金屬表面處理技術(shù)論文
金屬表面處理技術(shù)論文
表面處理即是通過一定的方法在工件表面形成覆蓋層的過程。下面是小編為大家精心推薦的金屬表面處理技術(shù)論文，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>
金屬表面處理技術(shù)論文篇一
金屬表面處理的工藝發(fā)展
【摘 要】表面處理即是通過一定的方法在工件表面形成覆蓋層的過程。近年來，金屬表面處理技術(shù)獲得了迅速發(fā)展，已廣泛應用于眾多領(lǐng)域。而隨著技術(shù)的提高，更多的應用場合和環(huán)保要求的提高也對表面處理技術(shù)提出了更高的要求。本文試就表面處理的工藝發(fā)展進行概括性的論述。
【關(guān)鍵詞】表面處理;金屬電鍍
一、表面處理的概念
表面處理是在基體材料表面上人工形成一層與基體的機械、物理和化學性能不同的表層的工藝方法。表面處理的目的是滿足產(chǎn)品的耐蝕性、耐磨性、裝飾或其他特種功能要求。 表面處理一般可包括前處理、電鍍、涂裝、化學氧化、熱噴涂等眾多物理化學方法。
二、涂裝前表面處理
為了把物體表面所附著的各種異物(如油污、銹蝕、灰塵、舊漆 膜等)去除，提供適合于涂裝要求的良好基底，以保證涂膜具有良好的防腐蝕性能、裝飾性能及某些特種功能，在涂裝之前必須對物體表面進行預處理。人們把進行這種處理所做的工作，統(tǒng)稱為涂裝前(表面)處理或(表面)預處理。
基體前處理的目的：一是增加涂層與基體的結(jié)合強度既加大附著力，二是增加涂層的功能如防腐蝕、防磨損及潤滑等特殊功能。常見的前處理方法主要有以下：
1.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，但手工處理勞動強度大、生產(chǎn)效率低，質(zhì)量差，清理不徹底。
2.化學處理
主要是利用酸性或堿性溶液與工件表面的氧化物及油污發(fā)生化學反應，使其溶解在酸性或堿性的溶液中，以達到去除工件表面銹跡氧化皮及油污，再利用尼龍制成的毛刷輥或304#不銹鋼絲(耐酸堿溶液制成的鋼絲刷輥)清掃干凈便可達到目的。
3.機械處理
主要包括鋼絲刷輥拋光法、拋丸法和噴丸法。拋光法也就是刷輥在電機的帶動下，刷輥以與軋件運動相反的方向在板帶的上下表面高速旋轉(zhuǎn)刷去氧化鐵皮。刷掉的氧化鐵皮采用封閉循環(huán)冷卻水沖洗系統(tǒng)沖掉。拋丸法清理是利用離心力將彈丸加速，拋射至工件進行除銹清理的方法。
4.等離子處理
等離子表面處理器由等離子發(fā)生器，氣體輸送管路及等離子噴頭等部分組成，等離子發(fā)生器產(chǎn)生高壓高頻能量在噴嘴鋼管中被激活和被控制的輝光放電中產(chǎn)生低溫等離子體，借助壓縮空氣將等離子噴向工件表面，當?shù)入x子體和被處理物體表面相遇時，產(chǎn)生了物體變化和化學反應。表面得到了清潔，去除了碳化氫類污物，如油脂，輔助添加劑等，或產(chǎn)生刻蝕而粗糙，或形成致密的交聯(lián)層，或引入含氧極性基團(羥基、羧基)，這些基團對各類涂敷材料具有促進其粘合的作用，在粘合和油漆應用時得到了優(yōu)化。
三、常見的表面處理方法
目前金屬的表面處理方法可以總結(jié)為以下的類型：、
1.電化學法
