金属表面处理技术论文
金属表面处理技术论文
表面处理即是通过一定的方法在工件表面形成覆盖层的过程。下面是小编为大家精心推荐的金属表面处理技术论文，希望能够对您有所帮助。
金属表面处理技术论文篇一
金属表面处理的工艺发展
【摘 要】表面处理即是通过一定的方法在工件表面形成覆盖层的过程。近年来，金属表面处理技术获得了迅速发展，已广泛应用于众多领域。而随着技术的提高，更多的应用场合和环保要求的提高也对表面处理技术提出了更高的要求。本文试就表面处理的工艺发展进行概括性的论述。
【关键词】表面处理;金属电镀
一、表面处理的概念
表面处理是在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。表面处理的目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求。 表面处理一般可包括前处理、电镀、涂装、化学氧化、热喷涂等众多物理化学方法。
二、涂装前表面处理
为了把物体表面所附着的各种异物(如油污、锈蚀、灰尘、旧漆 膜等)去除，提供适合于涂装要求的良好基底，以保证涂膜具有良好的防腐蚀性能、装饰性能及某些特种功能，在涂装之前必须对物体表面进行预处理。人们把进行这种处理所做的工作，统称为涂装前(表面)处理或(表面)预处理。
基体前处理的目的：一是增加涂层与基体的结合强度既加大附着力，二是增加涂层的功能如防腐蚀、防磨损及润滑等特殊功能。常见的前处理方法主要有以下：
1.手工处理
如刮刀、钢丝刷或砂轮等。用手工可以除去工件表面的锈迹和氧化皮，但手工处理劳动强度大、生产效率低，质量差，清理不彻底。
2.化学处理
主要是利用酸性或碱性溶液与工件表面的氧化物及油污发生化学反应，使其溶解在酸性或碱性的溶液中，以达到去除工件表面锈迹氧化皮及油污，再利用尼龙制成的毛刷辊或304#不锈钢丝(耐酸碱溶液制成的钢丝刷辊)清扫干净便可达到目的。
3.机械处理
主要包括钢丝刷辊抛光法、抛丸法和喷丸法。抛光法也就是刷辊在电机的带动下，刷辊以与轧件运动相反的方向在板带的上下表面高速旋转刷去氧化铁皮。刷掉的氧化铁皮采用封闭循环冷却水冲洗系统冲掉。抛丸法清理是利用离心力将弹丸加速，抛射至工件进行除锈清理的方法。
4.等离子处理
等离子表面处理器由等离子发生器，气体输送管路及等离子喷头等部分组成，等离子发生器产生高压高频能量在喷嘴钢管中被激活和被控制的辉光放电中产生低温等离子体，借助压缩空气将等离子喷向工件表面，当等离子体和被处理物体表面相遇时，产生了物体变化和化学反应。表面得到了清洁，去除了碳化氢类污物，如油脂，辅助添加剂等，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团(羟基、羧基)，这些基团对各类涂敷材料具有促进其粘合的作用，在粘合和油漆应用时得到了优化。
三、常见的表面处理方法
目前金属的表面处理方法可以总结为以下的类型：、
1.电化学法
这种方法是利用电极反应，在工件表面形成镀层。其中主要的方法是：1)电镀。在电解质溶液中，工件为阴极，在外电流作用下，使其表面形成镀层的过程，称为电镀。镀层可为金属、合金、半导体或含各类固体微粒，如镀铜、镀镍等。2)氧化。在电解质溶液中，工件为阳极，在外电流作用下，使其表面形成氧化膜层的过程，称为阳极氧化，如铝合金的阳极氧化。钢铁的氧化处理可用化学或电化学方法。化学方法是将工件放入氧化溶液中，依靠化学作用在工件表面形成氧化膜，如钢铁的发蓝处理。
2.化学方法
这种方法是无电流作用，利用化学物质相互作用，在工件表面形成镀覆层。其中主要的方法是：1)化学转化膜处理。在电解质溶液中，金属工件在无外电流作用，由溶液中化学物质与工件相互作用从而在其表面形成镀层的过程，称为化学转化膜处理。如金属表面的发蓝、磷化、钝化、铬盐处理等。2)化学镀。在电解质溶液中，工件表面经催化处理，无外电流作用，在溶液中由于化学物质的还原作用，将某些物质沉积于工件表面而形成镀层的过程，称为化学镀，如化学镀镍、化学镀铜等。
