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一文了解表面处理工艺
发布时间:2024-02-03 10:07 来源:本站

1、表面处理概念

利用现代物理、化学、金属学和热处理等学科的边缘性新技术来改变零件表面的状况和性质,以达到预定性能要求的工艺方法,称为表面处理。

一文了解表面处理工艺(图1)

一文了解表面处理工艺(图2)

一文了解表面处理工艺(图3)

一文了解表面处理工艺(图4)

2、表面处理技术的分类(按工艺特点)

①表面改性技术(金属、非金属)

通过物理、化学等方法,改变材料表面的形貌、相组成、微观结构、缺陷状态、应力状态。材料表面化学组成不变。

②表面合金化技术(金属)

通过物理方法,使添加材料进入基体,形成合金化层。

③表面转化膜技术(金属)

通过化学方法,使添加材料与基体发生化学反应,形成转化膜。

④表面涂(镀)层技术(金属、非金属)

通过物理、化学方法,使添加材料在基体表面形成镀、涂层。基材不参与涂层的形成。

3、常见的表面处理方法

3.1 表面改性技术

通过物理、化学等方法,改变材料表面的形貌、相组成、微观结构、缺陷状态、应力状态。材料表面化学组成不变。

01表面淬火

表面淬火是指在不改变钢的化学成分及组织情况下,利用快速加热将表层奥氏体化后进行快速冷却(淬火),使表面硬化的一种热处理方法。

一文了解表面处理工艺(图5)

02喷砂

喷砂处理是利用高速喷射出的砂粒或铁粒,对工件表面进行撞击,以提高零件的部分力学性能和改变表面状态的工艺方法。

一文了解表面处理工艺(图6)

一文了解表面处理工艺(图7)

喷砂与喷丸处理,工艺相似,主要差别在沙粒直径上。该工艺主要应用于提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐蚀性等,还可用于表面消光、去氧化皮和消除铸、锻、焊件的残余应力等。

一文了解表面处理工艺(图8)

03滚压

滚压是在常温上用硬质滚柱或滚轮施压于旋转的工件表面上,并沿母线方向移动,使工件表面塑性变形、硬化,以获得准确、光洁和强化的表面,或特定花纹的处理工艺。

一文了解表面处理工艺(图9)

一文了解表面处理工艺(图10)

04拉丝

在外力作用下使金属强行通过模具,金属横截面积被压缩,并获得所要求的横截面积形状和尺寸的技术加工方法称为金属拉丝工艺。使其改变形状、尺寸的工具称为拉丝模。拉丝可根据装饰需要,制成直纹、乱纹、波纹、螺纹等几种。

一文了解表面处理工艺(图11)

直纹

一文了解表面处理工艺(图12)

乱纹贝斯特bst

一文了解表面处理工艺(图13)

波纹

一文了解表面处理工艺(图14)

螺纹

直纹拉丝

是指在金属表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。

乱纹拉丝

是在高速运转的铜丝刷下,使金属板前后左右移动磨擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。这种加工对金属板的表面要求较高。

波纹

一般在刷光机或擦纹机上制取。利用上组磨辊的轴向运动,在金属板表面磨刷,得出波浪式纹路。

螺纹

是用一台在轴上装有圆形毛毡的小电机,将其固定在桌面上,与桌子边沿成60度左右的角度,另外做一个装有固定金属板的拖板,在拖板上贴一条边沿齐直的聚酯薄膜用来限制螺纹进度。利用毛毡的旋转与拖板的直线移动,在金属板表面旋擦出宽度一致的螺纹纹路。

05抛光

抛光是对零件表面进行修饰的一种光整加工方法,一般只能得到光滑表面,不能提高甚至不能保持原有的加工精度,随预加工状况不同,抛光后的Ra值可达1.6~0.008 mm ,按照实现原理的不同,可分为机械抛光和化学抛光。

一文了解表面处理工艺(图15)

一文了解表面处理工艺(图16)

1)轮式抛光

用高速旋转的柔性抛光轮和极细的磨料对工件表面进行滚压和微量切削实现抛光。抛光轮用多层帆布、毛毡或皮革叠制而成,用于较大零件的抛光。

一文了解表面处理工艺(图17)

2)滚筒抛光和振动抛光

将工件、磨料和抛光液装入滚筒或振动箱内,滚筒缓慢滚动或振动箱振动,使工件与工件,工件与磨料相互摩擦,加上抛光液的化学作用,除去工件表面的油污、锈层,磨去凸峰,从而获得光滑的表面。用于细小而量大零件的抛光,后者比前者生产率高,抛光效果更好。

一文了解表面处理工艺(图18)

3)化学抛光

将金属零件浸入特制的化学溶液中,利用金属表面凸起部位比凹洼部位溶解速度快的现象,实现零件表面的抛光。

一文了解表面处理工艺(图19)

一文了解表面处理工艺(图20)

4)生物抛光

生物抛光是一种用纤维素酶改善纤维素纤维制品表面的整理工艺,以达到持久的抗起毛起球并增加织物的光洁度和柔软度。生物抛光是去除从纱表面伸出来的细微纤维,这些微纤被去除了就不会起毛起球,色泽也更光亮,表面茸毛减少使得布面更光洁。

一文了解表面处理工艺(图21)

