劉似玉

摘 要：隨著金屬材料在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，金屬材料表面處理技術(shù)成為生產(chǎn)制造業(yè)的基礎(chǔ)。表面處理技術(shù)主要是根據(jù)不同的基體材料及產(chǎn)品要求通過特定的方法改變工件的表面特性、表面外觀，使其根據(jù)性能所需具有防腐、耐磨、導(dǎo)電、反光、美觀等性能。金屬材料常見的表面處理方法分為表面機(jī)械處理方法、轉(zhuǎn)化膜處理、電鍍、化學(xué)鍍、涂裝、PVD等方法，本文根據(jù)生產(chǎn)所需，對(duì)金屬材料現(xiàn)有部分主要的表面處理方法進(jìn)行簡單的陳述與探討。

關(guān)鍵詞：材料性能;表面機(jī)械處理;轉(zhuǎn)化膜處理;電鍍;化學(xué)鍍;涂裝;物理氣相沉積;化學(xué)氣相沉積;磷化;熱浸鍍;熱噴涂

一、電鍍

根據(jù)生產(chǎn)需要，將經(jīng)過鍍前處理的預(yù)鍍工件置于電解質(zhì)溶液當(dāng)中，使工件做陰極，另一金屬做陽極。在通電的情況下使預(yù)鍍工件表面沉積上鍍層，經(jīng)過鍍后處理使金屬工件表面形成致密的鍍層，其成分可以為金屬、合金、半導(dǎo)體或各類金屬固體微粒，從而具有滿足產(chǎn)品所需的性能。常見的電鍍工藝有鍍銅、鍍鎳、鍍鉻等工藝，根據(jù)不同的產(chǎn)品需要及不同的基體材料可以選擇不同的電鍍工藝。

二、化學(xué)鍍

化學(xué)鍍又稱為化學(xué)沉積、非電解鍍或者自催化鍍，指不依賴外加電流，在經(jīng)活化處理的基體表面上，鍍液中金屬離子被催化還原形成金屬鍍層的過程?；瘜W(xué)鍍要求沉積反應(yīng)只限在具有催化作用制件（如鎳、鈷、銠、鈀等）表面上進(jìn)行，并且溶液本身不應(yīng)自發(fā)地發(fā)生氧化還原作用。以化學(xué)鍍鎳為例，其具有鍍液使用壽命短、穩(wěn)定性差、穩(wěn)定劑多含重金屬離子，污染大等缺點(diǎn)，并且鍍層質(zhì)量受主鹽濃度、還原劑、絡(luò)合劑、穩(wěn)定劑等添加劑以及工資生產(chǎn)環(huán)境PH及溫度等條件的影響，在實(shí)際生產(chǎn)中需嚴(yán)格控制各工藝參數(shù)。多種因素的影響使得化學(xué)鍍的應(yīng)用范圍受到一定限制。目前，化學(xué)鍍鎳、鍍銅、鍍銀、鍍金、鍍鈷、鍍鈀、鍍鉑、鍍錫等已在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，尤其在電子工業(yè)中應(yīng)用更為廣泛。

三、涂裝

涂裝分為粉末噴涂以及水性涂料電泳涂裝等多種涂裝方式。由于工程機(jī)械范圍廣、規(guī)格多、零部件大，一般采用粉末噴涂的方式進(jìn)行涂裝。噴涂工具有高壓空氣噴槍、高壓無氣噴槍及靜電噴槍等工具。高壓空氣噴涂的噴涂效率較低，而高壓無氣噴涂浪費(fèi)涂料，而且兩者對(duì)環(huán)境污染較嚴(yán)重，所以目前基本已被靜電噴涂所取代。中小型工件的噴涂可采用水簾-水洗組合式噴漆室、無泵噴漆室或文丘里式噴漆室，方便進(jìn)行粉末涂料的回收和工件涂裝后的清洗，前者具有較高的漆霧捕集效率，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

四、轉(zhuǎn)化膜處理

（1）陽極氧化處理

陽極氧化處理分為化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化，鋁及其合金多利用陽極氧化處理來提高基體的耐蝕性?；瘜W(xué)氧化處理指在含有氧化劑的弱酸性或弱堿性溶液中生成致密的耐蝕性高的膜層，其后常通過封閉處理提高耐蝕性，但當(dāng)氧化膜層作為涂裝底層時(shí)則不進(jìn)行封閉處理。電化學(xué)氧化是指將鋁及其合金置于適當(dāng)?shù)碾娊庖褐凶鳛殛枠O電解處理，形成的氧化膜厚度可達(dá)幾十至幾百微米，使基體耐蝕性、耐磨性及裝飾性等有明顯的提高。由此可見，根據(jù)不同的生產(chǎn)環(huán)境，利用不同陽極氧化處理工藝，可獲得不同性能的氧化膜層。

