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一文了解表面處理工藝

2022-07-05 13:39:06 作者：材易通來(lái)源：材易通分享至：

1、表面處理概念

利用現(xiàn)代物理、化學(xué)、金屬學(xué)和熱處理等學(xué)科的邊緣性新技術(shù)來(lái)改變零件表面的狀況和性質(zhì)，以達(dá)到預(yù)定性能要求的工藝方法，稱(chēng)為表面處理。

2、表面處理技術(shù)的分類(lèi)（按工藝特點(diǎn)）

①表面改性技術(shù)（金屬、非金屬）

通過(guò)物理、化學(xué)等方法，改變材料表面的形貌、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)。材料表面化學(xué)組成不變。

②表面合金化技術(shù)（金屬）

通過(guò)物理方法，使添加材料進(jìn)入基體，形成合金化層。

③表面轉(zhuǎn)化膜技術(shù)（金屬）

通過(guò)化學(xué)方法，使添加材料與基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)化膜。

④表面涂（鍍）層技術(shù)（金屬、非金屬）

通過(guò)物理、化學(xué)方法，使添加材料在基體表面形成鍍、涂層。基材不參與涂層的形成。

3、常見(jiàn)的表面處理方法

3.1 表面改性技術(shù)

01 表面淬火

表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行快速冷卻（淬火），使表面硬化的一種熱處理方法。

02 噴砂

噴砂處理是利用高速?lài)娚涑龅纳傲；蜩F粒，對(duì)工件表面進(jìn)行撞擊，以提高零件的部分力學(xué)性能和改變表面狀態(tài)的工藝方法。

噴砂與噴丸處理，工藝相似，主要差別在沙粒直徑上。該工藝主要應(yīng)用于提高零件機(jī)械強(qiáng)度以及耐磨性、抗疲勞和耐蝕性等，還可用于表面消光、去氧化皮和消除鑄、鍛、焊件的殘余應(yīng)力等。

03 滾壓

滾壓是在常溫上用硬質(zhì)滾柱或滾輪施壓于旋轉(zhuǎn)的工件表面上，并沿母線方向移動(dòng)，使工件表面塑性變形、硬化，以獲得準(zhǔn)確、光潔和強(qiáng)化的表面，或特定花紋的處理工藝。

04 拉絲

在外力作用下使金屬?gòu)?qiáng)行通過(guò)模具,金屬橫截面積被壓縮,并獲得所要求的橫截面積形狀和尺寸的技術(shù)加工方法稱(chēng)為金屬拉絲工藝。使其改變形狀、尺寸的工具稱(chēng)為拉絲模。拉絲可根據(jù)裝飾需要，制成直紋、亂紋、波紋、螺紋等幾種。

直紋亂紋

波紋螺紋

直紋拉絲

是指在金屬表面用機(jī)械磨擦的方法加工出直線紋路。

亂紋拉絲

是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的銅絲刷下，使金屬板前后左右移動(dòng)磨擦所獲得的一種無(wú)規(guī)則、無(wú)明顯紋路的亞光絲紋。這種加工對(duì)金屬板的表面要求較高。

波紋

一般在刷光機(jī)或擦紋機(jī)上制取。利用上組磨輥的軸向運(yùn)動(dòng)，在金屬板表面磨刷，得出波浪式紋路。

螺紋

是用一臺(tái)在軸上裝有圓形毛氈的小電機(jī)，將其固定在桌面上，與桌子邊沿成60度左右的角度，另外做一個(gè)裝有固定金屬板的拖板，在拖板上貼一條邊沿齊直的聚酯薄膜用來(lái)限制螺紋進(jìn)度。利用毛氈的旋轉(zhuǎn)與拖板的直線移動(dòng)，在金屬板表面旋擦出寬度一致的螺紋紋路。

05 拋光

拋光是對(duì)零件表面進(jìn)行修飾的一種光整加工方法，一般只能得到光滑表面，不能提高甚至不能保持原有的加工精度，隨預(yù)加工狀況不同，拋光后的Ra值可達(dá)1.6～0.008 mm ，按照實(shí)現(xiàn)原理的不同，可分為機(jī)械拋光和化學(xué)拋光。

