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材料表面处理:提升性能与拓展应用的关键技术

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。

在现代材料科学与工程领域,材料表面处理已成为一项至关重要的技术。材料的表面性能往往决定了其在实际应用中的表现,如耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性、导电性、光学性能等。通过对材料表面进行适当的处理,可以显著改善这些性能,从而满足不同领域对材料的特定要求。

我们比较常用的表面处理方法是:机械打磨,化学处理,表面热处理,喷涂表面,表面处理就是对工件表面进行清洁、清扫、去毛刺、去油污、去氧化皮等。

常用表面处理的工艺有:真空电镀、电解抛光、镀锌工艺、电镀工艺、阳极氧化、金属拉丝、电泳等。

1、真空电镀

真空电镀是一种物理沉积现象。即在真空状态下注入氩气,氩气撞击靶材,靶材分离成分子被导电的货品吸附形成一层均匀光滑的仿金属表面层。

适用材料:

1、很多材料可以进行真空电镀,包括金属,软硬塑料,复合材料,陶瓷和玻璃。其中最常见用于电镀表面处理的是铝材,其次是银和铜。

2、自然材料不适合进行真空电镀处理,因为自然材料本身的水分会影响真空环境。

工艺成本:真空电镀过程中,工件需要喷涂,装载,卸载和再喷涂,所以人力成本相当高,但是也取决于工件的复杂度和数量。

环境影响:真空电镀对环境污染很小,类似于喷涂对环境的影响。

2、电解抛光

电解抛光的基本原理是在特定的电解液中,将待抛光的工件作为阳极,通过直流电的作用,使工件表面微观凸起部分的金属优先溶解,从而达到平滑和光亮的效果。

适用材料:

1、电解抛光常用于不锈钢、铝、铜等金属材料的表面处理(尤其适用于奥氏体核级不锈钢)。

2、不同材料不可同时进行电解抛光,甚至不可以放在同一个电解溶剂里。

工艺成本:电解抛光整个过程基本由自动化完成,所以人工费用很低。

环境影响:电解抛光采用危害较小的化学物质,整个过程需要少量的水且操作简单,另外可以延长不锈钢的属性,起到让不锈钢延缓腐蚀的作用。

3、镀锌工艺

镀锌是一种常见的金属表面防护处理工艺,在钢铁合金材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术,表面的锌层是一种电化学保护层,以增强金属的耐腐蚀性。主要采用的方法是热镀锌和电镀锌。

热镀锌工艺:

1. 表面预处理:对钢材进行脱脂、酸洗、水洗等处理,去除表面的油污、锈迹和氧化皮,确保钢材表面洁净。

2. 助镀:经过预处理的钢材浸入助镀剂溶液中,以防止钢材在热镀锌过程中再次氧化,并帮助锌液更好地附着在钢材表面。

3. 热浸镀锌:将经过助镀处理的钢材浸入熔融的锌液中,锌液温度通常在 450 - 460 摄氏度左右。在浸入过程中,钢材表面与锌液发生反应,形成锌铁合金层和纯锌层。

4. 冷却:从锌液中取出的镀件经过风冷或水冷进行冷却,使镀层凝固。

5. 后处理:对镀件进行表面检查、修整和钝化处理,以提高镀层的耐腐蚀性和装饰性。

热镀锌的优点是镀层较厚,耐腐蚀性强,适用于大型钢结构、输电铁塔、高速公路护栏等长期暴露在户外环境的金属制品。

电镀锌工艺:

1. 表面预处理:与热镀锌类似,包括脱脂、酸洗、水洗等步骤。

2. 电镀:将预处理后的工件作为阴极,锌板作为阳极,放入含有锌离子的电镀液中,通直流电进行电镀。在电场作用下,锌离子在阴极表面还原沉积形成镀层。

3. 后处理:包括水洗、干燥、钝化等,以改善镀层的性能。

电镀锌的镀层较薄且均匀,表面质量好,适用于对外观要求较高、尺寸精度要求严格的小型零件,如五金制品、电子产品外壳等。

但其也存在一些不足之处,例如热镀锌过程中的高温可能导致钢材的变形,电镀锌的镀层厚度相对较薄等。

4、电镀工艺

利用电解作用使零件表面附着一层金属膜的工艺,从而起到防止金属氧化,提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性及增进美观等作用,不少硬币的外层亦为电镀。

电镀的基本工艺流程通常包括以下步骤:脱脂—酸洗—活化—镀液配制—装挂—电镀—水洗—钝—干燥

适用材料:

1、大多数金属可以进行电镀,但是不同的金属具有不同等级的纯度和电镀效率。其中最常见的有:铜,锌,铬,镍,银,金等;

不同的金属镀层具有不同的性能和用途。例如,镀铬可以提高表面硬度和耐磨性;镀镍能增强耐腐蚀性和装饰性;镀铜常用于提高导电性和作为其他镀层的底层。

环境影响: 产生的废水、废气可能对环境造成污染,需要严格的环保处理措施。大量有毒物质会被用在电镀过程中,所以需要专业的分流和提取,以确保最小的环境影响。

5、阳极氧化

阳极氧化是一种用于金属表面处理的电化学工艺,将金属置于电解液中作为阳极,通过电解氧化在表面生成一层氧化膜,如铝的阳极氧化,可提高耐腐蚀性和硬度,并具有良好的装饰效果。

适用材料:铝、铝合金等铝制品。

阳极氧化工艺的优点包括:

1. 显著提高铝及其合金的耐腐蚀性,延长使用寿命。

2. 可以通过控制工艺参数获得不同厚度和性能的氧化膜,满足多样化的需求。

3. 能够进行着色处理,实现丰富的色彩效果,增加装饰性。

4. 氧化膜硬度较高,提高了表面的耐磨性。

然而,阳极氧化工艺也存在一些局限性:工艺过程相对复杂,需要严格控制各环节的参数;对于形状复杂的工件,可能存在氧化膜厚度不均匀的情况;处理过程中会产生一定的废水和废气,需要进行环保处理。

6、金属拉丝

金属拉丝工艺是一种通过在金属表面进行摩擦或刮擦,从而形成特定纹理和光泽效果的表面处理工艺。根据拉丝后纹路的不同可分为:直纹拉丝、乱纹拉丝、波纹、旋纹。

金属拉丝工艺的优点包括:

1. 赋予金属独特的外观质感,增加产品的美观度和装饰性。

2. 可以掩盖金属表面的一些细微瑕疵,使表面看起来更加均匀。

3. 增强金属表面的抗指纹和抗划伤能力。

工艺方法简单,设备简单,材料消耗甚少,成本比较低廉,经济效益高。

不同的表面处理工艺适用于不同的材料和应用场景,其目的包括提高耐腐蚀性、耐磨性、硬度、外观装饰性、改善导电性等。在实际应用中,需要根据具体需求选择合适的工艺,并严格控制工艺参数,以达到理想的处理效果。返回搜狐,查看更多

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