金属表面处理的工艺发展

金属表面处理的工艺发展一、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