一文看懂金屬材料表面處理工藝

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金屬表面處理工藝簡介

1、表面處理工藝簡介

利用現代物理、化學、金屬學和熱處理等學科的技術來改變零件表面的狀況和性質，使之與心部材料作優化組合，以達到預定性能要求的工藝方法，稱為表面處理工藝。

表面處理的作用：

提高表面耐蝕性和耐磨性，減緩、消除和修復材料表面的變化及損傷；

使普通材料獲得具有特殊功能的表面；

節約能源、降低成本、改善環境。

2、金屬表面處理工藝分類

總共可以分為4大類：表面改性技術、表面合金化技術、表面轉化膜技術和表面覆膜技術。

表面改性技術

1、表面淬火

表面淬火是指在不改變鋼的化學成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化後進行淬火以強化零件表面的熱處理方法。

表面淬火的主要方法有火焰淬火和感應加熱，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰等。

2、激光表面強化

激光表面強化是用聚焦的激光束射向工件表面，在極短時間內將工件表層極薄的材料加熱到相變溫度或熔點以上的溫度，又在極短時間內冷卻，使工件表面淬硬強化。

激光表面強化可以分為激光相變強化處理、激光表面合金化處理和激光熔覆處理等。

激光表面強化的熱影響區小，變形小，操作方便，主要用於局部強化的零件，如沖裁模、曲軸、凸輪、凸輪軸、花鍵軸、精密儀器導軌、高速鋼刀具、齒輪及內燃機缸套等。

3、噴丸

噴丸強化是將大量高速運動的彈丸噴射到零件表面上，猶如無數個小錘錘擊金屬表面，使零件表層和次表層發生一定的塑性變形而實現強化的一種技術。

作用：

提高零件機械強度以及耐磨性、抗疲勞和耐蝕性等；

用於表面消光、去氧化皮；

消除鑄、鍛、焊件的殘餘應力等。

4、滾壓

滾壓是在常溫下用硬質滾柱或滾輪施壓於旋轉的工件表面，並沿母線方向移動，使工件表面塑性變形、硬化，以獲得準確、光潔和強化的表面或者特定花紋的表面處理工藝。

應用：圓柱面、錐面、平面等形狀比較簡單的零件。

5、拉絲

拉絲是指在外力作用下使金屬強行通過模具，金屬橫截面積被壓縮，並獲得所要求的橫截面積形狀和尺寸的表面處理方法稱為金屬拉絲工藝。

拉絲可以根據裝飾需要，製成直紋、亂紋、波紋和旋紋等幾種。

6、拋光

拋光是對零件表面進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，隨預加工狀況不同，拋光後的Ra值可達1.6~0.008μm。

一般分為機械拋光和化學拋光。

表面合金化技術

化學表面熱處理

表面合金化技術的典型工藝就是化學表面熱處理。是將工件置於特定介質中加熱保溫，使介質中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學成分和組織，進而改變其性能的熱處理工藝。

與表面淬火相比，化學表面熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學成分。根據滲入的元素不同，化學熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。 化學熱處理過程包括分解、吸收、擴散三個基本過程。

化學表面熱處理最主要的兩種方式就是滲碳和滲氮。

表面轉化膜技術

1、發黑與磷化

發黑：

鋼材或鋼件在空氣-水蒸氣或化學藥物中加熱到適當溫度使其表面形成一層藍色或黑色氧化膜的工藝。也成為發藍。

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於水的結晶型磷酸鹽轉換膜的過程，稱之為磷化。

2、陽極氧化

主要是指鋁及鋁合金的陽極氧化。陽極氧化是將鋁或鋁合金製件浸沉於酸性電解液中，在外電流作用下作為陽極，在製件表面上形成與基體牢固結合的防蝕氧化膜層。這層氧化膜具有防護性、裝飾性、絕緣性、耐磨性等特殊特性。

陽極氧化前要經過拋光、除油、清洗等預處理，其後要進行沖洗、著色和封閉等處理。

應用：常用於汽車、飛機的某些特殊部件的防護處理以及工藝品和日用五金製品的裝飾性處理。

表面覆膜技術

1、熱噴塗

熱噴塗是將金屬或非金屬材料加熱熔化，靠壓縮氣體連續吹噴到製件表面上，形成與基體牢固結合的塗層，從製件表層獲得所需要的物理化學性能。

利用熱噴塗技術可改善材料的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及絕緣性等。

應用：航空航天、原子能、電子等尖端技術在內的幾乎所有領域。

2、真空鍍

真空鍍，就是在真空條件下，通過蒸餾或濺射等方式在金屬表面沉積各種金屬和非金屬薄膜的表面處理工藝。

通過真空鍍的方式可以得到非常薄的表面鍍層，同時具有速度快、附著力好、污染物少等優點。

真空濺射鍍原理

按照工藝不同，真空鍍可以分為真空蒸鍍、真空濺射鍍、真空離子鍍。

3、電鍍

電鍍是一種電化學和氧化還原的過程。以鍍鎳為例：將金屬製件浸在金屬鹽（NiSO4）的溶液中作為陰極，金屬鎳板作為陽極，接通直流電源後再製件上就會沉積出金屬鍍鎳層。

電鍍方法分為普通電鍍和特種電鍍。

4、氣相沉積

氣相沉積技術是指將含有沉積元素的氣相物質，通過物理或化學的方法沉積在材料表面形成薄膜的一種新型鍍膜技術。

根據沉積過程的原理不同，氣相沉積技術可分為物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)兩大類。

物理氣相沉積（PVD）

物理氣相沉積是指在真空條件下，用物理的方法，使材料汽化成原子、分子或電離成離子，並通過氣相過程，在材料表面沉積一層薄膜的技術。

物理沉積技術主要包括真空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍三種基本方法。

物理氣相沉積具有適用的基體材料和膜層材料廣泛；工藝簡單、省材料、無污染；獲得的膜層膜基附著力強、膜層厚度均勻、緻密、針孔少等優點。

廣泛用於機械、航空航天、電子、光學和輕工業等領域製備耐磨、耐蝕、耐熱、導電、絕緣、光學、磁性、壓電、滑潤、超導等薄膜。

化學氣相沉積（CVD）

化學氣相沉積是指在一定溫度下，混合氣體與基體表面相互作用而在基體表面形成金屬或化合物薄膜的方法。

由於化學氣相沉積膜層具有良好的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及電學、光學等特殊性能，已被廣泛用於機械製造、航空航天、交通運輸、煤化工等工業領域。

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