11种常见的表面处理技术工艺

11种常见的表面处理
技术工艺
在机械加工及表面处理行业，通常材料需要完成毛坯下料、车削加工、铣削加工、钻孔攻丝、热处理、磨削等一系列加工工序后，还需要进行各种表面处理。

它利用现代物理化学、金属学和热处理学等学科的边缘性新技术来改变零部件表面的状况和性质，使之与内部材料作优化组合，以达到预定性能要求。

目前，表面处理技术可分为：表面强化处理、表面洁化处理、表面装饰处理、表面防蚀处理以及表面修复处理。

其中，常用的表面处理方法包括：热喷涂、喷丸、表面滚压和胀光、离子镀、激光表面强化、抛光、普通电镀、特种电镀、钢铁发蓝、钢铁磷化、铝阳极氧化及着色处理、喷漆与喷塑等。

01 热喷涂
特点：* 工艺灵活，适用范围广。

热喷涂施工对象可大可小，小的可到直径10mm内孔（线爆喷涂），大的可到桥梁、铁塔（火焰线材喷涂或电弧喷涂），可在室内喷涂，也可在户外现场作业；可整体喷涂，也可局部喷涂。

* 基体及喷涂材料广泛，可通过喷涂不同材料，使工件表面获得所需的各种物理和化学性能。

* 工件应力变形小，基体可保持较低的温度，工件产生的应力变形很小。

* 生产效率高，每小时喷涂材料重量从几千克到几十千克，且沉积效率高。

应用：* 防腐蚀：主要用于大型水闸钢闸门、造纸机烘缸、煤矿井下钢结构、高压输电铁塔、电视台天线、大型钢桥梁、化工厂大罐和管道的防腐喷涂。

* 防磨损：通过喷涂修复已磨损的零部件，或在零部件易磨损部位预先喷涂上耐磨材料，如风机主轴、高炉风口、汽车曲轴、机床主轴、机床导轨、柴油机缸套、油田钻杆、农用机械刀片等。

* 特殊功能层：通过喷涂获得表层某些特殊性能，如耐高温、隔热、导电、绝缘、防辐射等，在航空航天和原子能等部门应用较多。

02 喷丸
特点：* 利用高速喷射出的砂丸，对工件表面进行撞击，以提高零部件的部分力学性能和改变表面状态的工艺方法。

* 喷丸通常是直径为0.5-2mm的沙粒或铁丸。

沙粒的材料多为氧化铝或二氧化硅。

表面处理的效果与丸粒的大小、喷射速度和持续时间有关。

* 喷丸用于提高零部件机械强度及耐磨性、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。

03 表面滚压和胀光
特点：* 表面滚压是在常温上用硬质滚柱或滚轮施压于施转的工件表面上，并沿母线方向移动，使工件表面塑性变形硬化，以获得光洁和强化的表面。

* 表面胀光（挤光或挤压）是在常温下将直径稍大于孔径的钢球或其他形状的胀光工具挤过工件已加工的内容，以获得光洁和强化的表面。

04
特点：* 离子镀是将镀层材料气化并电离成离子，通过扩散和电场作用，沉积于制件表面，形成与基体牢固结合的满足所需性能的镀层。

* 离子镀的种类很多，其绕射性均很好，能镀覆制件上各个方向的表面，可在金属或非金属表面上镀覆金属或合金，镀层厚度一般为2-3mm。

* 离子镀已广泛用于机械、电子、航空、航天、轻工、光学和建筑等部门，用以制备耐磨、耐蚀、耐热、超硬、导电、磁性和光电转换等镀层。

05 激光表面强化
特点：* 使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。

* 热影响区小，变形小，工件表面清洁，操作方便。

* 主要用于局部强化的零部件，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、齿轮及内燃机缸等。

06
特点：抛光是对零部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，却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1.6-0.008μm。

1. 机械抛光：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、毛毡或皮革叠纸而成，用于较大的零部件。

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，工件与磨料互相摩擦，加上抛光液的化学作用，除去工件表面油污、锈层，磨去凸峰，从而获得光滑的表面。

