常見(jiàn)的表面處理技術(shù)

表面處理技術(shù)簡(jiǎn)介

　　表面處理技術(shù)是改變材料表面特性，或通過(guò)對(duì)表面附加新的功能，使之成為功能性材料而使用的方法。表面處理包括從電鍍到工件表面強(qiáng)化所用的各種處理方法。電鍍是提高工件裝飾性及耐蝕性的工藝;而表面強(qiáng)化則是只對(duì)被處理材料進(jìn)行表面淬火，使其表面提高硬度，或者使已經(jīng)淬火、硬化的表面進(jìn)一步強(qiáng)化而使用的工藝。

　　以機(jī)械零件及工具為對(duì)象的表面處理法，大體上有3種。diyi種是表面淬火，在無(wú)其他元素參與的狀態(tài)下，只硬化(強(qiáng)化)被處理材料表面的方法;第二種是在被處理材料表面熱擴(kuò)散其他元素的工藝，相當(dāng)于滲碳、氮化、TRD工藝等;第三種是對(duì)材料表面涂覆不同于該材質(zhì)的硬質(zhì)覆膜的工藝，典型的方法有物理氣相沉積(PVD)及化學(xué)氣相沉積(CVD)。

　　機(jī)械零件及工具中，需要采用表面處理的主要原因有以下兩個(gè)方面。其一是提高表面硬度;其二是將表面的材質(zhì)置換為與原金屬材料不同的物質(zhì)。所有這些方法都有利于降低摩擦、磨損。

常見(jiàn)的表面處理技術(shù)

　　1、金屬鈍化

　　機(jī)械鈍化和化學(xué)鈍化是金屬鈍化的兩種方式，所謂的鈍化本質(zhì)上是一個(gè)過(guò)程，就是指通過(guò)對(duì)金屬表面狀態(tài)進(jìn)行處理從而引起金屬表面具有了某些貴金屬才有的特征。

　　化學(xué)鈍化是指介質(zhì)與金屬在自然作用下產(chǎn)生的表面變化。另一種鈍化方式為機(jī)械鈍化，是一種金屬表面狀態(tài)在變化的情況下造成了金屬自身的腐蝕率大大降低，但是件數(shù)的電勢(shì)和電極并沒(méi)有發(fā)生正相移動(dòng)的鈍化。溶液與金屬相互融合是鈍化的本質(zhì)原理。

　　截止到目前為止，還沒(méi)有相關(guān)的技術(shù)和文獻(xiàn)資料能夠?yàn)樾纬上嗄だ碚撟鳛槔碚撜摀?jù)支持。在具體的材料生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高金屬產(chǎn)品的抗腐蝕能力，可以采用鈍化的處理措施，這種措施的適用范圍極廣能夠適應(yīng)各種環(huán)境。

　　2、熱噴涂

　　熱噴涂技術(shù)本質(zhì)上是讓非金屬或者細(xì)微分散的金屬表面形成具有各種不同功能的表面涂層技術(shù)，其原理便是使用土層材料在其半融化或者融化的過(guò)程中沉淀積累到機(jī)體表面，這種基體表面經(jīng)過(guò)一定的制備，最終在基體上形成一定的沉積層。

　　熱噴涂技術(shù)能夠?qū)Ξa(chǎn)品起到一定的修復(fù)作用，電弧噴涂和有火噴涂時(shí)最常用的方法，噴涂時(shí)主要利用樣子燃燒產(chǎn)生的熱流，非金屬或者金屬材料一般都是絲狀或者粉末狀，由于受到加熱作用變成半融化和融化狀態(tài)，然后再借助壓縮空氣或者自身的速度被噴涂到已經(jīng)經(jīng)過(guò)處理的基體表面。

　　把材料涂于處理材料的表面值得便是電弧噴鍍，等離子噴鍍技術(shù)也是噴涂技術(shù)的一種。目前此種技術(shù)也在社會(huì)科技水平進(jìn)步的腳步里找到了全新的發(fā)展目標(biāo)，那便是專(zhuān)業(yè)化和智能化的發(fā)展方向。

　　3、滲透擴(kuò)散處理

　　此種處理措施的重點(diǎn)是將要處理的產(chǎn)品置入一定的液體之中，這種液體需要經(jīng)過(guò)一定的準(zhǔn)備，這樣產(chǎn)品能夠與液體中的相關(guān)成分通過(guò)滲透、擴(kuò)散進(jìn)行融合，從而產(chǎn)生基體與溶液的更深層次的結(jié)合，于是這兩種物品結(jié)合的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)便會(huì)同時(shí)表現(xiàn)在產(chǎn)品之上。