3.热加工法
这种方法是在高温条件下令材料熔融或热扩散，在工件表面形成涂层。其主要方法是：1)热浸镀。金属工件放入熔融金属中，令其表面形成涂层的过程，称为热浸镀，如热镀锌、热镀铝等。2)热喷涂。将熔融金属雾化，喷涂于工件表面，形成涂层的过程，称为热喷涂，如热喷涂锌、热喷涂铝等。3)热烫印。将金属箔加温、加压覆盖于工件表面上，形成涂覆层的过程，称为热烫印，如热烫印铝箔等。4)化学热处理。工件与化学物质接触、加热，在高温态下令某种元素进入工件表面的过程，称为化学热处理，如渗氮、渗碳等。5)堆焊。以焊接方式，令熔敷金属堆集于工件表面而形成焊层的过程，称为堆焊，如堆焊耐磨合金等。
4.真空法
这种方法是在高真空状态下令材料气化或离子化沉积于工件表面而形成镀层的过程。其主要方法是：1)物理气相沉积(PVD)。在真空条件下，将金属气化成原子或分子，或者使其离子化成离子，直接沉积到工件表面，形成涂层的过程，称为物理气相沉积，其沉积粒子束来源于非化学因素，如蒸发镀溅射镀、离子镀等。2)离子注入。高电压下将不同离子注入工件表面令其表面改性的过程，称为离子注入，如注硼等。3)化学气相沉积(CVD)。低压(有时也在常压)下，气态物质在工件表面因化学反应而生成固态沉积层的过程，称为化学气相镀，如气相沉积氧化硅、氮化硅等。
5.其它方法
主要是机械的、化学的、电化学的、物理的方法。其中的主要方法是：1)涂装。闲喷涂或刷涂方法，将涂料(有机或无机)涂覆于工件表面而形成涂层的过程，称为涂装，如喷漆、刷漆等。2)冲击镀。用机械冲击作用在工件表面形成涂覆层的过程，称为冲击镀，如冲击镀锌等。3)激光面表处理。用激光对工件表面照射，令其结构改变的过程，称为激光表面处理，如激光淬火、激光重熔等。4)超硬膜技术。以物理或化学方法在工件表面制备超硬膜的技术，称为超硬膜技术。如金刚石薄膜，立方氮化硼薄膜等。5)电泳及静电喷涂。电泳的方法，是工件作为一个电极放入导电的水溶性或水乳化的涂料中，与涂料中另一电极构成解电路。在电场作用下，涂料溶液中已离解成带电的树脂离子，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。这些带电荷的树脂离子，连同被吸附的颜料粒子一起电泳到工件表面，形成涂层，这一过程称为电泳。静电喷涂是在直流高电压电场作用，雾化的带负电的油漆粒子定向飞往接正电的工件上，从而获得漆膜的过程，称为静电喷涂。
四、发展前景
目前表面处理一些传统方法，如堆焊、热喷涂、电刷渡等工艺往往适应不了现代工业的需求。如一些对温度特别敏感的金属零部件，会使零件表面达到很高温度，造成零件变形或产生裂纹，影响零件的尺寸精度和正常使用，严重时还会导致轴断裂;电刷渡虽无热影响，但渡层厚度不能太厚，污染严重，应用也受到了极大的限制。目前西方国家针对上述方法的弊端研制出高分子复合材料的现场表面处理方法，其中比较成熟的有福世蓝技术体系。材料所具有的综合性能及在任何时间内可机械加工的优越性，不但完全满足修复后的使用要求及精度，还可以降低设备在运行中承受的冲击震动，延长使用寿命。因材料是“变量”关系，当外力冲击材料时，材料会变形吸收外力，并随着轴承或其它部件的胀缩而胀缩，始终和部件保持紧配合，降低磨损的几率，针对大型设备的磨损，也可采用“模具”或“配合部件”针对损坏的设备进行现场修复，避免设备的整体拆卸，还可以最大限度地保证部件配合尺寸，满足设备的生产运行要求，延长设备的使用寿命，确保企业的安全连续生产。在国内表面处理的应用中，高分子复合材料也起到了越来越重要的作用。
参考文献：
[1] 黄红军.谭胜.胡建伟等.金属表面处理与防护技术.冶金工业出版社(2011-10).