這種方法是利用電極反應，在工件表面形成鍍層。其中主要的方法是：1)電鍍。在電解質(zhì)溶液中，工件為陰極，在外電流作用下，使其表面形成鍍層的過程，稱為電鍍。鍍層可為金屬、合金、半導體或含各類固體微粒，如鍍銅、鍍鎳等。2)氧化。在電解質(zhì)溶液中，工件為陽極，在外電流作用下，使其表面形成氧化膜層的過程，稱為陽極氧化，如鋁合金的陽極氧化。鋼鐵的氧化處理可用化學或電化學方法。化學方法是將工件放入氧化溶液中，依靠化學作用在工件表面形成氧化膜，如鋼鐵的發(fā)藍處理。
2.化學方法
這種方法是無電流作用，利用化學物質(zhì)相互作用，在工件表面形成鍍覆層。其中主要的方法是：1)化學轉(zhuǎn)化膜處理。在電解質(zhì)溶液中，金屬工件在無外電流作用，由溶液中化學物質(zhì)與工件相互作用從而在其表面形成鍍層的過程，稱為化學轉(zhuǎn)化膜處理。如金屬表面的發(fā)藍、磷化、鈍化、鉻鹽處理等。2)化學鍍。在電解質(zhì)溶液中，工件表面經(jīng)催化處理，無外電流作用，在溶液中由于化學物質(zhì)的還原作用，將某些物質(zhì)沉積于工件表面而形成鍍層的過程，稱為化學鍍，如化學鍍鎳、化學鍍銅等。
3.熱加工法
這種方法是在高溫條件下令材料熔融或熱擴散，在工件表面形成涂層。其主要方法是：1)熱浸鍍。金屬工件放入熔融金屬中，令其表面形成涂層的過程，稱為熱浸鍍，如熱鍍鋅、熱鍍鋁等。2)熱噴涂。將熔融金屬霧化，噴涂于工件表面，形成涂層的過程，稱為熱噴涂，如熱噴涂鋅、熱噴涂鋁等。3)熱燙印。將金屬箔加溫、加壓覆蓋于工件表面上，形成涂覆層的過程，稱為熱燙印，如熱燙印鋁箔等。4)化學熱處理。工件與化學物質(zhì)接觸、加熱，在高溫態(tài)下令某種元素進入工件表面的過程，稱為化學熱處理，如滲氮、滲碳等。5)堆焊。以焊接方式，令熔敷金屬堆集于工件表面而形成焊層的過程，稱為堆焊，如堆焊耐磨合金等。
4.真空法
這種方法是在高真空狀態(tài)下令材料氣化或離子化沉積于工件表面而形成鍍層的過程。其主要方法是：1)物理氣相沉積(PVD)。在真空條件下，將金屬氣化成原子或分子，或者使其離子化成離子，直接沉積到工件表面，形成涂層的過程，稱為物理氣相沉積，其沉積粒子束來源于非化學因素，如蒸發(fā)鍍?yōu)R射鍍、離子鍍等。2)離子注入。高電壓下將不同離子注入工件表面令其表面改性的過程，稱為離子注入，如注硼等。3)化學氣相沉積(CVD)。低壓(有時也在常壓)下，氣態(tài)物質(zhì)在工件表面因化學反應而生成固態(tài)沉積層的過程，稱為化學氣相鍍，如氣相沉積氧化硅、氮化硅等。
5.其它方法
主要是機械的、化學的、電化學的、物理的方法。其中的主要方法是：1)涂裝。閑噴涂或刷涂方法，將涂料(有機或無機)涂覆于工件表面而形成涂層的過程，稱為涂裝，如噴漆、刷漆等。2)沖擊鍍。用機械沖擊作用在工件表面形成涂覆層的過程，稱為沖擊鍍，如沖擊鍍鋅等。3)激光面表處理。用激光對工件表面照射，令其結(jié)構(gòu)改變的過程，稱為激光表面處理，如激光淬火、激光重熔等。4)超硬膜技術(shù)。以物理或化學方法在工件表面制備超硬膜的技術(shù)，稱為超硬膜技術(shù)。如金剛石薄膜，立方氮化硼薄膜等。5)電泳及靜電噴涂。電泳的方法，是工件作為一個電極放入導電的水溶性或水乳化的涂料中，與涂料中另一電極構(gòu)成解電路。在電場作用下，涂料溶液中已離解成帶電的樹脂離子，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動。這些帶電荷的樹脂離子，連同被吸附的顏料粒子一起電泳到工件表面，形成涂層，這一過程稱為電泳。靜電噴涂是在直流高電壓電場作用，霧化的帶負電的油漆粒子定向飛往接正電的工件上，從而獲得漆膜的過程，稱為靜電噴涂。
