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表面工程技术有哪些主要工艺方法?

表面工程技术有哪些主要工艺方法?常见的十种表面处理方法

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。

表面工程技术有哪些主要工艺方法?-帝弘科技有限公司

常见的十种表面处理方法

下面介绍一些常见的表面处理方法:

一.抛光

抛光是指利用机械、化学或电化学的作用,使工件表面粗糙度降低,以获得光亮、平整表面的加工方法。是利用抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。抛光不能提高工件的尺寸精度或几何形状精度,而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的,有时也用以消除光泽(消光)。通常以抛光轮作为抛光工具。抛光轮一般用多层帆布、毛毡或皮革叠制而成,两侧用金属圆板夹紧,其轮缘涂敷由微粉磨料和油脂等均匀混合而成的抛光剂。抛光时,高速旋转的抛光轮(圆周速度在20米/秒以上)压向工件,使磨料对工件表面产生滚压和微量切削,从而获得光亮的加工表面,表面粗糙度一般可达Ra0.63~0.01微米;当采用非油脂性的消光抛光剂时,可对光亮表面消光以改善外观。针对不同的抛光过程:粗抛(基础抛光过程),中抛(精加工过程)和精抛(上光过程),选用合适的抛光轮可以达到最佳抛光效果,同时提高抛光效率。

二.喷砂

利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基体表面的过程。采用压缩空气为动力,以形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂)高速喷射到需要处理的工件表面,使工件表面的外表面的外表或形状发生变化,由于磨料对工件表面的冲击和切削作用,使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度,使工件表面的机械性能得到改善,因此提高了工件的抗疲劳性,增加了它和涂层之间的附着力,延长了涂膜的耐久性,也有利于涂料的流平和装饰。

三. 拉丝

是通过研磨产品在工件表面形成线纹,起到装饰效果的一种表面处理手段。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。表面拉丝处理是通过研磨产品在工件表面形成线纹,起到装饰效果的一种表面处理手段。由于表面拉丝处理能够体现金属材料的质感,所以得到了越来越多用户的喜爱和越来越广泛的应用。

四.阳极氧化

一种电解氧化过程,在该过程中,铝和铝合金的表面通常转化为一层氧化膜,这层氧化膜具有保护性、装饰性以及一些其他的功能特性。从这个定义出发的铝的阳极氧化,只包括生成阳极氧化膜这一部分工艺过程。将金属或合金的制件作为阳极,采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能,如表面着色,提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度,保护金属表面等。例如铝阳极氧化,将铝及其合金置于相应电解液(如硫酸、铬酸、草酸等)中作为阳极,在特定条件和外加电流作用下,进行电解。阳极的铝或其合金氧化 ,表面上形成氧化铝薄层 ,其厚度为5~30微米 ,硬质阳极氧化膜可达25~150微米 。阳极氧化后的铝或其合金,提高了其硬度和耐磨性,可达250~500千克/平方毫米,良好的耐热性 ,硬质阳极氧化膜熔点高达2320K ,优良的绝缘性 ,耐击穿电压高达2000V ,增强了抗腐蚀性能 ,在ω=0.03NaCl盐雾中经几千小时不腐蚀。氧化膜薄层中具有大量的微孔,可吸附各种润滑剂,适合制造发动机气缸或其他耐磨零件;膜微孔吸附能力强可着色成各种美观艳丽的色彩。有色金属或其合金(如铝、镁及其合金等)都可进行阳极氧化处理,这种方法广泛用于机械零件,飞机汽车部件,精密仪器及无线电器材,日用品和建筑装饰等方面。一般来讲阳极都是用铝或者铝合金当作阳极,阴极则选取铅板,把铝和铅板一起放在水溶液,这里面有硫酸、草酸、铬酸等,进行电解,让铝和铅板的表面形成一种氧化膜。在这些酸中,最为广泛的是用硫酸进行的阳极氧化。

工艺流程:

单色、渐变色:抛光/喷砂/拉丝→除油→阳极氧化→中和→染色→封孔→烘干

双色:①抛光/喷砂/拉丝→除油→遮蔽→阳极氧化1→阳极氧化2 →封孔→烘干

②抛光/喷砂/拉丝→除油→阳极氧化1 →镭雕→阳极氧化2 →封孔→烘干

技术特点:

1、提升强度,

2、实现除白色外任何颜色。

3、实现无镍封孔,满足欧、美等国家对无镍的要求。

五.电泳

工艺分为阳极电泳和阴极电泳。若涂料粒子带负电,工件为阳极,涂料粒子在电场力作用下在工件沉积成膜称为阳极电泳;反之,若涂料粒子带正电,工件为阴极,涂料粒子在工件上沉积成膜称为阴极电泳。