用于细小而量大零部件，后者比前者生产率高，抛光效果好。

2. 化学抛光：将金属零部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，实现零部件表面的抛光。

3. 电化学抛光：电化学抛光与化学抛光类似，不通电是还要以直流电，工件接阳极，产生阳极溶解，也是利用金属表面凸起部位比凹洼部位溶解速度快的现象进行抛光。

07 特种电镀
1. 刷镀：刷镀不用镀槽，旋转的工件接直流电源的负极，镀笔接正极，镀笔前端用脱脂棉包住，浇注的镀液浸贮在脱脂棉套内，镀液中的金属正离子在电场力作用下的工件表面（阴极）获得电子而沉积于表面，形成电镀层。

- 镀层厚度可达0.01-0.05mm，镀层质量好，结合强度高，速度比槽镀快。

- 刷镀设备简单，操作灵活，可进行局部电镀和户外作业。

- 对于大批量中小型零部件或大面积镀覆的工件进行装饰性或尺寸电镀时，刷镀不如槽镀。

- 刷镀主要用于大型零部件的局部电镀或大中型零部件的局部修复。

2. 非金属电镀：是指对塑料、玻璃、陶瓷、纤维等非金属制品电镀。

- 非金属电镀的关键工艺是表面金属化，使非金属基体上生成导电层以便进行导电。

表面金属化的方法有化学镀法、喷涂法、烧渗银法和涂刷法等。

- 塑料电镀是非金属电镀中应用最广泛的一种。

通过电镀可提高塑料制品的强度，防止老化，使其具有导电性、电磁性、焊接性和装饰性外观。

- 非金属电镀制品主要用于汽车、飞机某些装饰性零部件及印刷线路板、电子仪器屏蔽和碳纤维等。

08
特点：* 钢铁发蓝：是对钢铁零部件进行的一种氧化处理，使其表面生成一层极薄的氧化铁氧化膜。

发蓝后呈蓝黑色和深黑色，可提高零件的耐蚀性、润滑性，可改善外观。

* 钢铁磷化：是钢铁零部件在磷化液中处理，在表面沉积形成一层不溶于水结晶型磷酸盐膜。

* 磷化后呈灰色或灰黑色，其耐蚀性比发蓝好，但外观不如发蓝。

磷化主要用于钢铁制件（如枪炮）耐蚀防护和喷漆前处理，以增加漆膜与钢铁工件的附着力及防护性。

09 铝阳极氧化与着色处理
特点：* 阳极氧化是将铝或铝合金制件浸于酸性电解液中，在外电流作用下作为阳极，在制件表面形成与基体牢固结合的防腐蚀氧化膜。

* 阳极氧化前要经过抛光、除油、清洗等预处理，其后要进行冲洗、着色和封闭等处理。

* 阳极氧化的氧化膜可染成黑色、红色、蓝色、绿色、金黄色和茶色等。

* 阳极氧化和着色处理常用于汽车、飞机的某些装饰性零部件及工艺品和日用五金制品作装饰性处理。

10 高压无气喷涂
特点：* 利用低压（0.4-0.6MPa）压缩空气带动高压泵，将涂料加压到10-20MPa的压力，经高压喷枪的特殊喷嘴喷出形成涂层。

* 高压无气喷涂的特点：没有一般压缩空气喷涂时的涂料微粒回溅及漆雾飞扬现象；生产率高，比压缩空气喷涂提高几倍至几十倍。

* 适宜喷涂高粘度涂料，一次可获100-300mm厚度涂层。

11 静电喷涂
特点：* 用静电喷枪使油漆雾化并带上正电荷，与接地的工件间形成高压静电场，静电引力使漆膜沉积在工件表面形成均匀漆膜。

* 静电喷涂比普通喷涂生产率高，成膜质量好。

* 静电喷涂常用于大批量生产中的汽车、自行车、家用机电设备零部件的自动化生产线中。

表面处理工艺各色其式，因应生产线原来的设备、操作员的技术、工件类型和大小，以及生产成本和时间等等，企业管理在多方的考虑因素作出不同选择。

然而，科技日新月异，作为表面处理从业者却不能固步自封，应了解其他方面发展中的技术，在未来规划生产线及至新技术需求作好准备。