表面處理工藝及技術(shù)

表面處理工藝及技術(shù)第1頁(yè)/共52頁(yè)1、表面處理概念

利用現(xiàn)代物理、化學(xué)、金屬學(xué)和熱處理等學(xué)科的邊緣性新技術(shù)來(lái)改變零件表面的狀況和性質(zhì)，使之與心部材料作優(yōu)化組合，以達(dá)到預(yù)定性能要求的工藝方法，稱為表面處理。

第2頁(yè)/共52頁(yè)2、表面處理技術(shù)的分類（按工藝特點(diǎn)）①表面改性技術(shù)（金屬、非金屬）

④表面涂（鍍）層技術(shù)（金屬、非金屬）

③表面轉(zhuǎn)化膜技術(shù)（金屬）

通過(guò)物理、化學(xué)等方法，改變材料表面的形貌、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)。材料表面化學(xué)組成不變。通過(guò)化學(xué)方法，使添加材料與基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)化膜。通過(guò)物理、化學(xué)方法，使添加材料在基體表面形成鍍、涂層。基材不參與涂層的形成。②表面合金化技術(shù)（金屬）

通過(guò)物理方法，使添加材料進(jìn)入基體，形成合金化層。第3頁(yè)/共52頁(yè)3、常見(jiàn)表面處理方法

3.1.1表面淬火3.1.2噴砂3.1.3滾花3.1.4拉絲3.1表面改性技術(shù)3.1.6激光表面強(qiáng)化通過(guò)物理、化學(xué)等方法，改變材料表面的形貌、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)。材料表面化學(xué)組成不變。3.1.5拋光第4頁(yè)/共52頁(yè)表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行快速冷卻（淬火），使表面硬化的一種熱處理方法。感應(yīng)加熱3.1.1表面淬火第5頁(yè)/共52頁(yè)3.1.2噴砂噴砂處理是利用高速噴射出的砂粒或鐵粒，對(duì)工件表面進(jìn)行撞擊，以提高零件的部分力學(xué)性能和改變表面狀態(tài)的工藝方法。第6頁(yè)/共52頁(yè)噴砂與噴丸處理，工藝相似，主要差別在沙粒直徑上。該工藝主要應(yīng)用于提高零件機(jī)械強(qiáng)度以及耐磨性、抗疲勞和耐蝕性等，還可用于表面消光、去氧化皮和消除鑄、鍛、焊件的殘余應(yīng)力等。

第7頁(yè)/共52頁(yè)3.1.3滾壓滾壓是在常溫上用硬質(zhì)滾柱或滾輪施壓于旋轉(zhuǎn)的工件表面上，并沿母線方向移動(dòng)，使工件表面塑性變形、硬化，以獲得準(zhǔn)確、光潔和強(qiáng)化的表面，或特定花紋的處理工藝。第8頁(yè)/共52頁(yè)3.1.4拉絲

在外力作用下使金屬?gòu)?qiáng)行通過(guò)模具,金屬橫截面積被壓縮,并獲得所要求的橫截面積形狀和尺寸的技術(shù)加工方法稱為金屬拉絲工藝。使其改變形狀、尺寸的工具稱為拉絲模.拉絲可根據(jù)裝飾需要，制成直紋、亂紋、波紋和旋紋等幾種。

直紋亂紋波紋第9頁(yè)/共52頁(yè)3.1.5拋光

拋光是對(duì)零件表面進(jìn)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(yù)加工狀況不同，拋光后的Ra值可達(dá)1.6～0.008m。按照實(shí)現(xiàn)原理的不同，可分為機(jī)械拋光和化學(xué)拋光：第10頁(yè)/共52頁(yè)3.1.5.1機(jī)械拋光

用高速旋轉(zhuǎn)的柔性拋光輪和極細(xì)的磨料對(duì)工件表面進(jìn)行滾壓和微量切削實(shí)現(xiàn)拋光。拋光輪用多層帆布、毛氈或皮革疊制而成，用于較大零件的拋光。3.1.5.1.1輪式拋光第11頁(yè)/共52頁(yè)3.1.5.1.2滾筒拋光和振動(dòng)拋光

