金属表面处理技术

金属表面处理技术

金属表面处理是依靠机械表面加工、化学处理，表面热处理，喷涂等方法，在材料表面上形成一层与原有基底材料机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。之所以要对材料表面进行技术处理，其目的是提高材料表面的力学性能、化学性能或其他特殊功能要求。

金属表面处理现状

金属表面处理是一个与各行业的发展密切相关的工艺技术，在过去几十年里，关于金属表面处理的技术发展速度飞快，出现了化学镀、电镀、表面清洗、磷化、喷涂等高科技工艺。

目前金属表面技术门类繁多，有表面覆盖技术如电镀、化学镀、热喷涂等，表面改性技术如喷丸强化、激光表面处理等，复合表面技术如热喷涂与喷丸复合等。表面技术在冶金、机械、电子、军事等各行业和人们日常生活中被广泛应用,很多欧美发达国家在表面技术的开发应用上也越来越重视。

然而在发展技术的同时，很多的科研机构和厂家都忽略了处理工艺的环境保护，使得在金属表面处理作业中产生的环境污染问题不能得到预防，无法做到事前控制，而是出现对环境、人体的危害之后采取事后的补救措施。一方面容易造成不良的社会影响，另一方面对企业来说也不经济，因此在提倡绿色生产以及循环经济的今天，发展环保型金属表面处理工艺无疑具有重大的现实意义。

金属表面处理技术

一、铝及铝合金表面处理技术

1、镀层技术

铝及铝合金可以采取镀层技术，进行表面处理。镀层技术就是通过电镀(常选用Zn、Cr涂层)、化学镀(Ni、Ni-P合金层)等方法在材料表面获得金属或复合金属镀层。电镀时，一般要先经过预处理，先在铝基底上镀上一层铜，之后再在铜上电镀上所需金属镀层。

电镀后，表层细腻光滑度高，但是对环境有一定的污染。化学镀是利用氧化还原的反应机理，镍离子通过还原剂次磷酸盐的作用，被还原为金属镍，沉积在金属表面并直至所需厚度。

2、转化膜技术

铝及铝合金还可以采用转化膜技术。转化膜处理就是通过铝及铝合金的外层原子与腐蚀液中的介质在特定条件下发生化学或电化学作用，从而在金属表面形成一层比原有氧化膜层附着力更好的膜层。转化膜处理方法常见的有化学氧化法、阳极氧化处理、稀土转化膜等。

化学氧化处理后金属新的膜层在耐磨性表现上差强人意，厚度较薄、承载能力不大。采用阳极氧化法在生成新的膜层的过程中耗时较长，但是若采取脉冲电流与直流电流相叠加的方法可使得膜层性能得到一定改观。采用稀土转化膜的方法，无污染性，操作简便，成本低。

3、高能束表面强化

铝及铝合金也可采用高能束表面强化的方法。主要包括微弧氧化、等离子注入、激光强化三种。微弧氧化法可以在铝合金表面形成一层氧化陶瓷转化膜，此法无污染，膜层致密度高，与基底材料结合力强。

等离子注入法是一种新兴的表面改性方法，可用于表面形状不规则的工件，生产效率较高，还可批量生产。激光表面强化法使得金属表面的强化层更加致密，力学性能和化学性能更为优越。

二、镁及镁合金表面处理技术

镁及镁合金材料目前常用的表面处理方法主要有表面改性和表面涂层技术。

1、表面改性技术

(1)EB-PVD技术：即为电子束气相沉积技术。针对镁合金表面处理，EB-PVD技术是一种较为成熟的技术,但也存在一些缺陷。一方面,EB-PVD技术对真空设备要求极高;另一方面,针对一些外形较为复杂的工件难以实现理想的处理效果;Z后,此项处理技术不能够大批量应用。

(2)化学转化膜技术：镁合金用到的化学转化膜基本上是含铬转化膜。这种转化膜有较强的防腐蚀效果，但是毒性较大。因此,寻找一种无铬化学转化膜处理工艺,是今后表面处理的研究重点。通过化学转化膜表面处理得到的转化膜厚度相对较薄、韧性不足孔洞较多,因此不能用作长期保护膜。

(3)阳极氧化技术：镁合金的阳极氧化膜的外层孔洞较多，内层致密但厚度较差。镁合金阳极氧化膜必须经过封闭,否则耐腐性差。

(4)加弧辉光等离子表面处理技术：加弧辉光等离子表面处理技术是在双辉离子处理技术基础上通过引入冷阴极电弧源而研制出的一种新型离子渗金属技术。该方法的优点是处理速度快、渗层均匀、成分可控、成本低等。缺陷是难于大批量生产，设备维护复杂。

2、表面涂层处理

(1)合金表面喷涂纳米和陶瓷涂层材料：与传统涂层相比,纳米结构涂层在强度、韧性、耐腐蚀性、耐磨、抗热疲劳等方面均有显著提高。在镁合金表面进行等离子弧喷涂,形成的陶瓷涂层可以提高表面的硬度、耐磨性及耐腐蚀性能。

(2)激光辅助热喷涂工艺：激光辅助热喷涂工艺即Protal技术。Protal技术应用非常广泛，不管是在机械行业还是航空工业和能源业，都可得到充分的应用。但是该种方法也存在一些缺陷,如Protal工艺是如何让涂层和基体间产生高结合强度，尚未得出一个全面的结论;Protal工艺成本高，设备维护代价大;Protal工艺处理的零部件外形不能过于复杂，否则处理起来有难度。

(3)表面电镀：利用电镀进行表面处理是目前是镁合金表面处理的一种较为成熟的方法,操作简便，推广性强。但电镀也有缺陷,例如若镀件的外形不规则，则容易导致镀层厚度不均匀;另外,在浸锌、氰化物镀铜的过程中，会产生毒性。

三、钛及钛合金表面处理技术

(1)电镀：钛合金基体上有一层致密的氧化物薄膜,电镀不易进行,所以电镀前必须对钛合金表面进行预处理。

(2)交流微弧氧化：针对钛合金表面，经过交流微弧氧化技术获得的氧化膜耐磨性较好、结合度良好。

(3)表面氧化处理：表面氧化处理后的氧化膜硬度较大。

(4)离子注入：离子注入法的优势是：结合度高，强度较大;可以较大程度保证工件的精度;工艺重复性好等。

(5)涂层技术：在钛合金基体上加一种均匀的铜合金涂层，可以有效改善钛合金表面的抗氧化性。

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