【文章內(nèi)容簡介】 并常在青銅名字前冠以第一主要添加元素的名。錫青銅的鑄造性能﹑減摩性能好和機械性能好﹐適合於制造軸承﹑蝸輪﹑齒輪等。鉛青銅是現(xiàn)代發(fā)動機和磨床廣泛使用的軸承材料。鋁青銅強度高﹐耐磨性和耐蝕性好﹐用於鑄造高載荷的齒輪﹑軸套﹑船用螺旋槳等。/和磷青銅的彈性極限高﹐導(dǎo)電性好﹐適於制造精密彈簧和電接觸元件。白銅 以鎳為主要添加元素的銅合金。銅鎳二元合金稱普通白銅﹔加有錳﹑鐵﹑鋅﹑鋁等元素的白銅合金稱復(fù)雜白銅。工業(yè)用白銅分為結(jié)構(gòu)白銅和電工白銅兩大類。結(jié)構(gòu)白銅的特點是機械性能和耐蝕性好﹐色澤美觀。這種白銅廣泛用於制造精密機械﹑化工機械和船舶構(gòu)件。電工白銅一般有良好的熱電性能。錳銅﹑康銅﹑考銅是含錳量不同的錳白銅﹐是制造精密電工儀器﹑變阻器﹑精密電阻﹑應(yīng)變片﹑熱電偶等用的材料。 課題的研究內(nèi)容及研究意義 課題的研究內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計的課題是銅表面拋光、著色技術(shù)研究。著色預(yù)處理過程主要包括銅表面打磨，機械拋光，堿洗工序和酸洗工序等方面。預(yù)處理后進行著色及后處理。本次試驗的方案是按照預(yù)處理，著色及后處理的工藝流程來試驗的，試驗內(nèi)容是重點分析預(yù)處理各工序?qū)χЧ挠绊憽?課題的研究意義銅的著色技術(shù)得到的各種工藝品一直是人們所喜愛的裝飾品和實用品。但銅及銅合金在大氣環(huán)境下性質(zhì)活潑, 容易氧化產(chǎn)生銅銹,嚴重影響工藝品觀賞性,因而對銅及合金進行表面防腐裝飾處就理顯得非常必要。和金銀首飾不同,銅一般的采用轉(zhuǎn)化膜著色技術(shù)。著色是指金屬在特定介質(zhì)中采用化學或電化學方法使其表面生成帶色的膜層, 或?qū)⒕哂幸欢ㄏ堵实难趸づc染色溶液中的顏料相互作用, 使金屬表面呈現(xiàn)所需要的顏色。通過表面著色技術(shù),可以使銅得到黑色、古銅色、棕色、仿金色等高雅別致的流行色, 有利于提高產(chǎn)品檔次,增強產(chǎn)品競爭力。此外,在銅表面著色不僅有很裝飾作用, 而且有很好的耐腐蝕、耐磨保護功能。 本章小結(jié) 本章介紹了表面技術(shù)的定義，分類應(yīng)用，銅合金的現(xiàn)今發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢等，同時介紹銅的物理性質(zhì)，銅合金的應(yīng)用范圍及本次著色實驗的著色理論依據(jù)。第2章 實驗材料及方法 實驗材料及設(shè)備 原材料 拋光原材料：砂紙，拋光機，黃銅著色原材料：黃銅（10mm*10mm*55mm），銅片 實驗所用化學試劑（1）堿洗所用化學試劑 NaOH Na2CO3 Na3PO45H2O Na2SiO3 圖21 堿洗藥品圖 (2) 酸洗所用化學試劑 H2SO3 HNO3（3）著色所用化學試劑a. 配方一所用化學試劑 H2SO3 SeO2 過硫酸銨 乙酸 聚丙烯酸鈉圖22 配方一藥品圖b. 配方二所用化學試劑 K2S NaOH 圖23 配方二藥品圖c. 配方三所用化學試劑 K2S NH3Cl圖24 配方三藥品圖 實驗設(shè)備及儀器 圖25 數(shù)顯恒溫水浴鍋圖 圖26 JB5定時雙向數(shù)顯恒溫磁力攪拌器圖圖27 拋光機 圖28 場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖X射線衍射儀，電子天平，燒杯，玻璃棒，繩子，鑷子，勺子等 實驗方法 工藝流程機械打磨化學除油水洗 酸洗水洗 著色吹干后處理 檢測及性能檢測 圖29 著色工藝流程 試樣的前處理（1）砂紙打磨將黃銅用不同型號的砂紙打磨（由于在購買黃銅時，黃銅表面上的銹跡及大部分夾雜物已被處理掉，故而不需機械打磨），以使其表面光潔，無雜物及無劃痕等表面缺陷。