06激光表面强化

激光表面强化是用聚焦的激光束射向钢件表面,在极短时间内将工件表层极薄的材料加热到相变温度或熔点以上的温度,又在极短时间内冷却使工件表面淬硬强化。激光表面强化可分为激光相变强化处理、激光表面合金化处理和激光熔覆处理等。

一文了解表面处理工艺(图22)

激光表面强化的热影响区小,变形小,操作方便,主要用于局部强化的零件,如冲裁模、曲轴、凸轮、凸轮轴、花键轴、精密仪器导轨、高速钢刀具、齿轮及内燃机缸套等。

3.2 表面合金化技术

通过物理方法,使添加材料进入基体,形成合金化层。该技术的典型工艺,就是金属的渗碳、渗氮处理。通常是将金属与渗剂同放置于密闭的腔体内,采用加热、真空等措施,活化金属表面,经分解、吸收、扩散过程等作用使碳、氮进入金属基体。

一文了解表面处理工艺(图23)

一文了解表面处理工艺(图24)


3.3 表面转化膜技术

通过化学方法,使添加材料与基体发生化学反应,形成转化膜。

01钢铁的发黑与磷化处理

发黑:是金属热处理的一种常用手段,原理是使金属表面产生一层氧化膜,以隔绝空气,达到防锈目的。外观要求不高时可以采用发黑处理,钢制件的表面发黑处理,也有被称之为发蓝的。发蓝处理是一种化学表面处理,其主要作用是在工件表面形成一层致密的氧化膜,防止工件腐蚀上锈,提高工件的耐磨性,它只是一种表面处理,不会对内部组织产生任何的影响,它不是热处理,和淬火有根本的区别。

一文了解表面处理工艺(图25)

磷化:是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程,所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是:给基体金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀;用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。磷化是常用的前处理技术,原理上应属于化学转换膜处理,主要应用于钢铁表面磷化,有色金属(如铝、锌)件也可应用磷化。工件(钢铁或铝、锌件)浸入磷化液(某些酸式磷酸盐为主的溶液),在表面沉积形成一层不溶于水的结晶型磷酸盐转换膜的过程,称之为磷化。

一文了解表面处理工艺(图26)

02不锈钢着色

随着不锈钢的应用普及,不锈钢着色工艺需求逐步得到重视,目前不锈钢不仅可以着黑色,还可以得到蓝色、绿色、褐色、橙色等颜色。

1)黑色:

不锈钢着黑色主要应用于光学小光场合,着色方法有铬酸浴熔融法、铬酸盐化学氧化法、硫化法。

一文了解表面处理工艺(图27)

2)彩色:

不锈钢表面去除氧化膜厚,采用铬酸-硫酸等溶液处理,可以得到不同的颜色,膜的颜色随厚度变化而变化,同时与材料的成分和表面处理方法有一定关系。

常用不锈钢中,奥氏体不锈钢最适合着色处理;而铁素体由于着色溶液有腐蚀倾向,得到的色彩不如前者鲜艳;马氏体耐腐蚀性能更差,仅能得到灰黑或黑色的表面。

一文了解表面处理工艺(图28)

钝化处理:

钝化实际上就是替代防锈油的一种现代工艺,它的原理是利用钝化液的氧化性物质促使金属表面活泼的金属离子转变成钝化态,不易被氧化的状态,而达到金属防锈的效果,金属与氧化性质作用时,会在金属表面形成一种非常薄的,致密的,覆盖性能良好的,牢固地吸附在金属表面上的钝化膜。这层膜就叫做钝化膜。

一文了解表面处理工艺(图29)

钝化的优点

1.药液稳定不挥发,可重复使用,与防锈油相比节约成本40%以上。与传统的物理封闭法相比,钝化处理后具有绝对不增加工件厚度和颜色的特点。

2.处理后的工件表面无油腻,干净清爽。由于钝化的过程属于无反应状态进行,钝化剂可反复添加使用,因寿命更长,成本更经济。

3.形成的钝化膜更结实,不易被破坏和清除,性能更稳定,耐蚀性提高8—50倍。钝化促使金属表面形成的氧分子结构钝化膜,膜层致密,性能稳定,并且在空气中同时具有自行修复作用,因此与传统的防锈油相比,更稳定,更具耐蚀性。

03铜及铜合金着色

铜的着色主要应用在装饰品与美术品上,比如古代的青铜制品。

绿色(碳酸铜)

黑色(硫化铜或氧化铜)

蓝色(碱性铜氨络合物)

红色(氧化亚铜)

04铝合金的氧化与着色处理

一文了解表面处理工艺(图30)

铝合金的硬质阳极氧化:

铝合金经硬质阳极氧化处理,表面可形成厚度30~50μm和硬度约500HV左右的膜层,具有优异抗蚀和耐磨性能。铝合金硬质阳极氧化处理后的应用范围十分广泛,涉及纺织、自行车、照相机、气动元件、手术器械、光学仪器等各行业,适用于缸套、活塞、齿轮、叶轮、导轨、轴承、模具工程构件。

一文了解表面处理工艺(图31)

铝合金氧化膜着色

铝合金阳极氧化膜具有多孔性和化学活性,很容易进行着色处理,根据显色体存在位置不同,可分为:

a化学浸渍着色

b电解整体着色

c电解着色

一文了解表面处理工艺(图32)

彩色铝合金在生活中的应用

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