材料表面处理

2.7金属的表面处理技术金属材料表面处理与装饰技术一般具有保护和美化装饰双重作用和功效。金属的表面处理技术分为表面前处理和金属材料的表面装饰技术2.7.1金属材料表面前处理一、金属材料的热处理1、概述金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却，以达到改善材料性能的一种工艺。任何热处理工艺一般都可归纳为由加热、保温和冷却三个阶段组成的工艺过程。2、 作用热处理主要是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。热处理的作用就是提高材料的性能、消除残余应力和改善金属的切削加工性。3、 分类根据加热、保温和冷却工艺方法的不同，热处理工艺大致分为整体热处理、表面热处理、化学热处理（GB/T12603-1990）：分类特点常用方法处理退火、正火、淬火4■回火、调质等表面热处理是仅对工件的表面进行的热处理工艺表面淬火和回火（如感应加热淬火）、气or积等化学热处理是概学场、性能多元共潍二、整体热处理工艺整体热处理是指对工件整体进行穿透加热的热处理。主要有退火和正火（预备热处理）、淬火和回火（最终热处理）等。一般零件的工艺路线为：毛坯（铸造或锻造）一退火或正火一机械（粗）加工f淬火+回火（或表面热处理）-机械（精）加工。退火与正火常作为预备热处理，其目的是为消除毛坯的组织缺陷，或为以后的加工作准备；淬火和回火工艺配合可强化钢材，提高零件或工具的使用性能，可作为最终热处理。1、退火是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。2、正火是将工件加热至Ac3或Accm以上30〜50°C（奥氏体化），保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。区别：正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。三、 淬火淬火是将工件加热到AC3或AC1点以上某一温度保持一定时间。随即浸入淬冷介质中快速冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性。四、 回火回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温。按回火温度范围，回火可分为1、 低温回火（回火马氏体具有高的硬度、强度和良好耐磨性）、2、 中温回火（回火托氏体钢具有高的弹性极限，较高的强度和硬度，良好的塑性和韧性）3、 高温回火（回火索氏体组织具有优良的综合力学性能）。关系：钢在淬火后一般很少直接使用，因为淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体,并且有内应力产生，马氏体虽然强度、硬度高，但塑性差，脆性大，在内应力作用下容易产生变形和开裂；此外，淬火后组织是不稳定的，在室温下就能缓慢分解，产生体积变化而导致工件变形。因此，淬火后的零件必须进行回火才能使用。回火的目的是：1、 消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；2、 调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；3、 稳定组织与尺寸，保证精度；4、 改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。调质：工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质后，钢具有优良的综合力学性能。三、表面热处理表面热处理是指通过快速加热，仅对工件表面进行热处理，以改变表面层组织和性能的热处理工艺。与整体热处理相比，表面热处理工艺简单、变形小。常用的表面热处理工艺为表面淬火，是强化材料表面的重要手段，特别适合于要求表面具有较高硬度和耐磨性、心部具有一定强度的零件（如齿轮、活塞销、曲轴、凸轮等）。1、感应加热表面淬火感应加热表面淬火是利用电磁感应的原理，使零件在交变磁场中切割磁力线，在表面产生感应电流，又根据交流电集肤效应，以涡流形式将零件表面快速加热，而后急冷的淬火方法。火焰加热表面淬火：应用可燃气体（如氧乙炔）燃烧产生的高温火焰对工件表面进行加热，并快速冷却的淬火工艺，称为火焰淬火。

激光表面淬火：应用激光作为能源，以极快的速度加热工件，并通过零件的热传导实现自冷淬火。四、化学热处理将钢件放在具有一定活性介质的介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入钢件的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺称化学热处理。基本过程：①分解：在一定温度下，活性介质通过化学分解，形成能渗入工件的活性原子；②吸收：工件表面吸收活性原子，并溶入工件材料晶格的间隙或与其中元素形成化合物；③扩散：被吸收的原子由表面逐渐向心部扩散，从而形成具有一定深度的渗层。目的：①提高渗层硬度和耐磨性（如渗入碳、氮、硼、钒、铌、铬、硅等）②提高零件接触疲劳强度和提高抗擦伤能力（如渗入硫、氮等）；③提高零件抗氧化、耐高温性能（如渗入铝、铬、镍等）；④提高零件抗蚀性（如渗入硅、铬、氮等）。