（2）磷化處理

磷化可分為化學(xué)磷化與電解磷化?；瘜W(xué)磷化處理是指金屬在磷酸鹽溶液中，通過化學(xué)反應(yīng)在表面生成一層難溶的、非金屬的、不導(dǎo)電的、多孔的磷酸鹽薄膜的過程。但由于化學(xué)磷化膜的質(zhì)量受磷化液成分及磷化環(huán)境等多種因素的影響，在實(shí)際生產(chǎn)中需嚴(yán)格控制工資生產(chǎn)參數(shù)，應(yīng)用具有局限性。電解磷化是指通過外加電流的方法將能量集中于試樣的表面，在試樣表面沉積一層穩(wěn)定的、不溶性的、以磷酸鹽為主要成膜物質(zhì)的磷化膜的過程。電解磷化工藝的磷化時(shí)間一般為幾十秒到幾分鐘，磷化溫度為室溫到40 ℃，電流密度一般為0.7-1.3 A/dm2，其可采用直流電作為電源。由于電解磷化操作簡單、反應(yīng)周期短、反應(yīng)溫度低、反應(yīng)過程容易控制、磷化渣少等優(yōu)點(diǎn)，使得其應(yīng)用廣泛。

五、表面機(jī)械強(qiáng)化

工業(yè)中常采用機(jī)械處理方法來清理、強(qiáng)化及光整金屬表面，如噴丸處理、滾壓加工、內(nèi)孔擠壓以及滾光和拋光等，其中噴丸處理、拋光處理在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛。

（1）噴丸處理

噴丸處理是指利用高速丸流，對(duì)工件表面進(jìn)行強(qiáng)烈的沖擊，使金屬工件表面產(chǎn)生塑性變形，從而強(qiáng)化表面并改變表面狀態(tài)的一種工藝方法。噴丸通常分為手工操作和機(jī)械操作兩種操作方式。常用的噴丸有以下幾種：鑄鐵彈丸、鋼彈丸、玻璃彈丸、砂丸等，其中黑色金屬常選用鑄鐵彈丸、鋼彈丸和玻璃彈丸，而有色金屬與不銹鋼常用玻璃彈丸和不銹鋼彈丸。噴丸廣泛用于提高零件機(jī)械強(qiáng)度以及耐磨性、抗疲勞和耐腐蝕性等。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。

（2）拋光

拋光是在零件表面經(jīng)過精磨光后，進(jìn)一步降低表面粗糙度，消除金屬制件表面的細(xì)微不平，使表面出現(xiàn)鏡面光澤。拋光分為粗拋和精拋兩類。粗拋用于去除金屬制件表面較粗的磨痕，但處理之后制件表面不光亮，而精拋后可得光亮的表面，可用于裝飾性電鍍前處理和鍍后的精加工。

（3）滾光

滾光指將零件放入盛有磨料和化學(xué)藥品溶液的滾桶中作低速旋轉(zhuǎn)，憑借零件與磨料、零件與零件之間的相互摩擦以及滾光液對(duì)零件的化學(xué)作用，達(dá)到精飾表面的目的。滾光可以全部或部分替代鍍前的磨光和拋光工序，適用于大批量的小型零件及難于磨光和拋光零件表面光亮加工。

六、物理氣相沉積（PVD）

在真空條件下，利用物理的方法，將金屬材料汽化成原子、分子或離子，并且通過氣相的過程，使其直接沉積到工件表面，形成具有一定結(jié)構(gòu)和一定功能的涂層的過程，稱為物理氣相沉積。PVD包括真空蒸發(fā)鍍、真空濺射鍍、真空離子鍍。其中真空離子鍍所形成的涂層結(jié)合力更高、致密性更高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以及實(shí)驗(yàn)研究過程中。

結(jié)語：

由于金屬工件在加工、運(yùn)輸、存放等過程中，表面易產(chǎn)生有氧化皮、鐵銹、塵土、油脂和其他污物。實(shí)際生產(chǎn)過程中，通過選用不同的表面處理工藝結(jié)合，對(duì)工件進(jìn)行表面處理，可以提高涂層與基體的結(jié)合力，改善后續(xù)涂層的耐蝕性、光澤度等性能，并可根據(jù)產(chǎn)品要求所需獲得性能較高的產(chǎn)品。

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（作者單位：山東建筑大學(xué)，山東 濟(jì)南 250101）