將打磨后的黃銅用清水沖洗，然后用吹風機將其干燥。（2）化學除油銅及其合金零件一般用堿性除油的方式，其目的要是出去銅合金表面上的油污，保證在后續(xù)的著色能順利進行。本實驗采用堿性除油，其配方如下：NaOH 10～15g/LMa2CO3 2～3 g/L 5～7 g/LNa2SiO3 ～1 g/L (3) 酸洗 由于黃銅經(jīng)除油后，在空氣中會很快生產(chǎn)一層很薄的氧化物薄膜，故而采用3%～10%的硫酸溶液或5%～10%的硝酸溶液對堿洗后的黃銅酸洗以去除黃銅表面上的氧化膜，以便于下一步著色。（4）水洗將酸洗后的黃銅放在蒸餾水中把其表面上的酸液洗掉以免與下一步的著色液發(fā)生反應(yīng)從而影響著色效果。 著色黃銅著古銅色主要是通過化學反應(yīng)在其表面生成一層帶有黑色或深褐色的氧化膜，然后在將其洗凈，干燥以得到良好的效果。本實驗使用硫化處理和過硫化物處理來對其著色。(過硫化物著色)：H2SO3 5～10g/LCuSO45H2O 25～40g/LSeO2 ～過硫酸銨 4～5g/L乙酸 10～15g/L聚丙烯酸鈉 0～2 g/LT 室溫可稀釋至2～3倍 PH2(硫酸調(diào))（硫化物著色）：K2S 3～20g/LNaOH 60g/LT 室溫PH =14（硫化物著色）：K2S 5～NH4cl 20～200g/Lt 數(shù)分鐘 后處理著色后用濕布或毛刷擦拭，有利于除去著色過程中制件表面上產(chǎn)生的沉渣及浮灰，使著色膜光亮美觀。由于著色膜薄，其耐候性及穩(wěn)定性差，表面涂覆一層有機清漆保護膜，能提高著色效果[1]。 著色預(yù)處理拋光工藝金屬的化學拋光是金屬在特定條件下的一種腐蝕,其結(jié)果是使金屬獲得細致光亮的表面,為此,所用溶液必須能抑制金屬由于表面狀態(tài)和結(jié)晶組織所制約的選擇性溶解,故溶液的性能選擇起著決定的作用。在常用的溶液中一般認為:一是在金屬與溶液的界面間由溶液和腐蝕產(chǎn)物形成粘度較大的所謂粘膜層。當本體溶液擴散到金屬表面進行腐蝕時,由于粘膜的存在以及它對金屬表面微觀凹凸不平部分的阻礙不同,腐蝕的速度也不同。凸起部分粘膜薄,腐蝕速度較大,凹陷部分粘膜厚,腐蝕速度較小,因而使金屬表面得到整平或拋光。屬于這一類的溶液一般都含有粘度較大的磷酸以及能直接溶解銅的氧化性酸等的混合液,二是金屬表面被溶液的氧化劑氧化,生成一層完整、但并不結(jié)實的氧化膜。由于金屬表面微觀不平的差異,凸處溶液的擴散速度快,氧化膜的生成和溶解速度也快。凹處氧化膜的生成和溶解慢從而使金屬表面達到整平或拋光[2]。 各種試劑對拋光效果的影響硫酸拋光效果主要作用是溶解工件上的氧化皮,硫酸含量過低時,則去除氧化皮能力很差,含量過高時,亮度低,表面發(fā)麻。所以,硫酸含量以20一30ml為宜[3]。另外，硫酸含量過高時會加速黃銅的腐蝕，所以要注意控制其含量.過氧化氫含量對拋光效果的影響 根據(jù)化學方程式2H2O2=2H2O+O2↑,可知過氧化氫含量越大，生成的氧氣越多，越易與銅反應(yīng)生產(chǎn)黑色的氧化銅，但含量過多時能夠讓著色液的穩(wěn)定性下降從而影響溶液的穩(wěn)定性及銅表面的著色效果。在酸一過氧化氫一脂肪醇的體系中,溶液的粘度低,銅亦不溶于單獨的酸中,拋光過程形成棕色的氧化膜,而且凡拋光效果優(yōu)良的表面在過程中所生成的氧化膜都完整、均勻,可見氧化膜在其中的作用是明顯的。由由子脂肪醇在銅表面的吸附,溶液中的過氧化氫在酸性介質(zhì)中將銅氧化成氧化銅而且成膜。