金属材料表面处理

金属材料表面处理

一，金属材料简介

金属材料是具有光泽、延展性、导电、传热等性能的物质,除汞外,在常温下均为固体。金属具有较高的强度、硬度及韧性.金属材料通常分为两大类,一类主要以铁为主,因其色为黑色,故称黑色金属。这一类的金属也是工业产品中用途和用量最大的一类,约占金属材料的另一类为有色金属,即除了铁以外的其他金属,如金、银、铜、锡、镍、铝等,因各具不同色彩,故称有色金属。此外,在有色金属中,金、铂、铱等金属因储量稀少,故称稀有金属将一种金属与其他元素熔和而成的物质,则称合金。合金的物理性质已经与原来的金属不同,一般合金比纯金属具有更良好的性能。大多数金属都可以通过添加其他金属或非金属元素来改善本身的性能,并研制出新的金属材料。

工业产品生产中用量最大的黑色金属,包括铸铁和钢。铸铁又称生铁,其含碳量在之间,并含有磷、硫、硅等杂质。物理性能硬而脆,不易拉伸,价格较低,常用于机械的支架和基础等部件。

有色金属中的铝是现代工业产品中最常用的金属材料之一。纯铝外观呈银白色,质轻,导电及导热性能良好,延展性好,熔点低,便于铸造加工和焊接。铝常常和镁、锰、铁、铜、镍等其他金属元素制成合金,可有效地提高强度和硬度。如铝锰合金和铝镁合金等具有耐腐蚀、高强度、焊接和抛光性能优良等特点,铝镁合金还有航空工业的重要材料,飞机制造的主要材料。铝是世纪中应用最广泛的金属材料,从年起的年间,世界铝的产量提高了5倍。

铜也是用途最广泛和用量最大的有色金属之一。纯净的铜呈紫色,具有良好的延展性,导电性和导热性,是电气工业的良好材料。铜的合金在工业产品的生产中广泛运用。黄铜是铜与铝的合金,铸造五金和乐器制作的材料。黄铜是金属材料中历史最悠久的材料之一。因其具有铸造性能好的特点而常作为铜像、工艺品和机械部件的用材。白铜是铜与镍的合金,常用于家庭用品、工艺品和货币制造。

二，处理工艺

由于金属材料良好的材料特性被广泛的运用到我们的日常生活中。金属材料或制品的表面受到大气、水分、日光、盐雾霉菌和其他腐蚀性介质等的侵蚀作用,会引起金属材料或制品失光、变色、粉化或裂开,从而遭到损坏。因此，对金属材料的表面处理工艺的了解和掌握显得十分重要。

金属材料表面处理工艺主要包括表面精加工处理、表面层改质处理、表面被覆三种，这三种处理工艺的功效,一方面是保护产品,即保护材质表面所具有的光泽、色彩和机理等而呈现出的外观美,并延长产品的使用寿命,有效地利用材料资源。另一方面起到美化、装饰产品的作用,使产品高雅含蓄,表面有更丰富的色彩、光泽变化,更有节奏感和时代特征,从而有利于提高产品的商品价值和竞争力。

1，金属材料的表面精加工处理

在对金属材料或制品进行表面处理之前,应有前处理或预处理工序,以使金属材料或制品的表面达到可以进行表面处理的状态。金属制品表面的前处理工艺和方法很多,其中主要包括有金属表面的机械处理、化学处理和电化学处理等。

机械处理是通过切削、研磨、喷砂等加工清理制品表面的锈蚀及氧化皮等。将表面加工成平滑或具有凹凸模样化学处理的作用主要是清理制品表面的油污、

锈蚀及氧化皮等电化学处理则主要用以强化化学除油和侵蚀的过程,有时也可用于弱侵蚀时活化金属制品的表面状态。

（1）切削和研削

切削和研削是利用刀具或砂轮对金属表面进行加工的工艺。可得到高精度的表面效果。

（2）研磨

研磨是可以达到把金属表面加工成平滑面效果的工艺。可以得到光面、镜面、梨皮面的效果。

（3）表面蚀刻

表面蚀刻是一种使用化学酸进行腐蚀而使得金属表面得到的一种斑驳、沧桑装饰效果的加工工艺。即,用耐药薄膜覆盖整个金属表面,然后用机械或者化学方法除去需要凹下去部分的保护膜,使这部分金属裸露。接着浸入药液中,使裸露的部分溶解而形成凹陷,获得纹样,最后用其他药液去除保护膜。

