金属制品在我们的生产生活中无处不在,从精密的机械零件到日常的餐具、建筑构件,其性能与外观在很大程度上取决于其表面加工工艺。表面处理不仅能提升金属的耐腐蚀性、耐磨性、硬度等物理化学性能,还能极大地改善其外观质感,满足不同的功能与审美需求。以下是金属制品领域几种常用且重要的表面加工工艺。
1. 机械表面处理
这类工艺主要通过物理方法改变金属表面形态或清洁表面。
- 抛光与研磨:利用机械、化学或电化学作用,使工件表面粗糙度降低,获得光亮、平整表面。常见有机械抛光、电解抛光等,广泛用于不锈钢制品、装饰件等。
- 喷砂/抛丸:利用高速砂流或钢丸冲击工件表面,进行清理、毛化或强化。能有效去除氧化皮、锈迹,增加表面附着力,常作为涂装前处理。
- 拉丝:通过研磨在金属表面形成线纹,营造出细腻的亚光质感,常见于电子产品外壳、电梯装潢板等。
2. 化学表面处理
通过化学试剂与金属表面发生反应形成保护层或转换层。
- 阳极氧化:主要用于铝及铝合金。在电解液中,铝件作为阳极,表面生成一层致密、多孔的氧化铝膜。该膜硬度高、耐蚀性好,且可吸附染料呈现各种颜色,广泛应用于建筑型材、消费电子等领域。
- 钝化:主要针对不锈钢、铜等。使用酸性氧化剂在金属表面形成一层极薄的致密氧化膜,显著提高其耐腐蚀性,是许多精密零件和医疗器械的必备后处理工序。
- 化学镀:在无外部电流作用下,通过溶液中还原剂在催化表面沉积金属层(如镍、铜)。镀层均匀,即使复杂形状也能完全覆盖,常用于增强耐磨性、耐蚀性及提供焊接基底。
3. 电化学表面处理(电镀)
利用电解原理,在工件表面沉积一层金属或合金层。
- 装饰性电镀:如镀铬、镀金、镀玫瑰金等,能赋予金属制品亮丽的外观、高光泽度和一定的耐磨性,常见于卫浴五金、首饰、汽车装饰件。
- 功能性电镀:如镀锌(防锈)、镀硬铬(高耐磨)、镀镍(耐腐蚀并作为中间层)。电镀层能有效隔离基体与腐蚀环境,延长工件寿命。
4. 涂层覆盖技术
在金属表面涂覆或形成一层非金属保护层。
- 喷涂:包括液体喷涂和粉末喷涂。粉末喷涂(喷塑)环保高效,涂层坚固耐用,颜色选择多,广泛应用于机箱、家电、户外设施。氟碳喷涂耐候性极佳,常用于建筑幕墙铝板。
- 电泳涂装:将工件浸入电泳漆液中,通直流电使漆粒子沉积在表面,形成均匀、附着力极强的涂层,防腐性能优秀,常用于汽车车身、五金件。
- 达克罗(锌铬涂层):一种无公害的防腐蚀涂层技术,通过浸涂或喷涂并烘烤,形成以锌片、铬酸为主要成分的涂层,具有极高的耐蚀性(是镀锌的7-10倍),无氢脆,广泛用于汽车、紧固件、轨道交通。
5. 热处理与表面硬化
通过改变表层组织结构来提升性能。
- 表面淬火:如感应淬火、火焰淬火,使工件表层快速加热并淬火,获得高硬度的马氏体组织,心部保持韧性,用于齿轮、轴类等需耐磨的零件。
- 渗氮/氮碳共渗:在含氮介质中加热,使氮原子渗入钢件表面,形成高硬度、高耐磨、高疲劳强度的化合物层,处理温度低,变形小,常用于模具、精密传动件。
- PVD/CVD涂层:物理/化学气相沉积。在真空环境中,在工件表面沉积几微米厚的超硬涂层(如TiN氮化钛、类金刚石DLC)。这些涂层硬度极高、摩擦系数低,显著提升工具、模具、高端零件的使用寿命和性能。
****
金属表面加工工艺的选择是一个综合考量过程,需要根据基材类型、产品用途(防腐、装饰、耐磨、绝缘等)、使用环境、成本预算以及环保要求等因素来决定。实践中,常常会将多种工艺组合使用(如先磷化后喷粉,或先电镀再涂装),以达到最佳的综合效果。随着科技发展,激光表面处理、等离子处理等新技术也不断涌现,为金属制品赋予了更卓越的性能和更丰富的表现力。