　　材料與滲透液體之間可以相互作用和影響是此技術(shù)的核心內(nèi)容，而且滲透和擴(kuò)散后材料表面也沒(méi)有明顯的分層出現(xiàn)。這種技術(shù)的使用目的在于提升產(chǎn)品的耐腐蝕度，一旦產(chǎn)品置于易腐蝕、潮濕的環(huán)境下便可體現(xiàn)出改技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

　　4、電鍍處理法

　　工件在電解質(zhì)溶液中表現(xiàn)為陰極，表面的電鍍層是在外電流的作用下形成的，這種方法稱(chēng)為電鍍法。

　　具體的電鍍過(guò)程中，是將鈷、鎳類(lèi)金屬放置在電鍍槽內(nèi)，金屬通過(guò)連續(xù)沉積到鉆頭的鋼體最終胎體層形成，同時(shí)金剛石微粉也被風(fēng)層次的布在鉆頭鍍面上。金剛石被均勻埋在金屬胎體之中也被稱(chēng)之為工作層。例如鋼鐵發(fā)藍(lán)，則可把鋼鐵放入氧化溶液里，工件表面經(jīng)過(guò)化學(xué)作用形成氧化膜。這種電鍍處理技術(shù)在化學(xué)材料表面處理中很常見(jiàn)并且起到很重要的作用。

　　值得注意的是，電鍍法的使用對(duì)于材料有著很高的要求，一般情況下材料只有在表面沒(méi)有銹蝕和雜物并且相對(duì)憑證的情況下才能使用電鍍法，最終達(dá)到理想的電鍍效果。

　　5、化學(xué)鍍處理法

　　不同于電鍍法利用電流層對(duì)金屬進(jìn)行電鍍處理，化學(xué)鍍的原理是通過(guò)產(chǎn)生在物體之間的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的處理方法，首先要了解實(shí)際材料的情況，準(zhǔn)備好具有針對(duì)性要求的化學(xué)液體，然后放置好化學(xué)溶液將需要處理的材料置入其中待其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，這里無(wú)需產(chǎn)生滲透環(huán)節(jié)。

　　6、激光處理技術(shù)

　　近年來(lái)激光處理技術(shù)得到了高速的發(fā)展并成為一項(xiàng)逐漸被認(rèn)可的技術(shù)，激光處理技術(shù)起步雖晚，但是經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展技術(shù)水平已經(jīng)較為出眾，材料表面經(jīng)過(guò)大功率的激光處理，通過(guò)這種處理方式物體材料表面的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)都產(chǎn)生了變化，這樣物體材料的使用價(jià)值便會(huì)被提升。

　　激光處理技術(shù)具有精密度高、成本低的特點(diǎn)，在現(xiàn)階段的廣大工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛的使用和推廣。該技術(shù)在進(jìn)行表面處理時(shí)僅需較短的時(shí)間便能完成工作，因此具有大幅度提高生產(chǎn)力的能力，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高。

　　7、航空復(fù)合材料

　　航空事業(yè)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也實(shí)現(xiàn)了迅速崛起，而航空設(shè)備中的一些精密元件的質(zhì)量也決定著設(shè)備的使用周期。很多元件都需要具備抗高溫、抗腐蝕、抗壓力等條件。然而元件在本身加工的過(guò)程中本身就存在著一定的缺陷，導(dǎo)致材料出現(xiàn)損耗。此時(shí)需要化學(xué)材料對(duì)其進(jìn)行表面處理。

　　近年來(lái)這些技術(shù)已經(jīng)相對(duì)完善，但是仍然還有許多未知的技術(shù)層面需要后續(xù)的研究提供技術(shù)支持和數(shù)據(jù)保障。

　　8、手工處理

　　如刮刀、鋼絲刷或砂輪等。用手工可以除去工件表面的銹跡和氧化皮等。這種物理處理技術(shù)是最傳統(tǒng)的技術(shù)，適用于一些大型元件。但手工處理勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，質(zhì)量差，清理不徹底，并且隨著科技的發(fā)展，這種技術(shù)也逐漸地被其它技術(shù)代替。

表面處理技術(shù)應(yīng)用——材料表面強(qiáng)化

　　1、覆蓋強(qiáng)化的方法

　　在材料表面強(qiáng)化的過(guò)程中，可以采用覆蓋強(qiáng)化的處理方法。

　　所謂的覆蓋強(qiáng)化處理方法，就是在材料的表面增加一個(gè)覆蓋層，如涂漆層、電鍍層等。覆蓋層可以對(duì)機(jī)械工程的材料形成表面覆蓋，增加機(jī)械工程材料的強(qiáng)度、持久度、硬度等。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械工程行業(yè)常常應(yīng)用氣相沉積方法和噴涂的方法進(jìn)行覆蓋強(qiáng)化，這兩種方法的可靠性相對(duì)較好，可以提升機(jī)械工程材料的整體性能。