阳极电泳一般工艺流程为:工件前处理(除油→热水洗→除锈→冷水洗→磷化→热水洗→钝化)→阳极电泳→工件后处理(清水洗→烘干)。

1、除油。溶液一般为热碱性化学除油液,温度为60℃(蒸汽加热),时间为20min左右。

2、热水洗。温度60℃(蒸汽加热),时间2min。

3、除锈。用H2SO4或HCl ,例如用盐酸除锈液,HCl总酸度≥43点;游离酸度>41点;加清洗剂1.5%;室温下洗10~20min。

4、冷水洗。流动中冷水洗1min。

5、磷化。用中温磷化(60℃时磷化10min),磷化液可用市售成品。

上述工序亦可用喷砂→水洗代替。

6、钝化。用与磷化液配套的药品(由出售磷化液厂家提供),室温下1~2min即可。

7、阳极电泳。电解液成分:H08-1黑色电泳漆,固体分质量分数9%~12%,蒸馏水质量分数88%~91%。电压:(70±10)V;时间:2~2.5min;漆液温度:15~35℃;漆液PH 值:8~8.5。注意工件出入槽要断电。电泳过程中电流随漆膜增厚会逐步下降。

8、清水洗。流动冷水中洗。

9、烘干。在烘箱中于(165±5)℃温度下烘40~60min即可。

六.PVD

PVD是英文Physical Vapor Deposition(物理气相沉积)的缩写,是指在真空条件下,采用低电压、大电流的电弧放电技术,利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离,利用电场的加速作用,使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。物理气相沉积技术工艺过程简单,对环境改善,无污染,耗材少,成膜均匀致密,与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域,可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。

七.电镀

(Electroplating)就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程,是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化(如锈蚀),提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性(硫酸铜等)及增进美观等作用。不少硬币的外层亦为电镀。

八.蚀刻

通常所指蚀刻也称光化学蚀刻,指通过曝光制版、显影后,将要蚀刻区域的保护膜去除,在蚀刻时接触化学溶液,达到溶解腐蚀的作用,形成凹凸或者镂空成型的效果。

工艺流程:

曝光法:工程根据图形开出备料尺寸-材料准备-材料清洗-烘干→贴膜或涂布→烘干→曝光→显影→烘干-蚀刻→脱膜→OK

网印法:开料→清洗板材(不锈钢其它金属材料)→丝网印→蚀刻→脱膜→OK

九.喷涂

喷涂通过喷枪或碟式雾化器,借助于压力或离心力,分散成均匀而微细的雾滴,施涂于被涂物表面的涂装方法。可分为空气喷涂、无空气喷涂、静电喷涂以及上述基本喷涂形式的各种派生的方式,如大流量低压力雾化喷涂、热喷涂、自动喷涂、多组喷涂等。喷涂作业生产效率高,适用于手工作业及工业自动化生产,应用范围广主要有五金、塑胶、家私、军工、船舶等领域,是现今应用最普遍的一种涂装方式;喷涂作业需要环境要求有百万级到百级的无尘车间,喷涂设备有喷枪,喷漆室,供漆室,固化炉/烘干炉,喷涂工件输送作业设备,消雾及废水,废气处理设备等。大流量低压力雾化喷涂是低的雾化气压和低空气射流速度,低的雾化涂料运行速度改善了涂料从被涂物表面反弹出来的情况。使上漆率从普通空气喷涂的30%~40%,提高到了65%~85%。在轻革涂饰中用喷枪或喷浆机将涂饰喷于革面上。

十.镭雕

也叫激光雕刻或者激光打标,是一种用光学原理进行表面处理的工艺

利用激光器发射的高强度聚焦激光束在焦点处 . 使材料氧化因而对其进行加工.打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质,或者是通过光能导致表层物质的化学物理变化出痕迹,或者是通过光能烧掉部分物质,而“刻”出痕迹,或者是通过光能烧掉部分物质, 显出所需刻蚀的图形,文字。

表面工艺方法分类

表面工程是表面经过预处理后,通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理,改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况,以获得表面所需性能的系统工程。表面工程技术是表面工程的核心和实质。

表面工程技术分类:表面改性、表面处理、表面涂覆、复合表面工程、纳米表面工程技术。表面工程与人们的生产、生活息息相关。

表面工艺方法主要有下列几类:

a,电化学方法:利用电极反应,在基体上形成镀覆层,如电镀、化学转化等。b,化学方法:利用化学物质的相互作用,在基体表面形成镀覆层,如化学镀、化学转化等。c,热加工法:利用高温条件下材料熔融或热扩散,在基体表面形成镀、渗层,如热浸,表面合金化等。d,高真空法:利用材料在高真空下气化或受激离子化而形成表面镀覆层,如真空蒸发镀、溅射镀、离子镀等。e,其他物理方法:如机械镀、涂装、激光表面加工等。

工艺 实现手段
电镀 合金电镀、复合电镀、电刷镀、非晶态电镀和非金属电镀
涂装 特殊用途、特殊类型的新涂料和涂装工艺
堆焊 埋弧自动堆焊、振动电弧堆焊、CO2保护自动堆焊和等离子堆焊
热喷涂 火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和爆炸喷涂
热扩渗 固体渗、液体渗、气体渗和等离子渗
化学转化膜 化学氧化、阳极氧化、磷酸盐膜和铬酸盐膜
彩色金属 整体着色、吸附着色及电解着色
气相沉积 化学气相沉积和物理气相沉积
三束改性 激光束改性、电子束改性和离子束改性