2，金属材料的表面层改质处理

金属材料表面装饰技术是保护和美化产品外观的手段,主要分为表面着色工艺和肌理工艺。

（1）金属表面着色工艺

金属表面着色工艺是采用化学、电解、物理、机械、热处理等方法,使金属表面形成各种色泽的膜层、镀层或涂层。

1）化学着色：在特定的溶液之中,通过金属表面与溶液发生化学反应,在金属表面生成带色的星体金属化合物膜层的方法。

2）电解着色：在特定的溶液中,通过电解处理方法,使金属表面发生反应而生成带色膜层。

3）阳极氧化染色：在特定的溶液中,以化学或电解的方法对金属进行处理,生成能吸附染料的膜层,这染料作用下着色,或使金属与染料微粒共析形成复合带色镀层。染色的特征是使用各种天然或合成染料来着色,金属表面呈现染料的色彩。染色的色彩艳丽,色域宽广,但目前应用范围较窄,只限于铝、锌、镐、镍等几种金属。

（2）金属表面肌理工艺

金属表面肌理工艺是通过锻打、刻划、打磨、腐蚀等工艺在金属表面制作出肌理效果。

1）：表面锻打：使用不同形状的锤头在金属表面进行锻打,从而形成不同形状的点状肌理,层层叠叠,十分具有装饰性。

2）表面抛光：利用机械或手工以研磨材料将金属表面磨光的方法。表面抛光又有磨光、镜面、丝光、喷砂等效果。根据表面效果的不同,使用的工具和方法也不尽相同。

3）表面镶嵌：在金属表面刻画出阴纹,嵌入金银丝或金银片等质地较软的金属材料,然后打磨平整,呈现纤巧华美的装饰效果。

4）表面蚀刻：是使用化学酸进行腐蚀而得到的一种斑驳、沧桑的装饰效果,具体方法如下：

首先在金属表面涂上一层沥青,接着将设计好的纹饰在沥青的表面刻画,将需腐蚀部分的金属露出。下面就可以进行腐蚀了,腐蚀可以视作品的大小选择进入化学酸溶液内腐蚀和喷刷溶液腐蚀。一般来说,小型作品选择浸入式腐蚀。化学酸具有极强的腐蚀性,在进行腐蚀操作时一定要注意安全保护。

3，表面被覆

（1）镀覆着色：采用电镀、化学镀、真空蒸发沉积度和气相镀等方法,在金属表面沉积金属、金属氧化物或合金等,形成均匀膜层。它是利用各种工艺方法在金属材料的表面覆盖其他金属材料的薄膜,从而提高制品的耐蚀性、耐磨性,并调整产品表面的色泽、光洁度以及肌理特征,以提高制品档次。缺点是镀层色彩单调,对产品大小形状有所限制。

（2）涂覆着色：采用浸涂、刷涂、喷涂等方法,在金属表面涂覆有机涂层。它是在金属材料的表面覆盖以有机物为主体的涂料层的加工工艺,也被称为涂装。目的在于保护作用装饰作用特殊作用一隔热、防辐射、杀菌等。优点是能赋予产品丰富的色彩和肌理。缺点是涂层会老化和磨损,容易被划伤导致保护膜破损,使底层金属锈蚀。

（3）珐琅着色（搪瓷和景泰蓝）：在金属表面覆盖玻璃质材料,经高温烧制形成膜层。原理是用玻璃材质覆盖金属表面,然后在度左右进行烧制而成。效果是使金属材料表面坚硬,提高制品的耐蚀性、耐磨性。赋予产品表面宝石般的光泽和艳丽的色彩,具有极强的装饰性。缺点为脆性高,不耐冲击,在急冷急热或变形冲击下,容易脱落。

（4）金银错：它又称为错金银。市先秦时代发展起来出来的一种用金银装饰青铜器物表面的工艺。原理是在青铜器表面铸出或者琴刻出所需要的图案,铭文的凹槽,然后嵌入金银丝、片,捶打牢固,再用蜡石错磨,使嵌入的金银丝、片表面与青铜器的表面光滑过渡,最后用清水和木炭进一步打磨,使表面光泽更加光艳。特点青铜和金银的不同色泽互相映衬,图案、铭文透出华丽和典雅。

（5）热处理着色：利用加热的方法,使金属表面形成带色氧化膜。

（6）传统着色技术：包括做假锈、汞齐镀、热浸镀锡、夔金、婆银以及亮斑等。

化学工程 212016432 张伟明