蒸馏水中把其表面上的酸液洗掉以免与下一步的着色液发生反应从而影响着色效果。 着色 黄铜着古铜色主要是 通过化学反应在其表面生成一层带有黑色或深褐色的氧化膜，然后在将其洗净，干燥以得到良好的效果。 本实验使用硫化 处理和过硫化物处理来对其着色。 (过硫化物着色 )： H2SO3 5～ 10g/L CuSO45H 2O 25～ 40g/L SeO2 ～ 过硫酸铵 4～ 5g/L 乙酸 10～ 15g/L 聚丙烯酸钠 0～ 2 g/L T 室温 可稀释至 2～ 3倍 PH2(硫酸调 ) （硫化物着色）： K2S 3～ 20g/L NaOH 60g/L T 室温 PH =14 xx：铜表面抛光、着色技术研究 10 （硫化物着色）： K2S 5～ NH4cl 20～ 200g/L t 数分钟 后处理 着色后用湿布或毛刷擦拭，有利于除去着色过程中制件表面上产生的沉渣及浮灰，使着色膜光亮美观。 由于着色膜薄，其耐候性及稳定性差，表面涂覆一层有机清漆保护膜，能提高着色效果 [1]。 着色预处理抛光工艺 金属的化学抛光是金属在特定条件下的一种腐蚀 ,其结果是使金属获得细致光亮的表面 ,为此 ,所用溶液 必须能抑制金属由于表面状态和结晶组织所制约的选择性溶解 ,故溶液的性能选择起着决定的作用。 在常用的溶液中一般认为 :一是在金属与溶液的界 面间由溶液和腐蚀产物形成粘度较大的所谓粘膜层。 当本体溶液扩散到金属表面进行腐蚀时 ,由于粘膜的存在以及它对金属表面微观凹凸不平部分的阻碍不同 ,腐蚀的速度也不同。 凸起部分粘膜薄 ,腐蚀速度较大 ,凹陷部分粘膜厚 ,腐蚀速度较小 ,因而使金属表面得到整平或抛光。 属于这一类的溶液一般都含有粘度较大的磷酸以及能直接溶解铜的氧化性酸等的混合液 ,二是金属表面被溶液的氧化剂氧化 ,生成一层完整、但并不 结实的氧化膜。 由于金属表面微观不平的差异 ,凸处溶液的扩散速度快 ,氧化膜的生成和溶解速度也快。 凹处氧化膜的生成和溶解慢从而使金属表面达到整平或抛光 [2]。 各种试剂对抛光效果的影响 硫酸抛光效果主要作用是溶解工件上的氧化皮 ,硫酸含量过低时 ,则去除氧化皮能力很差 ,含量过高时 ,亮度低 ,表面发麻。 所以 ,硫酸含量以 20 一 30ml 为宜 [3]。 另外，硫酸含量过高时会加速黄铜的腐蚀，所以要注意控制其含量 . 过氧化氢含量对抛光效果的影响 根据化学方程式 2H2O2=2H2O+O2↑ ,可知过氧化氢含量越大，生成的氧气越多，越易与铜反应生产黑色的氧化铜，但含量过多时能够让着色液的稳定性下降从而影响溶液的稳定性及铜表面的着色效果。 在酸一过氧化氢一脂肪醇。