　　在覆蓋強(qiáng)化處理方法中，熱噴涂的方法最為常見(jiàn)，這種方法是將噴涂的材料放在高溫區(qū)域進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度上升到一定程度時(shí)，噴涂材料融化成小型顆粒，噴射器將小型顆粒噴射到機(jī)械工程材料的表面，可以形成一層覆蓋層，緊緊附著在機(jī)械工程材料的外部。

　　不同質(zhì)量的噴射材料覆蓋效果也不同，因此在采用熱噴涂方法的過(guò)程中，應(yīng)該選擇耐腐蝕、抵抗性較好的噴涂材料。

　　2、變形強(qiáng)化的方法

　　在材料表面強(qiáng)化的過(guò)程中，可以采用變形強(qiáng)化的處理方法。

　　所謂的變形強(qiáng)化處理方法，就是在機(jī)械工程材料表面增加金屬覆蓋層，使金屬外殼依附在材料之上，形成雙層覆蓋結(jié)構(gòu)，提高機(jī)械工程材料的強(qiáng)度。

　　在應(yīng)用這一方法時(shí)，技術(shù)人員需要應(yīng)用噴丸方法、滾壓方法等使金屬材料發(fā)生形變，值得注意的是，有很多金屬材料的變形性較差，技術(shù)人員應(yīng)該選擇變形程度較大的金屬材料作為覆蓋層，在金屬材料發(fā)生冷塑性變形之后，可以將金屬材料焊接在機(jī)械工程材料的表面，形成有效的強(qiáng)化層。

表面處理技術(shù)應(yīng)用——材料表面保護(hù)

　　1、鍍類(lèi)的方法

　　在材料表面保護(hù)的過(guò)程中，可以采用鍍類(lèi)的處理方法。

　　電鍍法：

　　所謂的電鍍法，就是將金屬材料放在化學(xué)溶液中，并在化學(xué)溶液中導(dǎo)入電流，在電流作用下，化學(xué)溶液的電離子附著到金屬材料的表面，形成防護(hù)層。電鍍方法的表現(xiàn)形式很多，在進(jìn)行電鍍操作時(shí)，可以根據(jù)機(jī)械工程材料的不同，選擇合適的電鍍方法。

　　和其他表面保護(hù)處理方法相比，電鍍方法具有一定的特殊性。電鍍方法具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用這一方法處理的機(jī)械工程材料質(zhì)量比較好，而且保護(hù)層相對(duì)牢固。值得注意的是，應(yīng)用這一方法進(jìn)行處理的防護(hù)層制作效率比較低。

　　由于電鍍法的生產(chǎn)效率受到限制，其應(yīng)用范圍也相對(duì)有限，在機(jī)械工程材料防護(hù)、機(jī)械工程材料修復(fù)、機(jī)械工程材料裝飾這三個(gè)領(lǐng)域，電鍍法的應(yīng)用比較多。

　　化學(xué)鍍法：

　　所謂的化學(xué)鍍法就是應(yīng)用化學(xué)藥劑將化學(xué)藥劑涂抹在金屬材料上，使離子轉(zhuǎn)化生成的一種方法。化學(xué)鍍法的應(yīng)用范圍非常廣泛，無(wú)論是金屬材料還是非金屬材料，化學(xué)鍍法都能對(duì)這些材料進(jìn)行化學(xué)保護(hù)，施加防護(hù)層。

　　熱浸鍍法：

　　所謂的熱浸鍍法就是把金屬材料放在高溫加熱的金屬液體環(huán)境中，在一定時(shí)間范圍內(nèi)取出金屬材料，然后在金屬上方粘合熱鍍層。熱浸鍍法的技術(shù)成本比較低，制作工藝比較簡(jiǎn)單，因此受到了機(jī)械制造行業(yè)的廣泛歡迎。

　　2、轉(zhuǎn)化膜的方法

　　在材料表面保護(hù)的過(guò)程中，可以采用轉(zhuǎn)化膜的處理方法。

　　化學(xué)氧化方法：

　　當(dāng)機(jī)械工程材料為鋼鐵材料時(shí)，可以把機(jī)械工程材料放在高溫加熱的氧化溶液環(huán)境中，在溫度的作用下，機(jī)械工程材料的表面會(huì)覆蓋一層氧化膜，這層氧化膜可以隔絕機(jī)械工程材料和外部的空氣，對(duì)機(jī)械工程材料形成防護(hù)。

　　機(jī)械工程材料為鋁制材料時(shí)，可以把機(jī)械工程材料放在弱堿或弱酸中。弱堿和弱酸與鋁制材料會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氧化膜，這層氧化膜也可以起到較好的防護(hù)作用。

　　磷化處理方法：

　　所謂的磷化處理方法就是把機(jī)械工程材料浸入到磷酸溶液中，機(jī)械工程材料和磷酸發(fā)生作用，會(huì)形成一層薄膜。磷化膜具有明顯的特點(diǎn)，在磷化膜中磷酸鐵等組成部分，磷酸鐵呈黑色，因此磷化膜也呈灰黑色。