常用种类：渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗2.7.2金属材料表面装饰技术金属表面装饰技术一方面是保护产品，即保护材质本身赋予产品表面的光泽、色彩和肌理等而呈现出的外观美，并提高产品的耐用性，确保产品的安全性,□另一方面起到美化、装饰产品的作用加上更丰富的色彩、光泽和肌理等变，根据产品造型设计的意图，给产品表面附化，以:金属表面肌理工艺□另一方面起到美化、装饰产品的作用加上更丰富的色彩、光泽和肌理等变，根据产品造型设计的意图，给产品表面附化，以:金属表面肌理工艺表面切削和满足产品设计的要求。口面镶嵌 表面研磨抛光研削 表面蚀刻表面切削与研削材料表面装饰技术金属表面着色工艺材料表面装饰技术金属表面着色工艺拉丝镀层被覆涂层被覆化学着色电解着色一、表面精整加工使金属材料加工成平滑、光亮、美观和具有凹凸模样的表面状的过程称为表面加工，表面精整加工除直接具有装饰效果外，作为电镀和涂装的前处理也是重要的。1、 切削和研削加工切削是利用刀具对金属表面层进行加工的方法,研削是利用砂轮对金属表面层进行加工的方法，主要目的是加工出高精度表面的产品。现代表面精密加工如珩磨和超精加工技术等，是其发展分支。2、 研磨抛光研磨的方式有通过坚硬微细的研磨料进行的机械研磨,通过电解金属表面溶解而进行的电解研磨；以及通过试剂作用引起的金属化学性溶解而进行的化学研磨。1)机械研磨。机械研磨时，一般金属表面常用的磨料如A12O3、SiC和Cr2O3等系列磨料。在表面精密加工中，有滚筒研磨、抛光研磨和擦亮研磨等方法。其中抛光研磨，使用简便，并能迅速加工出不涉及尺寸精度的平滑的或具有镜面光泽的表面，是一种高效率的研磨方法。2)电解研磨和化学研磨。主要作用是使金属表面局部选择性溶解而使表面平滑。电解研磨基于以电解作用使金属表面溶解；化学研磨则基于以强溶剂引起的直接的化学性溶解二表面蚀刻蚀刻是利用化学药品的作用使被加工金属表面的持定部位浸蚀溶解而形成凹凸模祥的一种加工方法。工艺过程：清洗板材---烘干---涂布---曝光---显影-蚀刻-脱膜三、着色处理(以铝为例)铝及铝合金经氧化处理后，得到新鲜的氧化膜层，它具有多孔性、吸附能力强，容易染上各种颜色，具有良好的装饰效果。着色方法主要有三种，即化学染色法，整体着色法，电解着色法。近年来又在电解着色的基础上发展了干涉着色法。(1)化学染色法染色法就是把氧化后的制件用有机染料或无机染料的水溶液来染色。目前广泛应用的是有机染料染色，因有机染料染色方便，色彩丰富、鲜艳。经日光照射，受紫外线的作用易褪色。硫酸阳极氧化的典型工艺如下：机械抛光一上挂具一化学除油二热水清洗一硫酸中和一清洗一化学抛光或电抛光一清洗一出光一清洗一阳极氧化处理一清洗一氨水中和一清洗一染色一清洗一封闭一烘干一下挂具。2)整体着色法用硫酸和有机酸的混合物作氧化溶液，通以直流电，阳极氧化与着色同步进行。整体着色膜对阳光和风化作用都有很好的稳定性。不足之处是对操作条件要求严格。(3)电解着色电解着色和整体着色不同，电解着色是分两步进行：第一步铝在硫酸溶液中进行常规阳极氧化,第二步阳极氧化后的多孔性氧化膜在金属盐的着色液中电解着色。此法着色具有古朴、典雅的装饰效果，与染色法相比，氧化膜有极好的耐晒性；与整体着色法相比，能耗小，工艺条件易于控制。(4)干涉着色法也称三步法，是由电解着色法发展而来的，即在阳极氧化和电解着色两步法之间加一扩孔步骤-磷酸阳极化。磷酸阳极化的目的，是为了改变氧化膜孔的结构，使氧化膜孔底部的孔径增大。四、镀层被覆镀层装饰技术能在制品表面形成具有金属特性的镀层。金属镀层不仅能提高制品的耐蚀性和耐磨性，而且能够增强制品表面的色彩、光泽和肌理的装饰效果，因此能保护和能够增强制品表面的色彩、光泽和肌理的装饰效果，因此能保护美化表面，使制品的品位和档次得到提高。电镀的要素：阴极：被镀物。2•阳极：若是可溶性阳极，则为欲镀金属。若是不可溶性阳极，大部分为贵金属（白金，氧化铱）.电镀药水：含有欲镀金属离子的电镀药水。电镀槽：可承受，储存电镀药水的槽体。整流器：提供直流电源的设备分类：按镀层的表面状态可分成镜面镀层、粗面镀层两类。按被层装饰技术可分为电镀、化学镀、真空蒸发沉积镀、气相镀等，按镀层金属来分，常见的有：镀铬、锡、镍（银白色）、镀金、镀银、镀铜等工艺过程：一般包括电镀前预处理，电镀及镀后处理三个阶段。以不锈钢镀光亮镍为例：有机溶剂除油一化学除油一水洗一阴极电解活化一闪镀镍一水洗一活化一水洗一镀光亮镍一水洗一钝化一水洗一水洗一热水洗一甩干一烘干一验收。说明：.镀铜：打底用，增进电镀层附着能力，及抗蚀能力。镀镍：打底用或做外观，增进抗蚀能力及耐磨能力。活化：金属离子被还原为金属微粒而紧紧吸附在基体表面上。纯化：使表面形成一层很薄的钝态保护膜。五、涂层被覆（涂装）在制品表面形成以有机物为主体的涂层，并干燥成膜的工艺，称为涂装技术，简称为涂装。涂装所用的材料是各种涂料。涂装分类：浸涂、喷涂、涮涂、辊涂、电泳涂装、静电喷涂、刮涂、搓涂。涂装工艺一般包括制件表面涂装前处理、涂敷涂料及涂层干燥三大步骤。电泳涂装：利用外加电场使悬浮于电泳液中的颜料和树脂等微粒定向迁移并沉积于电极的基底表层的涂装方法。其工艺流程为：预清理f上线f除油f水洗f除锈f水洗f中和f水洗-磷化一水洗一钝化