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浅谈金属表面处理工艺
作者：李新
来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第07期
摘 要：金属表面处理工艺可以在不增加或不增加太多成本的情况下，使工件表面受到保护和强化，或修复废旧和加工失误的工件，从而提高产品的使用寿命和可靠性，改善机械设备的性能、质量，增强产品的竞争能力。所以，金属表面处理技术，对于推动高新技术的发展，对于节约材料、节约能源等都具有重要意义。金属表面处理工艺类别较多，开展对处理工艺的研究能够为技术的改进提供积极作用。 关键词：金属表面；处理；工艺分析 1 引言
金属材料一般是以合金的形式进行使用，具有良好的强度与塑性配合，优良的加工性，许多金属还有优异的物理特性，因而应用非常广泛。但是，金属材料的表面在外界环境的作用下亦容易发生各类磨损、腐蚀、氧化和疲劳等破坏，这方面造成的损失是十分巨大的。此外，许多零部件要求的表面性能与心部性能间存在一定矛盾，整体处理时往往两者不能兼顾。因此，金属材料的表面处理工艺技术受到人们的高度重视。
金属表面处理工艺是指通过表面处理大幅度软提高产品质量，节约贵重材料，实现材料表面复合化，能够解决单一材料无法解决的问题，体现修复的整体优势、良好的节能、节材效果。金属表面处理技术主要通过两种途径改善金属材料表面性能，一种是通过表面涂层技术在基体表面制备各种镀、涂覆层，包括电镀、化学镀、化学转化膜技术.气相沉积技术、堆焊、热喷涂等；另一种是通过各种表面改性技术改变基体表面的组织和性能，如表面淬火、化学热处理、喷丸、高能束表面改性等。本文针对当前金属表面处理工艺现状展开基础性的讨论分析。
2 金属表面处理工艺的发展历程
金属表面处理工艺如喷丸、滚压和内孔挤压等技术的应用已有较长的历史。例如喷丸强化技术，产生于20世纪20年代，最先在汽车行业中应用，60年代后又在航空工业中得到更广泛的应用，尤其是一些关键承力部件经喷丸强化后抗疲劳性和抗应力腐蚀能力有了明显的提高，而生产成本低廉，因此成为一种重点采用的表面处理技术。
表面热处理和化学热处理是人们早就使用的技术，20世纪初，许多物理学家研究了低压气体中的放电现象，后来这类放电现象不仅是荧光照明工业的基础，而且也成了等离子热化学技术和等离子镀膜技术的基础。70年代以来，由于电力和电子工程领域取得的进展，晶闸管控制的灭弧断路器的诞生，促进了离子渗碳技术在工业中的应用。物理气相沉积（PVD）技术
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由最初的真空蒸镀到1963年离子镀技术的应用，并与“湿法”电镀技术展开了有力的竞争。化学气相沉积（CVD）技术也从原来用于高纯金属的精炼以及半导体和磁性薄膜的制造，逐步成为金属材料表面强化技术的一个重要手段，尤其是用于硬质合金和合金钢工模具表面的涂覆。利用荷能离子与材料表面的相互作用，改变表面成分和结构，从而改善性能的离子注入技术，不仅用于电子工业以及无机非金属材料和有机高分子材料的表面改性，也是金属材料表面强化的重要途径。后来人们又将离子注入和镀膜技术结合起来，发展出新颖的离子束合成薄膜技术。
自20世纪60年代以来，激光和电子束等新热源具有能量集中、加热迅速、加热层薄、自激冷却、变形很小、无需淬火介质、有利环境保护、便于实现自动化等优点，因而在金属材料表面强化方面的应用越来越广泛。 3 金属表面处理的几种主要工艺 3.1 电镀处理
电镀处理技术是利用电解作用使金属的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用的一种技术。电镀处理工艺的主要技术流程包括：前处理（研磨-预备洗净-水洗-电解脱脂-水洗-酸浸渍及活性化-水洗）-中和-洗水-电镀（打底）-水洗-中和-水洗-电镀（表层）-水洗-纯水-脱水-烘干。但是如果前处理不完全，也会造成较多的镀层缺陷，如镀层的剥离、气涨，污点、无光等光泽不均匀，镀层的小孔、不平，针孔的发生降低产品的耐蚀性，镀层皮膜的脆化等。 3.2 抛光处理