　　磷化膜相對(duì)較薄，但是磷化膜和機(jī)械工程材料的粘合效果非常好，當(dāng)外部通過(guò)電流時(shí)，磷化膜可以隔絕機(jī)械工程材料，避免材料出現(xiàn)導(dǎo)電等問(wèn)題，增加工作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)磷化膜進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)磷化膜有極強(qiáng)的抗腐蝕能力，可以提高機(jī)械工程材料的防腐性能。

　　磷化處理可以根據(jù)溫度的不同分為以下三種：diyi種是低溫的磷化處理方法;第二種是中溫的磷化處理方法;第三種是高溫的磷化處理方法。

　　低溫磷化處理方法的操作性較好，但是抵抗能力比較弱。中溫的磷化處理方法抵抗性較好，但是配制相對(duì)復(fù)雜。高溫的磷化處理方法抗腐蝕能力非常強(qiáng)，但是技術(shù)要求比較高。

　　3、涂料的方法

　　在材料表面保護(hù)的過(guò)程中，可以采用涂料的處理方法：

　　①涂料的涂抹方法：在機(jī)械工程材料的外部，技術(shù)人員可以涂抹一層涂料，將機(jī)械工程材料與外部空氣隔絕開(kāi)來(lái)。常用的涂料有紅丹漆等，這些漆料有很好的防腐效果。一些機(jī)械工程材料為鋼鐵材料，容易生銹，此時(shí)可以在紅丹漆等材料中加入鈍化劑;

　　②塑料的涂抹方法：在機(jī)械工程材料的外部，技術(shù)人員可以涂抹一層塑料薄膜，隔絕機(jī)械工程材料和外部空氣，提高材料的防腐蝕性能;

　　③防銹油的涂抹方法：在機(jī)械工程材料的表面，技術(shù)人員可以涂抹一層防銹油。當(dāng)防護(hù)期比較短時(shí)，技術(shù)人員可以在防銹油中添入礦物材料。當(dāng)防護(hù)期比較長(zhǎng)時(shí)，技術(shù)人員可以在防銹油中添入凡士林等材料;

　　④包覆方法：在機(jī)械工程材料表面，技術(shù)人員可以涂抹黃銅材料、鋁鎳材料等，形成金屬的防護(hù)層，對(duì)機(jī)械工程材料施加防護(hù)。

表面處理技術(shù)應(yīng)用——材料表面裝飾

　　1、拋光的方法

　　在材料表面裝飾的過(guò)程中，可以采用拋光的處理方法。所謂的拋光處理方法就是在機(jī)械和化學(xué)的作用下使用拋光機(jī)，對(duì)機(jī)械工程材料的表面進(jìn)行光整加工。在應(yīng)用這一方法的過(guò)程中，需要在機(jī)械工程材料的表面涂抹一層拋光膏，然后把機(jī)械工程材料綁在拋光輪上，對(duì)材料施加巨大的摩擦力。

　　在摩擦力的作用下，機(jī)械工程材料表面溫度升高，可以形成一層熔流層。熔流層對(duì)金屬表面形成了填補(bǔ)，可以把機(jī)械工程材料的表面打造成平滑的鏡面。拋光方法在機(jī)械工程材料裝飾中的應(yīng)用非常廣泛，可以收獲良好的表面修飾效果。

　　2、裝飾鍍的方法

　　在材料表面裝飾的過(guò)程中，可以采用裝飾鍍的處理方法。所謂的裝飾鍍方法，就是以電鍍方法作為基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)械工程材料進(jìn)行光亮電鍍。

　　在應(yīng)用這一方法的過(guò)程中，需要在機(jī)械工程材料的表面添加光亮劑，形成光亮的表面。一般來(lái)說(shuō)，光亮鍍鎳層的應(yīng)用最為普遍，在形成光亮鎳鍍層時(shí)，技術(shù)人員需要在鍍層加入光亮離子，然后形成光亮鍍烙。

　　3、著色的方法

　　在材料表面裝飾的過(guò)程中，可以采用著色的處理方法。所謂的表面著色方法，就是在機(jī)械工程材料的表面進(jìn)行操作，形成一層金屬化合物薄層。金屬化合物有一定的顏色，如黃銅呈金色、鋼鐵呈銀色等。通過(guò)金屬化合物薄層，機(jī)械工程材料可以附著一層顏色。

　　在機(jī)械工程材料附著顏色之后，技術(shù)人員可以對(duì)機(jī)械工程材料進(jìn)行拋光，使外部顏色更加自然。著色工藝不同，機(jī)械工程材料的光澤度也不同，因此在應(yīng)用這一方法的過(guò)程中，要根據(jù)機(jī)械工程材料的不同，選擇合適的著色制件。