1）輪式拋光

用高速旋轉(zhuǎn)的柔性拋光輪和極細(xì)的磨料對(duì)工件表面進(jìn)行滾壓和微量切削實(shí)現(xiàn)拋光。拋光輪用多層帆布、毛氈或皮革疊制而成，用于較大零件的拋光。

2）滾筒拋光和振動(dòng)拋光

將工件、磨料和拋光液裝入滾筒或振動(dòng)箱內(nèi)，滾筒緩慢滾動(dòng)或振動(dòng)箱振動(dòng)，使工件與工件，工件與磨料相互摩擦，加上拋光液的化學(xué)作用，除去工件表面的油污、銹層，磨去凸峰，從而獲得光滑的表面。用于細(xì)小而量大零件的拋光，后者比前者生產(chǎn)率高，拋光效果更好。

3）化學(xué)拋光

將金屬零件浸入特制的化學(xué)溶液中，利用金屬表面凸起部位比凹洼部位溶解速度快的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)零件表面的拋光。

4）生物拋光

生物拋光是一種用纖維素酶改善纖維素纖維制品表面的整理工藝,以達(dá)到持久的抗起毛起球并增加織物的光潔度和柔軟度。生物拋光是去除從紗表面伸出來(lái)的細(xì)微纖維,這些微纖被去除了就不會(huì)起毛起球，色澤也更光亮，表面茸毛減少使得布面更光潔。

06 激光表面強(qiáng)化

激光表面強(qiáng)化是用聚焦的激光束射向鋼件表面，在極短時(shí)間內(nèi)將工件表層極薄的材料加熱到相變溫度或熔點(diǎn)以上的溫度，又在極短時(shí)間內(nèi)冷卻使工件表面淬硬強(qiáng)化。激光表面強(qiáng)化可分為激光相變強(qiáng)化處理、激光表面合金化處理和激光熔覆處理等。

激光表面強(qiáng)化的熱影響區(qū)小，變形小，操作方便，主要用于局部強(qiáng)化的零件，如沖裁模、曲軸、凸輪、凸輪軸、花鍵軸、精密儀器導(dǎo)軌、高速鋼刀具、齒輪及內(nèi)燃機(jī)缸套等。

3.2 表面合金化技術(shù)

通過(guò)物理方法，使添加材料進(jìn)入基體，形成合金化層。該技術(shù)的典型工藝，就是金屬的滲碳、滲氮處理。通常是將金屬與滲劑同放置于密閉的腔體內(nèi)，采用加熱、真空等措施，活化金屬表面，經(jīng)分解、吸收、擴(kuò)散過(guò)程等作用使碳、氮進(jìn)入金屬基體。

3.3 表面轉(zhuǎn)化膜技術(shù)

通過(guò)化學(xué)方法，使添加材料與基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)化膜。

01 鋼鐵的發(fā)黑與磷化處理

發(fā)黑：是金屬熱處理的一種常用手段，原理是使金屬表面產(chǎn)生一層氧化膜，以隔絕空氣，達(dá)到防銹目的。外觀要求不高時(shí)可以采用發(fā)黑處理，鋼制件的表面發(fā)黑處理，也有被稱(chēng)之為發(fā)藍(lán)的。發(fā)藍(lán)處理是一種化學(xué)表面處理，其主要作用是在工件表面形成一層致密的氧化膜，防止工件腐蝕上銹，提高工件的耐磨性，它只是一種表面處理，不會(huì)對(duì)內(nèi)部組織產(chǎn)生任何的影響，它不是熱處理，和淬火有根本的區(qū)別。