將工件、磨料和拋光液裝入滾筒或振動(dòng)箱內(nèi)，滾筒緩慢滾動(dòng)或振動(dòng)箱振動(dòng)，使工件與工件，工件與磨料相互摩擦，加上拋光液的化學(xué)作用，除去工件表面的油污、銹層，磨去凸峰，從而獲得光滑的表面。用于細(xì)小而量大零件的拋光，后者比前者生產(chǎn)率高，拋光效果更好。第12頁(yè)/共52頁(yè)3.1.5.2化學(xué)拋光

將金屬零件浸入特制的化學(xué)溶液中，利用金屬表面凸起部位比凹洼部位溶解速度快的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)零件表面的拋光。第13頁(yè)/共52頁(yè)

生物拋光是一種用纖維素酶改善纖維素纖維制品表面的整理工藝,以達(dá)到持久的抗起毛起球并增加織物的光潔度和柔軟度。生物拋光是去除從紗表面伸出來(lái)的細(xì)微纖維,這些微纖被去除了就不會(huì)起毛起球，色澤也更光亮，表面茸毛減少使得布面更光潔。3.1.5.3生物拋光第14頁(yè)/共52頁(yè)3.1.6激光表面強(qiáng)化激光表面強(qiáng)化可分為激光相變強(qiáng)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(qiáng)化是用聚焦的激光束射向鋼件表面，在極短時(shí)間內(nèi)將工件表層極薄的材料加熱到相變溫度或熔點(diǎn)以上的溫度，又在極短時(shí)間內(nèi)冷卻，使工件表面淬硬強(qiáng)化。第15頁(yè)/共52頁(yè)

激光表面強(qiáng)化的熱影響區(qū)小，變形小，操作方便，主要用于局部強(qiáng)化的零件，如沖裁模、曲軸、凸輪、凸輪軸、花鍵軸、精密儀器導(dǎo)軌、高速鋼刀具、齒輪及內(nèi)燃機(jī)缸套等。高精準(zhǔn)的硬化表面

表面選擇性的硬化第16頁(yè)/共52頁(yè)3.2

表面合金化技術(shù)通過(guò)物理方法，使添加材料進(jìn)入基體，形成合金化層。該技術(shù)的典型工藝，就是金屬的滲碳、滲氮處理。通常是將金屬與滲劑同放置于密閉的腔體內(nèi)，采用加熱、真空等措施，活化金屬表面，經(jīng)分解、吸收、擴(kuò)散過(guò)程等作用使碳、氮進(jìn)入金屬基體。氣體滲碳法示意圖第17頁(yè)/共52頁(yè)3.3表面轉(zhuǎn)化膜技術(shù)3.3.1鋼鐵的發(fā)黑與磷化處理3.3.3銅及銅合金著色3.3.4鋁及鋁合金的氧化與著色處理通過(guò)化學(xué)方法，使添加材料與基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)化膜。3.3.2不銹鋼著色第18頁(yè)/共52頁(yè)3.3.1鋼鐵的發(fā)黑與磷化處理第19頁(yè)/共52頁(yè)3.3.2不銹鋼著色隨著不銹鋼的應(yīng)用普及，不銹鋼著色工藝需求逐步得到重視，目前不銹鋼不僅可以著黑色，還可以得到藍(lán)色、綠色、褐色、橙色等顏色。3.3.2.1不銹鋼著黑色不銹鋼著黑色主要應(yīng)用于光學(xué)小光場(chǎng)合，著色方法有鉻酸浴熔融法、鉻酸鹽化學(xué)氧化法、硫化法。第20頁(yè)/共52頁(yè)3.3.2.2不銹鋼著彩色不銹鋼表面去除氧化膜厚，采用鉻酸-硫酸等溶液處理，可以得到不同的顏色，膜的顏色隨厚度變化而變化，同時(shí)與材料的成分和表面處理方法有一定關(guān)系。常用不銹鋼中，奧氏體不銹鋼最適合著色處理；而鐵素體由于著色溶液有腐蝕傾向，得到的色彩不如前者鮮艷；馬氏體耐腐蝕性能更差，僅能得到灰黑或黑色的表面。第21頁(yè)/共52頁(yè)銅的著色主要應(yīng)用在裝飾品與美術(shù)品上。

