簡述金屬材料表面主要的處理方法

劉似玉

摘 要：隨著金屬材料在工業生產中的廣泛應用，金屬材料表面處理技術成為生產制造業的基礎。表面處理技術主要是根據不同的基體材料及產品要求通過特定的方法改變工件的表面特性、表面外觀，使其根據性能所需具有防腐、耐磨、導電、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械處理方法、轉化膜處理、電鍍、化學鍍、涂裝、PVD等方法，本文根據生產所需，對金屬材料現有部分主要的表面處理方法進行簡單的陳述與探討。

關鍵詞：材料性能;表面機械處理;轉化膜處理;電鍍;化學鍍;涂裝;物理氣相沉積;化學氣相沉積;磷化;熱浸鍍;熱噴涂

一、電鍍

根據生產需要，將經過鍍前處理的預鍍工件置于電解質溶液當中，使工件做陰極，另一金屬做陽極。在通電的情況下使預鍍工件表面沉積上鍍層，經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、半導體或各類金屬固體微粒，從而具有滿足產品所需的性能。常見的電鍍工藝有鍍銅、鍍鎳、鍍鉻等工藝，根據不同的產品需要及不同的基體材料可以選擇不同的電鍍工藝。

二、化學鍍

化學鍍又稱為化學沉積、非電解鍍或者自催化鍍，指不依賴外加電流，在經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鍍要求沉積反應只限在具有催化作用制件（如鎳、鈷、銠、鈀等）表面上進行，并且溶液本身不應自發地發生氧化還原作用。以化學鍍鎳為例，其具有鍍液使用壽命短、穩定性差、穩定劑多含重金屬離子，污染大等缺點，并且鍍層質量受主鹽濃度、還原劑、絡合劑、穩定劑等添加劑以及工資生產環境PH及溫度等條件的影響，在實際生產中需嚴格控制各工藝參數。多種因素的影響使得化學鍍的應用范圍受到一定限制。目前，化學鍍鎳、鍍銅、鍍銀、鍍金、鍍鈷、鍍鈀、鍍鉑、鍍錫等已在工業生產中應用，尤其在電子工業中應用更為廣泛。

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。由于工程機械范圍廣、規格多、零部件大，一般采用粉末噴涂的方式進行涂裝。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涂料，而且兩者對環境污染較嚴重，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，在工業生產中得到廣泛應用。

四、轉化膜處理

（1）陽極氧化處理

陽極氧化處理分為化學氧化和電化學氧化，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，但當氧化膜層作為涂裝底層時則不進行封閉處理。電化學氧化是指將鋁及其合金置于適當的電解液中作為陽極電解處理，形成的氧化膜厚度可達幾十至幾百微米，使基體耐蝕性、耐磨性及裝飾性等有明顯的提高。由此可見，根據不同的生產環境，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

磷化可分為化學磷化與電解磷化?；瘜W磷化處理是指金屬在磷酸鹽溶液中，通過化學反應在表面生成一層難溶的、非金屬的、不導電的、多孔的磷酸鹽薄膜的過程。但由于化學磷化膜的質量受磷化液成分及磷化環境等多種因素的影響，在實際生產中需嚴格控制工資生產參數，應用具有局限性。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定的、不溶性的、以磷酸鹽為主要成膜物質的磷化膜的過程。電解磷化工藝的磷化時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、反應周期短、反應溫度低、反應過程容易控制、磷化渣少等優點，使得其應用廣泛。

五、表面機械強化

工業中常采用機械處理方法來清理、強化及光整金屬表面，如噴丸處理、滾壓加工、內孔擠壓以及滾光和拋光等，其中噴丸處理、拋光處理在生產中應用很廣泛。

（1）噴丸處理

噴丸處理是指利用高速丸流，對工件表面進行強烈的沖擊，使金屬工件表面產生塑性變形，從而強化表面并改變表面狀態的一種工藝方法。噴丸通常分為手工操作和機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械強度以及耐磨性、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、焊件的殘余應力等。

（2）拋光

拋光是在零件表面經過精磨光后，進一步降低表面粗糙度，消除金屬制件表面的細微不平，使表面出現鏡面光澤。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藥品溶液的滾桶中作低速旋轉，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零件的化學作用，達到精飾表面的目的。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，形成具有一定結構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合力更高、致密性更高，廣泛應用于工業生產以及實驗研究過程中。

結語：

由于金屬工件在加工、運輸、存放等過程中，表面易產生有氧化皮、鐵銹、塵土、油脂和其他污物。實際生產過程中，通過選用不同的表面處理工藝結合，對工件進行表面處理，可以提高涂層與基體的結合力，改善后續涂層的耐蝕性、光澤度等性能，并可根據產品要求所需獲得性能較高的產品。

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（作者單位：山東建筑大學，山東 濟南 250101）