磷化：是一種化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)形成磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的過(guò)程，所形成的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜稱(chēng)之為磷化膜。磷化的目的主要是：給基體金屬提供保護(hù)，在一定程度上防止金屬被腐蝕；用于涂漆前打底，提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力；在金屬冷加工工藝中起減摩潤(rùn)滑使用。磷化是常用的前處理技術(shù)，原理上應(yīng)屬于化學(xué)轉(zhuǎn)換膜處理，主要應(yīng)用于鋼鐵表面磷化，有色金屬（如鋁、鋅）件也可應(yīng)用磷化。工件（鋼鐵或鋁、鋅件）浸入磷化液（某些酸式磷酸鹽為主的溶液），在表面沉積形成一層不溶于水的結(jié)晶型磷酸鹽轉(zhuǎn)換膜的過(guò)程，稱(chēng)之為磷化。

02 不銹鋼著色

隨著不銹鋼的應(yīng)用普及，不銹鋼著色工藝需求逐步得到重視，目前不銹鋼不僅可以著黑色，還可以得到藍(lán)色、綠色、褐色、橙色等顏色。

1）黑色：

不銹鋼著黑色主要應(yīng)用于光學(xué)小光場(chǎng)合，著色方法有鉻酸浴熔融法、鉻酸鹽化學(xué)氧化法、硫化法。

2）彩色：

不銹鋼表面去除氧化膜厚，采用鉻酸-硫酸等溶液處理，可以得到不同的顏色，膜的顏色隨厚度變化而變化，同時(shí)與材料的成分和表面處理方法有一定關(guān)系。

常用不銹鋼中，奧氏體不銹鋼最適合著色處理；而鐵素體由于著色溶液有腐蝕傾向，得到的色彩不如前者鮮艷；馬氏體耐腐蝕性能更差，僅能得到灰黑或黑色的表面。

鈍化處理：

鈍化實(shí)際上就是替代防銹油的一種現(xiàn)代工藝，它的原理是利用鈍化液的氧化性物質(zhì)促使金屬表面活潑的金屬離子轉(zhuǎn)變成鈍化態(tài)，不易被氧化的狀態(tài)，而達(dá)到金屬防銹的效果，金屬與氧化性質(zhì)作用時(shí)，會(huì)在金屬表面形成一種非常薄的，致密的，覆蓋性能良好的，牢固地吸附在金屬表面上的鈍化膜。這層膜就叫做鈍化膜。

鈍化的優(yōu)點(diǎn)：

1.藥液穩(wěn)定不揮發(fā)，可重復(fù)使用，與防銹油相比節(jié)約成本40%以上。與傳統(tǒng)的物理封閉法相比，鈍化處理后具有絕對(duì)不增加工件厚度和顏色的特點(diǎn)。

2.處理后的工件表面無(wú)油膩，干凈清爽。由于鈍化的過(guò)程屬于無(wú)反應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行，鈍化劑可反復(fù)添加使用，因壽命更長(zhǎng)，成本更經(jīng)濟(jì)。

3.形成的鈍化膜更結(jié)實(shí)，不易被破壞和清除，性能更穩(wěn)定，耐蝕性提高8—50倍。鈍化促使金屬表面形成的氧分子結(jié)構(gòu)鈍化膜，膜層致密，性能穩(wěn)定，并且在空氣中同時(shí)具有自行修復(fù)作用，因此與傳統(tǒng)的防銹油相比，更穩(wěn)定，更具耐蝕性。

03 銅及銅合金著色

銅的著色主要應(yīng)用在裝飾品與美術(shù)品上，比如古代的青銅制品。

綠色（碳酸銅）

黑色（硫化銅或氧化銅）

藍(lán)色（堿性銅氨絡(luò)合物）

紅色（氧化亞銅）

04 鋁合金的氧化與著色處理

鋁合金的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化：

鋁合金經(jīng)硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理，表面可形成厚度３０～５０μｍ和硬度約５００ＨＶ左右的膜層，具有優(yōu)異抗蝕和耐磨性能。鋁合金硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理后的應(yīng)用范圍十分廣泛，涉及紡織、自行車(chē)、照相機(jī)、氣動(dòng)元件、手術(shù)器械、光學(xué)儀器等各行業(yè)，適用于缸套、活塞、齒輪、葉輪、導(dǎo)軌、軸承、模具工程構(gòu)件。