四、發(fā)展前景
目前表面處理一些傳統(tǒng)方法，如堆焊、熱噴涂、電刷渡等工藝往往適應不了現(xiàn)代工業(yè)的需求。如一些對溫度特別敏感的金屬零部件，會使零件表面達到很高溫度，造成零件變形或產(chǎn)生裂紋，影響零件的尺寸精度和正常使用，嚴重時還會導致軸斷裂;電刷渡雖無熱影響，但渡層厚度不能太厚，污染嚴重，應用也受到了極大的限制。目前西方國家針對上述方法的弊端研制出高分子復合材料的現(xiàn)場表面處理方法，其中比較成熟的有福世藍技術(shù)體系。材料所具有的綜合性能及在任何時間內(nèi)可機械加工的優(yōu)越性，不但完全滿足修復后的使用要求及精度，還可以降低設(shè)備在運行中承受的沖擊震動，延長使用壽命。因材料是“變量”關(guān)系，當外力沖擊材料時，材料會變形吸收外力，并隨著軸承或其它部件的脹縮而脹縮，始終和部件保持緊配合，降低磨損的幾率，針對大型設(shè)備的磨損，也可采用“模具”或“配合部件”針對損壞的設(shè)備進行現(xiàn)場修復，避免設(shè)備的整體拆卸，還可以最大限度地保證部件配合尺寸，滿足設(shè)備的生產(chǎn)運行要求，延長設(shè)備的使用壽命，確保企業(yè)的安全連續(xù)生產(chǎn)。在國內(nèi)表面處理的應用中，高分子復合材料也起到了越來越重要的作用。
參考文獻：
[1] 黃紅軍.譚勝.胡建偉等.金屬表面處理與防護技術(shù).冶金工業(yè)出版社(2011-10).
[2] 莊光山.李麗.王海慶等.金屬表面涂裝技術(shù).化學工業(yè)出版社(2010-09).
金屬表面處理技術(shù)論文篇二
淺析金屬表面處理與環(huán)境保護
摘要：本文通過理論研究和對金屬表面處理行業(yè)的調(diào)研、分析，闡述了各種主要金屬表面處理方法的優(yōu)缺點、鍍涂層性能、外觀效果以及各種處理方法對環(huán)境的影響。結(jié)合本人多年從事機械設(shè)計工作和表面處理工作方面的經(jīng)驗，給出了在機械設(shè)計中應采用的表面處理方法的建議。
關(guān)鍵詞：金屬表面處理;環(huán)境保護;鍍涂層;裝飾
一、金屬表面處理概述
隨著科學技術(shù)的進步，工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對生活用品及工業(yè)
設(shè)備的制造質(zhì)量也發(fā)生了改變，對其產(chǎn)品不僅要求耐蝕、耐用，也要求外觀潔凈、漂亮，能賞心悅目，甚至有一定的觀賞價值。因此，目前表面處理技術(shù)已在各種制造業(yè)中得到廣泛的應用。
表面處理技術(shù)始終在為金屬材料的保駕護航、增值添彩發(fā)揮著巨大的作用。一方面，它能顯著降低金屬(特別是鋼鐵)的腐蝕速度，為社會節(jié)約大量的財富，并可通過處理使之獲得亮麗的外觀。另一方面，表面處理技術(shù)還能設(shè)法賦予金屬各種與電、磁、光、聲、化學、機械等有關(guān)的新功能。由于材料的功能多半都體現(xiàn)在其表面層上，因而有可能讓一些低廉的金屬材料經(jīng)過表面處理而獲得耐磨、減摩、磁化、導電、易焊接、化學催化等特殊功能，得以身價倍增。這就是說，金屬表面處理技術(shù)既能為其它加工工藝提供平整、清潔、美觀的表面，又能獨立地形成具有重要價值的新型表面材料。它對制造業(yè)發(fā)展所起到的作用是不容忽視的。