所生成的氧化膜又處于活化和鈍化狀態(tài)之間,它既能使銅的氧化速度減慢,又可溶于溶液的酸中。同時在金屬表面微觀凹凸部分保持著明顯的差異,不像在酸度高的溶液。由于氧化和溶解幾乎同時進行,金屬表面不易成膜[2]。根據(jù)化學方程式2H2O2=2H2O+O2↑,可知過氧化氫含量越大，生成的氧氣越多，越易與銅反應(yīng)生產(chǎn)黑色的氧化銅，但含量過多時能夠讓著色液的穩(wěn)定性下降從而影響溶液的穩(wěn)定性及銅表面的著色效果。在酸一過氧化氫一脂肪醇的體系中,溶液的粘度低,銅亦不溶于單獨的酸中,拋光過程形成棕色的氧化膜,而且凡拋光效果優(yōu)良的表面在過程中所生成的氧化膜都完整、均勻,可見氧化膜在其中的作用是明顯的。由由子脂肪醇在銅表面的吸附,溶液中的過氧化氫在酸性介質(zhì)中將銅氧化成氧化銅而且成膜。所生成的氧化膜又處于活化和鈍化狀態(tài)之間,它既能使銅的氧化速度減慢,又可溶于溶液的酸中。同時在金屬表面微觀凹凸部分保持著明顯的差異,不像在酸度高的溶液。由于氧化和溶解幾乎同時進行,金屬表面不易成膜[2]。 隨著HAC含里的增加,當含量增到150ml時,亮度變化不大。因此,(含量36%),便增加了溶液中的水份,反應(yīng)速度加快（在相同條件下,拋光速度遞增1339g/，溫度30C,時間3min的條件下測定)整平性保持不變,亮度偏低,使鉛黃銅、青銅拋光面略發(fā)麻。所以,最好使用冰醋酸[3]。 各種工藝參數(shù)對拋光效果的影響依工件材料、表面狀態(tài)和公差要求的不同而定。在工藝規(guī)范內(nèi),時間越長,整平性及光亮度越好。時間不易過長（否則影響光亮度）。一般情況下隨時間的延長而加快[3]。適當?shù)膾伖鈺r間有助于使銅表面變得光亮。拋光次數(shù)對拋光效果有很明顯的效果不可忽視，實驗證明拋光次數(shù)越多，銅表面上的雜物越少，因此黃銅越光亮。因而在前期處理時應(yīng)多用砂紙打磨，拋光機打磨，多觀察等，待打磨后放到堿洗液中除油。 本章小結(jié)本章主要介紹了實驗所用的原材料，化學試劑,實驗設(shè)備,實驗的工藝流程，前處理，著色，后處理，實驗的配方等相關(guān)內(nèi)容，并介紹了拋光的基本知識，各種化學試劑對黃銅的拋光效果以及一些工藝參數(shù)如拋光次數(shù)，拋光時間等對黃銅的拋光效果。這些知識為實驗的順利進行提供了豐富的理論基礎(chǔ)。第3章 黃銅化學著色工藝的研究 配方一的實驗過程及結(jié)果分析a. 第一次實驗：(1)根據(jù)第2章所給的配方對堿洗液，酸洗溶液和著色溶液進行配制。配制堿洗溶液：首先，用勺子從放藥品的瓶子中依次取出藥品放在天平上稱取后放入燒杯中，記錄的數(shù)據(jù)如下：NaOH gNa2CO3 Na3PO412H2O gNa2SiO3 g向燒杯中倒入蒸餾水直至100mL溶液,并用玻璃棒不斷攪拌或放在攪拌器中攪拌直至溶液均勻。其次，配制5%的H2SO3溶液：取硫酸30mL放入燒杯中，并向燒杯中加水得到600mL溶液。最后，配制著色溶液，根據(jù)堿洗溶液的配制方法，詳細數(shù)據(jù)如下：著色配方：CuSO45H2O SeO2 g過硫酸銨 g聚丙烯酸鈉 gH2SO3 g乙酸 PH =2同理，通過加水可得到100mL淡藍色的著色溶液。(2) 配制好上述溶液后，取一塊原始黃銅，然后用一塊稍微粗一些的砂紙對黃銅的四個側(cè)面及兩個端面打磨，待磨的有些光亮后用細砂紙對其打磨，最后用拋光機拋光，得到光亮的黃銅表面。（3）將堿洗液放入水浴鍋中并將水浴鍋調(diào)到七十度，保溫一段時間。（4）用夾子夾著黃銅放入上面所配的堿洗溶液中并計時，堿洗三分鐘后將其取出，發(fā)現(xiàn)