安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）
第1章 绪论
各种仿金色、仿古铜色等是近几年发展起来的流行色, 它使电镀与涂装有机地结合而形成广阔的领域, 使表面装饰进入了灿烂多彩的电镀时代。古铜色具有古色古香, 色泽稚致、色调庄重之特点, 给人以美的享受,因此, 深受国内外消费者的欢迎。
铜及其合金表面着色实际上就是使金属铜与着色溶液作用，形成金属表面的氧化物层、硫化物层及其它化合物膜层。选择不同的着色配方和条件可得出不同的着色效果。例如，硫基溶液可被利用的有：硫化物（如硫化钾、硫化铵等）、硫代硫酸纳、多硫化物（如过硫酸钾）等，其着色原理都是基于硫与铜产生硫化铜的特性反应，在不同的反应条件和配方中其它成份的参与下，可以形成黑、褐、棕、深古铜、兰、紫等颜色。铜与氨的络合作用及配方中其它离子参与反应，在不同的反应条件下也可以形成多种着色效果。在着色配方中氧化剂的加入能促进反应，但过多的氧化物会影响氧化膜的质量。 通常的着色配方都需要经过多次使用的实践检验后，才可投入正式使用
1.1 表面技术
1.1.1 表面技术概述
表面技术主要是通过各种方法或途径来改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分和组织结构, 提高材料抵御环境作用能力和赋予材料表面某种功能特性, 以满足人类各种需要的一项技术。
表面技术不仅是一门广博精深和具有极高实用价值的基础技术, 还是一门新兴的边缘性学科。在学术上丰富了材料科学、冶金学、机械学、电子学、物理学、化学等学科,开辟了一系列新的研究领域。表面技术是产品加工工艺的重要工序之一。先进的表面技术改善了产品质量、增加花色品种、提高产品的附加值, 对拓宽国内外市场有重要意义。
随着我国工业现代化的发展，对各种设备零部件表面性能的要求越来越高，特别是在高速度、高温、高压、重载、腐蚀介质条件下工作的零件，其材料的破坏往往自表面开始，诸如磨损、腐蚀、高温氧化等，表面的局部损坏又往往造成整个零件的失效，最终导致设备停产。表面技术最大的优势就是使零件具有更高的耐磨性、耐蚀性和耐高温性等，采用表面技术的平均效益高达5-20倍以上。
1.1.2 表面技术的分类
表面技术有着广泛的涵义, 综合来看, 大致可分为以下几个部分 （1）表面技术的基础和应用理论。
（2）表面处理技术。包括表面镀覆技术、表面改性技术和复合表面处理技术。 （3）表面加工技术。
（4）表面分析和测试技术。 （5）表面工程技术设计。
表面镀覆技术涉及的范围很广, 包括传统的电镀以及近几十年迅速发展起来的电刷镀技术、摩擦电喷镀技术、非金属刷镀技术、化学镀技术和复合镀技术等。随着科学技术的发展, 尤其是纳米材料和纳米技术的发展, 这些镀覆技术的内容将进一步扩展,
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xx：铜表面抛光、着色技术研究
镀覆层性能也将大幅提高。
1.1.2 表面技术的发展和应用
表面技术的应用所包含的内容十分广泛,可以用于耐蚀、耐磨、修复、强化、装饰等。也可以是在光、电、磁、声、热、化学、生物等方面的应用。表面技术所涉及的基体材料不仅有金属材料,也包括无机非金属材料、有机高分子材料及复合材料。表面技术的种类很多,把这些技术恰当地应用于构件、零部件和元器件,可以获得巨大的效益。 应用表面工程技术,有可能在广阔的领域中生产各种新材料和新器件。目前表面技术已在制备高Tc(临界温度)、超导膜、金刚石膜、纳米镀层膜、纳米粉末、纳米晶体材料、多孔硅、碳-60等新型材料上起着关键作用。同时也是许多光学、光电子、微电子、磁性、量子、热工、声学、化学、生物等功能器件的研究和生产上最重要的基础之一。
1.2 铜和铜合金的着色技术
1.2.1 铜和铜合金着色技术的发展现状及发展趋势 1.研究现状：
（1）国内研究现况
铜的着色，作为一种防腐技术和装饰技术可以追溯到3000年前的青铜时代，那时我们的祖先已经采用高温氧化和化学氧化的方法对金属着色。 随着科学技术的发展，国内也有了各种方法对金属着色。总体来说，可以分为化学着色法和电化学着色法。 ○1化学着色法:
铜及合金的化学着色法与普通金属着色方法相同，即把铜及其合金试样放入事先配好的着色液中，主要利用氧化膜表面的吸附作用，将染料或有色粒子吸附在膜层的空隙内，或利用铜和铜合金表面与溶液进行反应，生产有色粒子而沉积在金属表面，使试样呈现出所要求的色彩。目前，国内常用的化学着色方法有以下几种：油墨色、古铜色和黑色。 ○2电化学着色法:
(a)阴极电解沉积着色法
该方法是将被着色器物置于适当的电解液中，被着色物作为阴极，当电流通过时，金属微粒、金属黑色氧化物和金属微粒和氧化物的混合体，便沉积于阴极金属的表面。 (b)阳极氧化着色法
电解含氢氧化钠的水时，铜片作阳极，铁片作阴极，作为阳极的黄铜工件和电解产生的氧发生反应生成橙红色的氧化亚铜和黑色的氧化铜。黄铜表面所生成的颜色和电解时的电流密度、水的温度及碱的浓度等因素有关，通过调节这些因素便可控制着色过程。
（2）国外研究现况
国外的着色技术发展较早, 在上世纪年代美国就有采用化学氧化法在黄铜和青铜上着古铜色的专利报道 。近年来,美国一化学工业公司研制了一种化学处理剂, 加上特殊的施工技巧, 适合于规模化生产, 但对操作者要求较高, 应用范围有限。日本在铜及其合金的着色上研究较多, 大多为硫化物着色, 在着色方法上分为液相‘和气相着色。其中气相法‘着色采用硫化氢气体直接与铜件表面反应, 获得的古铜色膜层均匀、色调
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统一, 但设备要求高, 成本较高。韩国最近也有关于着古铜色方法的专利, 该方法利用氨水的易挥发性,将铜制品放置于密闭的装有氨水或钱盐与碱混合的过饱和溶液中,利用其饱和蒸汽进行反应,从而获得着色均匀的膜层。
2.发展趋势：
由于铜具有良好的导电性和导热性已被广泛应用于机械、轻工、仪表及民用等领域中。但其在空气中不稳定，容易氧化，在含有二氧化硫，硫化氢等腐蚀介质的大气中，易受到强烈的腐蚀。今年来，随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，以及产品更新换代及出口的需要，采用铜本色直接用于产品已越来越不能满足需要，并且人们对一些日用生活用品的外观色彩也有了进一步要求，已不能满足过去那种单调的镀铬或黄金色镀层作为表面装饰色调，而且更趋于色泽更加丰富、格调更加高雅别致的表面装饰。因此铜表面着色技术具有很好的发展前景。
1.2.2 铜和铜合金着色工艺
(1)预处理：内容主要包括化学脱脂、表面打磨、抛光等平整光洁处理和表面活化二个
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方面。化学抛光是预处理最关键的一步, 直接影响着着色效果。
金属制件预处理的质量要求：
制件表面光整度的质量评定，首先是外观检查，也就是用肉眼或放大镜对表面检查最基本的要求，认真查看表面是否有划痕、缺陷鼓泡、斑块、麻点、针孔等等，并初步估计是否合乎要求。然后在进行仪器检测，检测的项目有表面显微组织形貌、表面粗糙度以及表面光亮度等。 a. 表面光洁处理
即通过机械抛光、脱脂、水洗、等过程除去表面上的润滑油，毛刺、砂眼、气泡、划痕、氧化皮和各种宏观缺陷, 提高表面的平整度和降低粗糙度, 可保证着色处理后工艺品的质量。
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。
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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。
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xx：铜表面抛光、着色技术研究
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。
1.3 铜及铜合金简述. 1.3.1 铜的物理性质.
表1-2 铜的主要力学性能参数
状态 退火 冷加工 σ/MPa 240 450 σ0.2/MPa Σ-1/MPa 70 380 90 120 σ/MPa 110000 120000 /% 50 6 /% 75 35 HB 45 120
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