[2] 庄光山.李丽.王海庆等.金属表面涂装技术.化学工业出版社(2010-09).
金属表面处理技术论文篇二
浅析金属表面处理与环境保护
摘要：本文通过理论研究和对金属表面处理行业的调研、分析，阐述了各种主要金属表面处理方法的优缺点、镀涂层性能、外观效果以及各种处理方法对环境的影响。结合本人多年从事机械设计工作和表面处理工作方面的经验，给出了在机械设计中应采用的表面处理方法的建议。
关键词：金属表面处理;环境保护;镀涂层;装饰
一、金属表面处理概述
随着科学技术的进步，工业生产的发展和人民生活水平的提高，人们对生活用品及工业
设备的制造质量也发生了改变，对其产品不仅要求耐蚀、耐用，也要求外观洁净、漂亮，能赏心悦目，甚至有一定的观赏价值。因此，目前表面处理技术已在各种制造业中得到广泛的应用。
表面处理技术始终在为金属材料的保驾护航、增值添彩发挥着巨大的作用。一方面，它能显著降低金属(特别是钢铁)的腐蚀速度，为社会节约大量的财富，并可通过处理使之获得亮丽的外观。另一方面，表面处理技术还能设法赋予金属各种与电、磁、光、声、化学、机械等有关的新功能。由于材料的功能多半都体现在其表面层上，因而有可能让一些低廉的金属材料经过表面处理而获得耐磨、减摩、磁化、导电、易焊接、化学催化等特殊功能，得以身价倍增。这就是说，金属表面处理技术既能为其它加工工艺提供平整、清洁、美观的表面，又能独立地形成具有重要价值的新型表面材料。它对制造业发展所起到的作用是不容忽视的。
金属表面处理技术涵盖面极广，涉及的学科也很多，而且这些学科彼此距离相当远，几乎没有谁能精通表面处理技术中的所有内容。此外，随着科学技术的进步和需求的增长，还会有更新的技术陆续不断地加入到此行列之中。不过，象这样一门庞杂而重要的综合性技术，在学术界却长期未获得应用的关注。本文所涉及的内容意在为各位同行提供一些在表面处理方面的选择方法、原则、应用实例等，希望对各位同行有借鉴的价值，并能起到抛砖引玉的作用。
二、金属表面处理在机械设计中的地位
在机械设计中，设计者要考虑众多的设计要素，诸如：使用性能、机械原理、制造工艺
设备外观等。而在更多的情况下，考虑更多的是机械零件的功能，从而就涉及到了零件的热处理要求、表面涂、镀要求等表面处理要求。它们是保证金属零件的强度和表面硬度以及表面质量和外观的重要措施。因此，金属表面处理在机械设计中起着十分重要的作用。
三、金属表面处理的必要性
钢铁是全球产量最多的金属，钢铁的机械强度高，加工性能好，可以很容易加工成各种各样的制品而被广泛应用在各个方面，各种机械设备、建筑材料及日常生活用具的制造都离不开钢铁，最大的如数十万吨油轮，最小的如细钉都由钢铁制造，但钢铁易生锈腐蚀，所以很早就利用碱使钢铁表面氧化变色，使其变成枪黑色或蓝色，既耐腐蚀又有一定光泽的颜色，但是由于钢铁缺乏着色元素，除了用碱液氧化着色外，很难获得其他的颜色，从而影响了钢铁制品的美观及使用价值，特别是一些工艺品过去都用铜和其他有色金属制作。随后发现钢铁表面可以镀上各种颜色的金属镀层增加了装饰效果，特别是着色工艺技术的发展，钢铁可以先镀上其他金属镀层，如铜、镍、铬、锌等，然后再把镀层着色，使得钢铁的应用范围大大增加，近年来还利用浸渍技术使钢铁表面无需电镀就可沉积一层薄层并进行着色，降低了钢铁表面着色的成本，使钢铁可以做成各种需要着色或装饰美观的日用工艺品。其外形可以做成与铜或铝合金等其他制品一样，因此艺术装饰工艺在钢铁制品上得到广泛的应用，钢铁通过装饰处理也提高了产品的质量及实用价值。
不锈钢的特点是防腐性能好，根据使用环境和条件的不同，可选择不同类型的不锈钢材料。但由于不锈钢材料大都使用稀有金属，价格昂贵，差不多相当于普通碳钢的5～10倍。不锈钢和优质碳钢相比强度和硬度都较低，在很多方面不锈钢不能代替碳钢。而碳钢在加工成零件后就要进行必要的表面处理，因此钢铁零件的表面处理是不可缺少的。