金屬表面處理技術(shù)涵蓋面極廣，涉及的學科也很多，而且這些學科彼此距離相當遠，幾乎沒有誰能精通表面處理技術(shù)中的所有內(nèi)容。此外，隨著科學技術(shù)的進步和需求的增長，還會有更新的技術(shù)陸續(xù)不斷地加入到此行列之中。不過，象這樣一門龐雜而重要的綜合性技術(shù)，在學術(shù)界卻長期未獲得應用的關(guān)注。本文所涉及的內(nèi)容意在為各位同行提供一些在表面處理方面的選擇方法、原則、應用實例等，希望對各位同行有借鑒的價值，并能起到拋磚引玉的作用。
二、金屬表面處理在機械設(shè)計中的地位
在機械設(shè)計中，設(shè)計者要考慮眾多的設(shè)計要素，諸如：使用性能、機械原理、制造工藝
設(shè)備外觀等。而在更多的情況下，考慮更多的是機械零件的功能，從而就涉及到了零件的熱處理要求、表面涂、鍍要求等表面處理要求。它們是保證金屬零件的強度和表面硬度以及表面質(zhì)量和外觀的重要措施。因此，金屬表面處理在機械設(shè)計中起著十分重要的作用。
三、金屬表面處理的必要性
鋼鐵是全球產(chǎn)量最多的金屬，鋼鐵的機械強度高，加工性能好，可以很容易加工成各種各樣的制品而被廣泛應用在各個方面，各種機械設(shè)備、建筑材料及日常生活用具的制造都離不開鋼鐵，最大的如數(shù)十萬噸油輪，最小的如細釘都由鋼鐵制造，但鋼鐵易生銹腐蝕，所以很早就利用堿使鋼鐵表面氧化變色，使其變成槍黑色或藍色，既耐腐蝕又有一定光澤的顏色，但是由于鋼鐵缺乏著色元素，除了用堿液氧化著色外，很難獲得其他的顏色，從而影響了鋼鐵制品的美觀及使用價值，特別是一些工藝品過去都用銅和其他有色金屬制作。隨后發(fā)現(xiàn)鋼鐵表面可以鍍上各種顏色的金屬鍍層增加了裝飾效果，特別是著色工藝技術(shù)的發(fā)展，鋼鐵可以先鍍上其他金屬鍍層，如銅、鎳、鉻、鋅等，然后再把鍍層著色，使得鋼鐵的應用范圍大大增加，近年來還利用浸漬技術(shù)使鋼鐵表面無需電鍍就可沉積一層薄層并進行著色，降低了鋼鐵表面著色的成本，使鋼鐵可以做成各種需要著色或裝飾美觀的日用工藝品。其外形可以做成與銅或鋁合金等其他制品一樣，因此藝術(shù)裝飾工藝在鋼鐵制品上得到廣泛的應用，鋼鐵通過裝飾處理也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及實用價值。
不銹鋼的特點是防腐性能好，根據(jù)使用環(huán)境和條件的不同，可選擇不同類型的不銹鋼材料。但由于不銹鋼材料大都使用稀有金屬，價格昂貴，差不多相當于普通碳鋼的5～10倍。不銹鋼和優(yōu)質(zhì)碳鋼相比強度和硬度都較低，在很多方面不銹鋼不能代替碳鋼。而碳鋼在加工成零件后就要進行必要的表面處理，因此鋼鐵零件的表面處理是不可缺少的。
四、金屬表面處理的分類及其作用
金屬表面處理分為功能性和裝飾性表面處理。
功能性表面處理包括：
金屬熱處理，包括：淬火、正火、調(diào)質(zhì)、碳、氮共滲等。其作用在于提高金屬表面
硬度、韌性、耐磨性能等。
功能性鍍層，如：鍍硬鉻、化學鍍鎳等。其作用在于提高金屬表面硬度、耐磨性、
防腐及裝飾功能。
其他表面處理方法，包括：機械滾壓、等離子注入等，其作用在于提高金屬零件表
面硬度和耐磨性。
裝飾性表面處理包括：裝飾鍍鉻、鍍鎳、鍍鋅、鍍鈦，還有磷化氧化、表面噴涂等。
其作用在于提高金屬表面的防腐性能和裝飾要求。
五、各種金屬表面處理方法簡介