3.3.2銅及銅合金的氧化處理

綠色（碳酸銅）黑色（硫化銅或氧化銅）藍(lán)色（堿性銅氨絡(luò)合物）

紅色（氧化亞銅）

第22頁(yè)/共52頁(yè)3.3.3鋁及鋁合金的氧化與著色處理3.3.3.1鋁及鋁合金的氧化處理第23頁(yè)/共52頁(yè)鋁陽(yáng)極氧化膜具有多孔性和化學(xué)活性，很容易進(jìn)行著色處理，根據(jù)顯色體存在位置不同，可分為四類：3.3.3.3鋁及鋁合金氧化膜著色第24頁(yè)/共52頁(yè)

鋁陽(yáng)極氧化膜具有很高的孔隙率和吸附能力，容易受污染和腐蝕介質(zhì)侵蝕，因此，氧化膜無(wú)論著色與否，應(yīng)用于何種場(chǎng)合，都必須封孔處理。3.3.3.3鋁及鋁合金氧化膜封閉處理方法按照機(jī)理可分為三種：1）利用水化反應(yīng)產(chǎn)物體積膨脹而堵塞孔隙，如沸水法和蒸氣法2）利用鹽的水解作用吸附堵塞封閉，如無(wú)機(jī)鹽封孔3）有機(jī)物屏蔽封孔，如浸油、浸漆等第25頁(yè)/共52頁(yè)第26頁(yè)/共52頁(yè)3.4表面涂（鍍）層技術(shù)3.4.1熱噴涂3.4.2真空鍍3.4.4印刷3.4.3電鍍3.4.5噴涂與噴塑通過(guò)物理、化學(xué)方法，使添加材料在基體表面形成鍍、涂層?；牟粎⑴c涂層的形成。第27頁(yè)/共52頁(yè)3.4.1熱噴涂

熱噴涂是將金屬或非金屬材

料加熱熔化，靠壓縮氣體連續(xù)吹

噴到制件表面上，形成與基體牢

固結(jié)合的涂層，從制件表層獲得

所需要的物理化學(xué)性能。3.4.1.1熱噴涂原理第28頁(yè)/共52頁(yè)3.4.1.3熱噴涂的應(yīng)用①防腐蝕:主要用于大型水閘鋼閘門(mén)、造紙機(jī)烘缸、煤礦井下鋼結(jié)構(gòu)、高壓輸電鐵塔、電視臺(tái)天線、大型鋼橋梁、化工廠大罐和管道的防腐噴涂。第29頁(yè)/共52頁(yè)3.4.1.3熱噴涂的應(yīng)用②防磨損:通過(guò)噴涂修復(fù)已磨損的零件，或在零件易磨損部位預(yù)先噴涂上耐磨材料，如風(fēng)機(jī)主軸、高爐風(fēng)口、汽車(chē)曲軸、機(jī)床主軸、機(jī)床導(dǎo)軌、柴油機(jī)缸套、油田鉆桿、農(nóng)用機(jī)械刀片等。第30頁(yè)/共52頁(yè)3.4.1.3熱噴涂的應(yīng)用③特殊功能層:通過(guò)噴涂獲得表層某些特殊性能，如耐高溫、隔熱、導(dǎo)電、絕緣、防幅射等，在航空航天和原子能等部門(mén)應(yīng)用較多。第31頁(yè)/共52頁(yè)3.4.2真空鍍

