一文讀懂表面處理技術

  在機械加工及表面處理行業，通常材料需要完成毛坯下料、車削加工、銑削加工、鉆孔攻絲、熱處理、磨削等一系列加工工序后，還需要進行各種表面處理。它利用現代物理化學、金屬學和熱處理學等學科的邊緣性新技術來改變零部件表面的狀況和性質，使之與內部材料作優化組合，以達到預定性能要求。

  目前，表面處理技術可分為：表面強化處理、表面潔化處理、表面裝飾處理、表面防蝕處理以及表面修復處理。其中，常用的表面處理方法包括：熱噴涂、噴丸、表面滾壓和脹光、離子鍍、激光表面強化、拋光、普通電鍍、特種電鍍、鋼鐵發藍、鋼鐵磷化、鋁陽極氧化及著色處理、噴漆與噴塑等。

  表面處理技術

  01.熱噴涂

  特點：

  * 工藝靈活，適用范圍廣。熱噴涂施工對象可大可小，小的可到直徑10mm內孔(線爆噴涂)，大的可到橋梁、鐵塔(火焰線材噴涂或電弧噴涂)，可在室內噴涂，也可在戶外現場作業;可整體噴涂，也可局部噴涂。

  * 基體及噴涂材料廣泛，可通過噴涂不同材料，使工件表面獲得所需的各種物理和化學性能。

  * 工件應力變形小，基體可保持較低的溫度，工件產生的應力變形很小。

  * 生產效率高，每小時噴涂材料重量從幾千克到幾十千克，且沉積效率高。

  應用：

  * 防腐蝕：主要用于大型水閘鋼閘門、造紙機烘缸、煤礦井下鋼結構、高壓輸電鐵塔、電視臺天線、大型鋼橋梁、化工廠大罐和管道的防腐噴涂。

  * 防磨損：通過噴涂修復已磨損的零部件，或在零部件易磨損部位預先噴涂上耐磨材料，如風機主軸、高爐風口、汽車曲軸、機床主軸、機床導軌、柴油機缸套、油田鉆桿、農用機械刀片等。

  * 特殊功能層：通過噴涂獲得表層某些特殊性能，如耐高溫、隔熱、導電、絕緣、防輻射等，在航空航天和原子能等部門應用較多。

  02.噴丸

  特點：

  * 利用高速噴射出的砂丸，對工件表面進行撞擊，以提高零部件的部分力學性能和改變表面狀態的工藝方法。

  * 噴丸通常是直徑為0.5-2mm的沙粒或鐵丸。沙粒的材料多為氧化鋁或二氧化硅。表面處理的效果與丸粒的大小、噴射速度和持續時間有關。

  * 噴丸用于提高零部件機械強度及耐磨性、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、焊件的殘余應力等。

  03.表面滾壓和脹光

  特點：

  * 表面滾壓是在常溫上用硬質滾柱或滾輪施壓于施轉的工件表面上，并沿母線方向移動，使工件表面塑性變形硬化，以獲得光潔和強化的表面。

  * 表面脹光(擠光或擠壓)是在常溫下將直徑稍大于孔徑的鋼球或其他形狀的脹光工具擠過工件已加工的內容，以獲得光潔和強化的表面。

  04.離子鍍

  特點：

  * 離子鍍是將鍍層材料氣化并電離成離子，通過擴散和電場作用，沉積于制件表面，形成與基體牢固結合的滿足所需性能的鍍層。

  * 離子鍍的種類很多，其繞射性均很好，能鍍覆制件上各個方向的表面，可在金屬或非金屬表面上鍍覆金屬或合金，鍍層厚度一般為2-3mm。

  * 離子鍍已廣泛用于機械、電子、航空、航天、輕工、光學和建筑等部門，用以制備耐磨、耐蝕、耐熱、超硬、導電、磁性和光電轉換等鍍層。

  05.激光表面強化

  特點：

  * 使用聚焦的激光束射向鋼件表面，在極短時間內將工件表層極薄的材料加熱到相變溫度或熔點以上的溫度，又在極短時間內冷卻，使工件表面淬硬強化。

  * 熱影響區小，變形小，工件表面清潔，操作方便。

  * 主要用于局部強化的零部件，如沖裁模、曲軸、凸輪、凸輪軸、花鍵軸、精密儀器導軌、高速鋼刀具、齒輪及內燃機缸等。

  06.拋光

  特點：

  拋光是對零部件表面進行修飾的一種光整加工方法，一般只能得到光滑表面，卻不能提高甚至不能保持原有的加工精度，隨預加工狀況不同，拋光后的Ra值可達1.6-0.008μm。