1.電鍍：眾所周知，鍍銅、鍍鋅、鍍鎳、鍍鉻等均屬于電鍍，在過去和現(xiàn)在的經(jīng)濟建設(shè)中，發(fā)揮了十分重要的作用。但是電鍍中存在著氰化物，重金屬離子是影響環(huán)境的致命因素。
2.化學鍍：化學鍍是近年來發(fā)展起來的一種不需要電極新型鍍種，其鍍層的綜合性能明顯優(yōu)于電鍍。該鍍種中不含氰化物，重金屬離子只要適當控制就可以達到環(huán)保排放標準，是國家支持的項目，很有發(fā)展前景，是未來取代電鍍的環(huán)保鍍種。
3.噴涂：噴涂的種類很多，有高溫涂料和常溫涂料;有金屬涂料和非金屬涂料;有有機涂料和無機涂料。用戶可以根據(jù)產(chǎn)品的用途和使用環(huán)境選擇不同的涂料。高溫涂料如：靜電環(huán)氧、聚脂等粉末涂料;無機涂料如：水性漆它是未來噴涂行業(yè)的發(fā)展趨勢，其原因主要是考慮涂層的性能和環(huán)保方面的問題。
六、環(huán)保綜述
所有金屬的表面處理無一不涉及到對環(huán)境的影響，只是表面處理的方法不同，對環(huán)境的影響程度不同，經(jīng)過相應的處理，有些方法可以達到國家的排放標準，而有些卻很難達到國家的排放標準。
前處理工序一般都需要除油和除銹。除油是堿性的，除銹是酸性的，不論是殘液還是漂洗水，中和后生成鹽和水，經(jīng)過適當處理即可達到排放標準。
在金屬表面處理過程中，對環(huán)境和人類生存影響最大的是重金屬離子，我國政府在多年以前已采取了多方面的措施限制電鍍行業(yè)的發(fā)展，但就我國工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀，要實現(xiàn)預定的目標，達到發(fā)達國家的相關(guān)排放標準，還有大量的工作要做。近年來隨著科學技術(shù)的發(fā)展，化學鎳的出現(xiàn)，不僅在鍍層的質(zhì)量方面有所提高，而且在環(huán)境保護方面得以改善。水性漆的出現(xiàn)，使得噴涂行業(yè)添加了一名很有潛力的成員，它避免了油漆涂料有機溶劑等有害易揮發(fā)物質(zhì)的出現(xiàn)，使環(huán)境污染得以減輕。
六、結(jié)束語
我國現(xiàn)已成為制造業(yè)大國，金屬表面處理是不可缺少的專業(yè)，而怎樣選擇表面處理既保證質(zhì)量，又能在處理過程中的排放物對周邊的環(huán)境污染小便成為我們的當務之急。化學鍍的出現(xiàn)及發(fā)展為金屬鍍層提供了一種良好的思路;無溶劑涂料(包括環(huán)氧樹脂、聚氨脂、水性漆等)的發(fā)展和技術(shù)進步，使得表面噴涂行業(yè)形成了百家爭鳴的局面，而且有不斷擴大之勢。另外隨著廢水、廢氣處理技術(shù)的進步，使得處理成本也有所降低?？傊O(shè)計人員在進行產(chǎn)品設(shè)計時應充分考慮涂鍍層的外觀、質(zhì)量、使用性能等眾多因素，同時還應兼顧處理過程對環(huán)境的影響，選擇合適的表面處理方法。
參考文獻：
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[3] 程秀云等.電鍍技術(shù).北京：化學工業(yè)出版社，2003.
[4] 李異.金屬表面藝術(shù)裝飾處理.北京：化學工業(yè)出版社，2008.
作者簡介：柴富俊(1958--)，女，副教授，研究方向：機械設(shè)計及計算機圖形學。
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