所謂真空鍍，就是在真空條件下，通過(guò)蒸餾或?yàn)R射等方式在塑件或金屬表面沉積各種金屬和非金屬薄膜的工藝。

通過(guò)這樣的方式可以得到非常?。▎畏肿訉樱┑谋砻驽儗?，同時(shí)具有速度快、附著力好、污染物少等優(yōu)點(diǎn)，該工藝色澤豐富多樣，不僅是提高材料使用性能，在裝飾上同樣是提升檔次，提高附加價(jià)值的很好的選擇。第32頁(yè)/共52頁(yè)3.4.2真空鍍

按照工藝不同，真空鍍可分為真空蒸鍍，真空濺射鍍，真空離子鍍。第33頁(yè)/共52頁(yè)3.4.2真空鍍第34頁(yè)/共52頁(yè)3.4.3普通電鍍與特種電鍍電鍍是一種電化學(xué)和氧化還原過(guò)程。以鍍鎳為例；將金屬制件浸在金屬鹽(NiSO4)的溶液中作為陰極，金屬鎳板作為陽(yáng)極，接通直流電源后在制件上就會(huì)沉積出金屬鍍鎳層。3.4.3.1電鍍?cè)淼?5頁(yè)/共52頁(yè)3.4.3.2槽鍍（普通電鍍）

鋼鐵零件上鍍鋅主要作用是防腐蝕，用量占全部電鍍零件的1/3至1/2，是所有電鍍品種中產(chǎn)量最大的一個(gè)鍍種。鍍鋅具有成本低、抗蝕性好、美觀和耐貯存等優(yōu)點(diǎn)，在輕工、機(jī)電、農(nóng)機(jī)和國(guó)防等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。鋼鐵零件上鍍鎘，在海洋和濕熱大氣環(huán)境中，其保護(hù)性能

比鋅好，航空、航海及電子工業(yè)中的零件大多采用鍍鎘。但鎘

鹽有毒，且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，使鍍鎘的應(yīng)用受到限制。錫的腐蝕產(chǎn)物對(duì)人類無(wú)害，且

易于釬焊，鍍錫廣泛用于食品罐頭

包裝制品、飲具、餐具及電子工

業(yè)中很多需要釬焊的零件。1)鍍鋅2)鍍鎘3)鍍錫第36頁(yè)/共52頁(yè)4)鍍銅鉻在大氣中能長(zhǎng)久保持光澤，在堿液、硝酸、硫酸及許

多有機(jī)酸中不發(fā)生反應(yīng)，鍍鉻層有很高的硬度和優(yōu)良的耐磨

性及較低的摩擦系數(shù)，故鍍鉻常用于防護(hù)裝飾性鍍層，防止

基體金屬生銹和美化外觀，也常用于提高制品的耐磨性或修

復(fù)磨損。鍍銅常作為其他鍍層的中間層，以提高表面鍍層和基體

金屬的結(jié)合力。在電力工業(yè)中，也可用鐵絲鍍厚銅來(lái)代替純

銅導(dǎo)線，以減少銅的耗用量。鍍鎳的應(yīng)用面很廣，可用于防護(hù)裝飾性和功能性兩方面。

前者主要用于自行車(chē)、鐘表、家用電器、五金產(chǎn)品、汽車(chē)、照

相機(jī)等零件的防護(hù)裝飾性鍍層；后者主要用于易磨損產(chǎn)品的

修復(fù)電鍍。5)鍍鎳6)鍍鉻第37頁(yè)/共52頁(yè)3.4.3.3特種電鍍

刷鍍不用鍍槽，旋轉(zhuǎn)的工件接直流電源的負(fù)極，鍍筆接正極，鍍筆前端用脫脂棉包住，澆注的鍍液浸貯在脫脂棉套內(nèi)，鍍液中的金屬正離子在電場(chǎng)力作用下在工件表面(陰極)獲得電子而沉積于表面上，形成電鍍層。3.4.3.3.1刷鍍①刷鍍?cè)O(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活，可進(jìn)行局部電鍍和野外作業(yè)。第38頁(yè)/共52頁(yè)3.4.3.3特種電鍍