四、金属表面处理的分类及其作用
金属表面处理分为功能性和装饰性表面处理。
功能性表面处理包括：
金属热处理，包括：淬火、正火、调质、碳、氮共渗等。其作用在于提高金属表面
硬度、韧性、耐磨性能等。
功能性镀层，如：镀硬铬、化学镀镍等。其作用在于提高金属表面硬度、耐磨性、
防腐及装饰功能。
其他表面处理方法，包括：机械滚压、等离子注入等，其作用在于提高金属零件表
面硬度和耐磨性。
装饰性表面处理包括：装饰镀铬、镀镍、镀锌、镀钛，还有磷化氧化、表面喷涂等。
其作用在于提高金属表面的防腐性能和装饰要求。
五、各种金属表面处理方法简介
1.电镀：众所周知，镀铜、镀锌、镀镍、镀铬等均属于电镀，在过去和现在的经济建设中，发挥了十分重要的作用。但是电镀中存在着氰化物，重金属离子是影响环境的致命因素。
2.化学镀：化学镀是近年来发展起来的一种不需要电极新型镀种，其镀层的综合性能明显优于电镀。该镀种中不含氰化物，重金属离子只要适当控制就可以达到环保排放标准，是国家支持的项目，很有发展前景，是未来取代电镀的环保镀种。
3.喷涂：喷涂的种类很多，有高温涂料和常温涂料;有金属涂料和非金属涂料;有有机涂料和无机涂料。用户可以根据产品的用途和使用环境选择不同的涂料。高温涂料如：静电环氧、聚脂等粉末涂料;无机涂料如：水性漆它是未来喷涂行业的发展趋势，其原因主要是考虑涂层的性能和环保方面的问题。
六、环保综述
所有金属的表面处理无一不涉及到对环境的影响，只是表面处理的方法不同，对环境的影响程度不同，经过相应的处理，有些方法可以达到国家的排放标准，而有些却很难达到国家的排放标准。
前处理工序一般都需要除油和除锈。除油是碱性的，除锈是酸性的，不论是残液还是漂洗水，中和后生成盐和水，经过适当处理即可达到排放标准。
在金属表面处理过程中，对环境和人类生存影响最大的是重金属离子，我国政府在多年以前已采取了多方面的措施限制电镀行业的发展，但就我国工业生产的现状，要实现预定的目标，达到发达国家的相关排放标准，还有大量的工作要做。近年来随着科学技术的发展，化学镍的出现，不仅在镀层的质量方面有所提高，而且在环境保护方面得以改善。水性漆的出现，使得喷涂行业添加了一名很有潜力的成员，它避免了油漆涂料有机溶剂等有害易挥发物质的出现，使环境污染得以减轻。
六、结束语
我国现已成为制造业大国，金属表面处理是不可缺少的专业，而怎样选择表面处理既保证质量，又能在处理过程中的排放物对周边的环境污染小便成为我们的当务之急。化学镀的出现及发展为金属镀层提供了一种良好的思路;无溶剂涂料(包括环氧树脂、聚氨脂、水性漆等)的发展和技术进步，使得表面喷涂行业形成了百家争鸣的局面，而且有不断扩大之势。另外随着废水、废气处理技术的进步，使得处理成本也有所降低。总之设计人员在进行产品设计时应充分考虑涂镀层的外观、质量、使用性能等众多因素，同时还应兼顾处理过程对环境的影响，选择合适的表面处理方法。
参考文献：
[1] 李宁等.化学镀镍基合金理论与技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.[2] 曾华梁等.电镀工艺手册.北京：机械工业出版社，1997.
[3] 程秀云等.电镀技术.北京：化学工业出版社，2003.
[4] 李异.金属表面艺术装饰处理.北京：化学工业出版社，2008.
作者简介：柴富俊(1958--)，女，副教授，研究方向：机械设计及计算机图形学。
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