表面工艺方法应用

1. 在改善和美化人们生活中的应用

2. 在保护、优化环境中的应用

(1)净化大气 采用化学气相沉积和溶胶-凝胶等技术制成的催化剂载体,可有效地治理被污染的大气。

(2)净化水质 过滤膜可采用化学气相沉积、阳极氧化和溶胶-凝胶等表面工程技术来制备。

(3)吸附杂质 采用表面技术制成的吸附剂,可使空气、水、溶液中的有害成分被吸附,还可去湿、除臭。

(4)活化功能 远红外具有活化空气和水的功能。

(5)绿色能源 表面工程技术是开发绿色能源的基础技术之一,许多绿色能源装置都应用了气相沉积镀膜和涂覆技术。

3.在结构材料中的应用

表面工程技术在耐腐蚀性和装饰性方面起着重要作用,同时在强化、耐磨、装饰等方面也起着重要作用。

(1)表面防护 表面防护主要是指材料表面防止化学腐蚀和电化学腐蚀等的能力。采用表面工程技术能显著提高结构件的防护能力。

(2)耐磨性 耐磨性是指材料在一定摩擦力条件下抵抗磨损的能力。它与材料特性以及载荷、速度、温度等磨损条件有关。利用热喷涂、堆焊、电刷镀和电镀等表面技术,在材料表面形成Ni基、Co基、Fe基、金属陶瓷等覆层,可有效地提高材料或制件的耐磨性。

(3)表面强化 主要指通过各种表面强化处理来提高材料表面抵御除腐蚀和磨损之外的环境作用的能力。

(4)表面装饰 具有光亮、色泽、花纹和仿照等功能。合理地选择电镀、化学镀、氧化等表面技术,可以获得镜面镀层、全光亮镀层、亚光镀层、缎状镀层,不同色彩的镀层,各种平面、立体花纹镀层、仿贵金属、仿古和仿大理石镀层等。

4.在功能材料和元器件中的应用

功能材料主要指具有优良的物理、化学和生物等功能,以及一些声、电、光、磁等互相转换功能,而被用于非结构目的的高技术材料,常用来制造各种装备中具有独特性能的核心部件。材料的功能特性与其表面成分、组织结构等密切相关。

(1)电学特性 利用电镀、化学镀、气相沉积、离子注入等技术可制备具有电学特性的功能薄膜及其元器件。

(2)磁学特性 通过气相沉积技术和涂装等表面技术制备出磁记录介质、磁带、磁泡材料、电学屏蔽材料、薄膜磁阻元件等。

(3)光学特性 利用电镀、化学镀、转化膜、涂装、气相沉积等方法,能够获得具有反光、光选择吸收、增透性、光致发光、感光等特性的薄膜材料。

(4)声学特性 利用涂装、气相沉积等表面技术,可以制备掺杂Mn-Zn铁氧体复合聚苯胺款频段的吸波涂层、红外隐身涂层、降低雷达波反射系数的纳米复合雷达隐身涂层,声反射和声吸收涂层以及声表面波器件等。

(5)热血特性 采用磁控溅射,涂装等方法制备。

(6)生物学特性 具有一定的生物相容性和物理化学性质的生物医学材料,利用等离子喷涂、气相沉积、等离子注入等方法形成的一用涂层,可在保持基体材料特性的基础上,提高基体表面的生物学性质、耐磨性、耐蚀性和绝缘性等,阻隔基体材料离子向周围组织溶出扩散,起到改善同人体机能的作用。在金属材料上制备生物陶瓷涂层,提高材料的生物活性,用作人造关节、人造牙等医学植入体。将磁性涂层涂覆在人体的一定穴位上,有治疗疼痛、高血压等功能。

(7)各种转换功能 采用表面工程技术可获得进行光-电,热-电,光-热,力-热,磁-光等转换功能的器件。

5.在再制造工程中的应用

(1)再制造工程的内涵 再制造工程是在维修工程和表面工程的基础上发展起来的新兴科学,是以产品全寿命周期论为指导,以实现废旧产品的性能提升为指标,以优质、高效、节能、节材和环保为准则,以先进生产技术和产业优化为手段,来修复、改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称。简而言之为是废旧产品高技术修复、改造的产业。其重要特征是,再制造以后的产品质量和性能达到或超过新品,成本只是产品的50%,可节能60%,节材70%,对环境的不良影响显著降低,可有力的促进资源节约型、环境友好型社会的建设。

(2) 再制造工程的效益和特色 效益体现在:废旧产品的零部件因被直接用作再制造的毛坯而不是回炉冶炼获得钢垫,避免了回炉时对能量的消耗和对环境造成的二次污染;避免了由钢锭到新零件的二次制造时对能源的再次消耗和对环境的再度污染。一方面提高了产品的绿色度,另一方面避免了成为固体垃圾而造成的环境污染。

表面工程技术的作用就是制备出由于本体材料性能的表面覆盖层,赋予工件表面耐蚀性、耐磨性即获得电、磁、光、声、热等功能。

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