  1.機械拋光

  ① 輪式拋光用高速旋轉的柔性拋光輪和極細的磨料對工件表面進行滾壓和微量切削實現拋光。拋光輪用多層帆布、毛氈或皮革疊紙而成，用于較大的零部件。

  ② 滾筒拋光和振動拋光，將工件、磨料和拋光液裝入滾筒或振動箱內，滾筒緩慢滾動或振動箱振動，使工件與工件，工件與磨料互相摩擦，加上拋光液的化學作用，除去工件表面油污、銹層，磨去凸峰，從而獲得光滑的表面。用于細小而量大零部件，后者比前者生產率高，拋光效果好。

  2.化學拋光，將金屬零部件浸入特制的化學溶液中，利用金屬表面凸起部位比凹洼部位溶解速度快的現象，實現零部件表面的拋光。

  3.電化學拋光，電化學拋光與化學拋光類似，不通電是還要以直流電，工件接陽極，產生陽極溶解，也是利用金屬表面凸起部位比凹洼部位溶解速度快的現象進行拋光。

  07.特種電鍍

  1. 刷鍍：刷鍍不用鍍槽，旋轉的工件接直流電源的負極，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，鍍液中的金屬正離子在電場力作用下的工件表面(陰極)獲得電子而沉積于表面，形成電鍍層。

  - 鍍層厚度可達0.01-0.05mm，鍍層質量好，結合強度高，速度比槽鍍快。

  - 刷鍍設備簡單，操作靈活，可進行局部電鍍和戶外作業。

  - 對于大批量中小型零部件或大面積鍍覆的工件進行裝飾性或尺寸電鍍時，刷鍍不如槽鍍。

  - 刷鍍主要用于大型零部件的局部電鍍或大中型零部件的局部修復。

  2. 非金屬電鍍：是指對塑料、玻璃、陶瓷、纖維等非金屬制品電鍍。

  - 非金屬電鍍的關鍵工藝是表面金屬化，使非金屬基體上生成導電層以便進行導電。表面金屬化的方法有化學鍍法、噴涂法、燒滲銀法和涂刷法等。

  - 塑料電鍍是非金屬電鍍中應用最廣泛的一種。通過電鍍可提高塑料制品的強度，防止老化，使其具有導電性、電磁性、焊接性和裝飾性外觀。

  - 非金屬電鍍制品主要用于汽車、飛機某些裝飾性零部件及印刷線路板、電子儀器屏蔽和碳纖維等。

  08.鋼鐵發藍與磷化

  特點：

  * 鋼鐵發藍：是對鋼鐵零部件進行的一種氧化處理，使其表面生成一層極薄的氧化鐵氧化膜。發藍后呈藍黑色和深黑色，可提高零件的耐蝕性、潤滑性，可改善外觀。

  * 鋼鐵磷化：是鋼鐵零部件在磷化液中處理，在表面沉積形成一層不溶于水結晶型磷酸鹽膜。

  * 磷化后呈灰色或灰黑色，其耐蝕性比發藍好，但外觀不如發藍。磷化主要用于鋼鐵制件(如槍炮)耐蝕防護和噴漆前處理，以增加漆膜與鋼鐵工件的附著力及防護性。

  09.鋁陽極氧化與著色處理

  特點：

  * 陽極氧化是將鋁或鋁合金制件浸于酸性電解液中，在外電流作用下作為陽極，在制件表面形成與基體牢固結合的防腐蝕氧化膜。

  * 陽極氧化前要經過拋光、除油、清洗等預處理，其后要進行沖洗、著色和封閉等處理。

  * 陽極氧化的氧化膜可染成黑色、紅色、藍色、綠色、金黃色和茶色等。

  * 陽極氧化和著色處理常用于汽車、飛機的某些裝飾性零部件及工藝品和日用五金制品作裝飾性處理。

  10.高壓無氣噴涂

  特點：

  * 利用低壓(0.4-0.6MPa)壓縮空氣帶動高壓泵，將涂料加壓到10-20MPa的壓力，經高壓噴槍的特殊噴嘴噴出形成涂層。

  * 高壓無氣噴涂的特點：沒有一般壓縮空氣噴涂時的涂料微粒回濺及漆霧飛揚現象;生產率高，比壓縮空氣噴涂提高幾倍至幾十倍。

  * 適宜噴涂高粘度涂料，一次可獲100-300mm厚度涂層。

  11.靜電噴涂

  特點：

  * 用靜電噴槍使油漆霧化并帶上正電荷，與接地的工件間形成高壓靜電場，靜電引力使漆膜沉積在工件表面形成均勻漆膜。

  * 靜電噴涂比普通噴涂生產率高，成膜質量好。

  * 靜電噴涂常用于大批量生產中的汽車、自行車、家用機電設備零部件的自動化生產線中。

  表面處理工藝各色其式，因應生產線原來的設備、操作員的技術、工件類型和大小，以及生產成本和時間等等，企業管理在多方的考慮因素作出不同選擇。然而，科技日新月異，作為表面處理從業者卻不能固步自封，應了解其他方面發展中的技術，在未來規劃生產線及至新技術需求作好準備。