②刷鍍可用于大型零件的局部電鍍或大中型零件的局部修復(fù)。第39頁(yè)/共52頁(yè)3.4.3.3.2非金屬電鍍④非金屬電鍍制品主要用于汽車(chē)、飛機(jī)某些裝飾性零部件以

及印刷線路板、電子儀器屏蔽和碳纖維等。①非金屬電鍍是指對(duì)塑料、玻璃、陶瓷、纖維等非金屬制品電鍍。②非金屬電鍍的關(guān)鍵工藝是表面金屬化，使非金屬基體上生成導(dǎo)

電層、以便進(jìn)行導(dǎo)電。表面金屬化的方法有化學(xué)鍍法、噴涂法、

和涂刷法等。③塑料電鍍是非金屬電鍍中應(yīng)用最廣泛的一種。通過(guò)電鍍可

提高塑料制品的強(qiáng)度，防止老化，使其具有導(dǎo)電性、電磁

性、焊接性和裝飾性的外觀。第40頁(yè)/共52頁(yè)3.4.4印刷印刷是指使用印版或其他方式將原稿上的圖文信息轉(zhuǎn)移到承載物上的工藝過(guò)程。常用的有絲印、移印、轉(zhuǎn)印3.4.4

.1絲印絲網(wǎng)印刷是孔版印刷術(shù)中的一種主要印刷方法。印版呈網(wǎng)狀，印刷時(shí)印版上的油墨在刮墨板的擠壓下從版面通孔部分漏印至承印物上。絲印主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在印制非常大的平面或者曲面。

第41頁(yè)/共52頁(yè)3.4.4

.2移印先將設(shè)計(jì)的圖案蝕刻在印刷鋼板上﹐然后把蝕刻板涂上油墨﹐利用硅橡膠材料制成的曲面移印頭將其中的大部分油墨轉(zhuǎn)印到被印刷物體上。移印適合于印到不規(guī)則承印物上（如儀器、電氣零件、玩具等），且移印速度快。

第42頁(yè)/共52頁(yè)3.4.4.3轉(zhuǎn)印（水轉(zhuǎn)印，熱轉(zhuǎn)印，模內(nèi)轉(zhuǎn)印等）水轉(zhuǎn)?。菏抢盟畨簩Р噬珗D案的轉(zhuǎn)印紙/塑料膜進(jìn)行高分子水解的一種印刷。熱轉(zhuǎn)?。菏菍⒒y或圖案印刷到耐熱性膠紙上，通過(guò)加熱，加壓，將油墨層的花紋圖案印到品材料上的一種技術(shù)。模內(nèi)轉(zhuǎn)?。核追QIMR，是在模具內(nèi)轉(zhuǎn)印圖案第43頁(yè)/共52頁(yè)3.4.4.3轉(zhuǎn)?。ㄋD(zhuǎn)印，熱轉(zhuǎn)印，模內(nèi)轉(zhuǎn)印等）第44頁(yè)/共52頁(yè)3.4.4.4UV覆膜印刷

UV覆膜技術(shù)（貼膜法）是在絲網(wǎng)印刷技術(shù)上再在油墨顏料上覆蓋一層塑膠膜，使得手指與油墨顏色的接觸減少，耐用度有所增強(qiáng)。優(yōu)劣：UV覆膜技術(shù)是絲網(wǎng)印刷技術(shù)的改進(jìn)版，因此在油墨耐磨性上有更佳的表現(xiàn)，而且成本相對(duì)較低。第45頁(yè)/共52頁(yè)3.4.5涂裝涂裝根據(jù)使用材料不同，可分為油漆和塑粉3.4.5.1油漆油漆的種類很多，有PU漆，橡膠漆，UV漆，鋼琴漆，磨砂漆等。PU漆：Pu漆是聚氨酯漆的通常叫法。其工藝是只要噴一層就行，光澤度比較亮，但是相對(duì)UV來(lái)講沒(méi)有那么飽滿。UV漆：是指采用紫外光輻射固化的樹(shù)脂涂料，即利用紫外光作固化能源，在常溫下快速交聯(lián)成膜的高分子樹(shù)脂涂料。