抛光处理技术是利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对金属工件表面进行的修饰加工。目前常用的抛光方法主要有机械抛光、化学抛光、点解抛光、超声波抛光、流体抛光、磁研磨抛光等。
机械抛光是靠切削、材料表面塑性变形去掉被抛光后的凸部而得到平滑面的抛光方法，一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等，以手工操作为主，表面质量要求高的可采用超精研抛的方法，可以达到Ra0.008μm的表面粗糙度，是各种抛光方法中最高的。化学抛光是让材料在化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解，从而得到平滑面，化学抛光得到的表面粗糙度一般为数10μm。电解抛光基本原理与化学抛光相同，即靠选择性的溶解材料表面微小凸出部分，使表面光滑。与化学抛光相比，可以消除阴极反应的影响，效果较好。超声波抛光是将金属材料放入磨料悬浮液中并一起置于超声波场中，依靠超声波的振荡作用，使磨料在工件表面磨削抛光。超声波加工宏观力小，不会引起工件变形，但工装制作和安装较困难。超声波加工可以与化学或电化学方法结合。在溶液腐蚀、电解的基础上，再施加超声波振动搅拌溶液，使工件表面溶解产物脱离，表面附近的腐蚀或电解质均匀；超声波在液体中的空化作用还能够抑制腐蚀过程，利于表面光亮化。流体抛光是依靠高速流动的液体及其携带的磨粒冲刷工件表面
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达到抛光的目的。常用方法有：磨料喷射加工、液体喷射加工、流体动力研磨等。磁研磨抛光是利用磁性磨料在磁场作用下形成磨料刷，对工件磨削加工。这种方法加工效率高，质量好，加工条件容易控制，工作条件好。采用合适的磨料，表面粗糙度可以达到Ra0.1μm。 3.3 热喷涂处理
热喷涂表面处理技术是指将熔融状态的喷涂材料，通过高速气流使其雾化喷射在零件表面上，形成喷涂层的一种金属表面加工方法。我们把特殊的工作表面叫“涂层”，把制造涂层的工作方法叫“热喷涂”，它是采用各种热源进行喷涂和喷焊的总称。具体过程是：利用某种热源（如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层。热喷涂技术的基本原理是：涂层材料可以是粉状、带状、丝状或棒状。由燃料气、电弧或等离子弧提供必需的热量，将热喷涂材料加热到塑态或熔融态，再经受压缩空气的加速，使受约束的颗粒束流冲击到基体表面上。冲击到表面的颗粒，因受冲压而变形，形成叠层薄片，粘附在经过制备的基体表面，随之冷却并不断堆积，最终形成一种层状的涂层。该涂层因涂层材料的不同可实现耐高温腐蚀、抗磨损、隔热、抗电磁波等功能。 3.4 激光熔覆处理
利用激光熔覆技术对金属进行表面处理，既可对新制造的金属模具进行表面改性，亦可对破损模具表面进行快速高性能修复。其技术特点如下：激光加热和冷却速度快，激光熔覆层组织细小致密；激光束的功率、位置和形状等能够精确控制，能实现自动化和柔性加工，实现裂痕、崩角、微区以及磨损的密封边修复；熔覆层的稀释率小，可精确控制，熔覆层成分具有可设计性。 4 结语
随着世界各地技术经济持续发展和进步，金属表面处理越来越受到各行各业的重视和亲睐，改进产品的性能和金属的防腐是其核心问题。因此，各国不仅广泛寻找方法简单、价格低廉、方便操作的金属表面处理方法，并且正在不断努力更新相关技术。 参考文献：
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[3]张涛.试论金属涂装前表面处理工艺的研究与应用[J].化工管理，2017（17）：26.
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