工业设计必须知道的表面材料及表面处理工艺解读

工业设计必须知道的表面材料及表面处理工艺

材料及表面处理

化学镀（自催化镀）autocalytic plating 在经活化处理的基体表面上，镀液中金属离子被催化还原形成金属镀层的过程。这是在我们的工艺过程中大多都要涉及到的一个工艺工程，通过这样的过程才能进行后期电镀等处理，多作为塑件的前处理过程。

电镀electroplating

利用电解在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程，这种工艺过程比较烦杂，但是其具有很多优点，例如沉积的金属类型较多，可以得到的颜色多样，相比类同工艺较而言价格比较低廉。

电铸electroforming

通过电解使金属沉积在铸模上制造或复制金属制品（能将铸模和金属沉积物分开）的过程。这种处理方式是我们在要求最后的制件有特殊表面效果如清晰明显的抛光与蚀纹分隔线或特殊的锐角等情况下使用，一般采用铜材质作一个部件的形状后，通过电镀的工艺手段将合金沉积在其表面上，通常沉积厚度达到几十毫米，之后将形腔切开，分别镶拼到模具的形腔中，注射塑件，通过这样处理的制件在棱角和几个面的界限上会有特殊的效果，满足设计的需要，通常我们看到好多电镀后高光和蚀纹电镀效果界限分明的塑胶件质量要求较高的通常都采用这样的手段作设计。棱角分明的按键板在制造上采用电铸工艺的话，会达到良好的外观效果。

真空镀vacuum plating

真空镀主要包括真空蒸镀、溅射镀和离子镀几种类型，它们都是采用在真空条件下，通过蒸馏或溅射等方式在塑件表面沉积各种金属和非金属薄膜，通过这样的方式可以得到非常薄的表面镀层，同时具有速度快附着力好的突出优点，但是价格也较高，可以进行操作的金属类型较少，一般用来作较高档产品的功能性镀层，例如作为内部屏蔽层使用。

塑料电镀-- 塑料电镀的特点

塑料电镀制品具有塑料和金属两者的特性。它的比重小，耐腐蚀性能良好，成型简便，具有金属光泽和金属的质感，还有导电、导磁和焊接等特性。它可以节省繁杂的机械加工工序、节省金属材料，而且美观，装饰性强，同时，它还提高了塑料伯的机械强度。由于金属镀层对光、大气等外界因素具有较高的稳定性，因而塑料电镀金属后，可防止塑料老化，延长塑料件的使用寿命。

随着工业的迅速发展、塑料电镀的应用日益广泛，成为塑料产品中表面装饰的重要手段

之一。目前国内外已广泛在ABS、聚丙烯、聚砜、聚碳酸酯、尼龙、酚醛玻璃纤维增强塑料、聚苯乙烯等塑料表面上进行电镀，其中尤以ABS 塑料电镀应用最广，电镀效果最好。

塑料的工艺过程 ----- 塑料制件电镀的主要工艺流程。

塑料制件---机械粗化---化学除油---化学粗化敏化处理---活化处理---还原处理---化学镍---电镀---成品

塑料电镀的主要工艺流程

1、化学除油防止塑料变形、溶解，应考虑除油液对塑料的适应性。当用碱性除油液时，应注意使用温度，以防变形；用有机溶剂除油时，应注意其是否有溶解塑料的现象。

2、粗化

为提高结合强度，就得尽可能地增加镀层和基体间的接触面积。粗化的方法有机械粗化法和化学粗化方法两种。机械粗化如喷砂、滚磨、用砂纸打磨等。化学粗化可以迅速地使工件表面微观粗糙，粗化层均匀、细致、不影响工件的外观。

3、敏化处理工业上常用的敏化剂为氯化亚锡或三氯化钛的水溶液。

4、活化处理所谓活化处理，就是将吸附有还原剂的制件浸入含有氧化剂的溶剂中。一般是浸入贵金属盐类水溶液，于是贵金属离子就被还原剂还原为贵金属，从而在制件表面上形成贵金属膜。这层贵金属可以起到活性催化的作用，帮也称催化膜，它可以加速化学镀的还原反应。实践证明，银、钯等贵金属都具有这种催化能力。

5、还原反应经过活化处理的塑料制件，用水清洗后，就可以进行化学镀。塑料制件进行化学镀以前，先在一定浓度的化学镀所用的还原剂溶液中浸一下，把未被水洗掉的活化剂还原，这就是还原处理。化学镀铜时，可先用次磷酸钠溶液进行还原处理。

6、化学镀到目前为止，已有很多重金属可以通过化学镀铜的方法从水溶液中沉积出来。从经济角度来看，化学镀铜成本最低，因此被广泛采用。化学镀铜层外观呈铜红色，不能作为装饰和防护层，通常用作非金属、印刷电路板孔金属化等电镀加厚镀层的导电层。化学镀铜只能给塑料制件镀上一层导电源，镀层很薄。要想继续加厚其它镀层时，要先用电镀铜将化学镀铜层加厚。电镀铜时，可以使用酸性镀铜，也可以使用碱性镀铜。塑料制件经过电镀铜以后，就可以根据需要继续电镀其它金属镀层。

金属喷镀的原理金属喷镀时，镀面材料在专门的喷汇或喷枪中熔化和雾化，并喷射到基体材料上，这种面饰方法有时也称为金属喷涂。一般使用氧―― 乙炔焰，但有时也使用其它气体。当镀面金属丝通过焰心自动给送时，金属丝熔化并同时被压缩空气流雾化和喷射到基体材料上。几乎任何一种能够制成金属丝的金属都能用这种方法喷镀。另一种喷枪利用粉末状材料通过火焰喷射出来。这种方法的优点是不仅能喷镀金属，而且也能喷镀金属陶瓷复合材料、氧化物和硬质合金。

表面准备因为由金属喷镀所获得的镀覆材料与基体材料之间的结合是纯粹的机械结合，

因此，基体材料必须进行适当的准备。以便能获得良好的机械结合。无论采用何种表面准备方法，基体表面都必须清洁而无油污。最常用的表面准备方法是喷砂处理。为此，砂粒足够锋利以产生真正粗糙的表面，对于能在车床上回转的圆柱表面，有效的方法是车出非常粗的螺纹，然后用滚压刀轻轻滚压牙顶。一种可用于平面的改进方法是用圆的切槽刀切出一系列平行槽，然后用滚花刀夺各槽之间的棱面。如果镀覆表面还要加工，则基体表面应该用粗加工或切槽来准备，以便得到最好的准备。

金属喷镀的应用金属喷镀在产品设计中有许多重要的用途。如将锌和铝喷镀到钢铁表面上可以得到保护性涂层，以获得耐腐蚀性。因为金属喷镀能将金属喷镀到几乎任何一种

金属或非金属表面上，它就提供了一种在不良导体或非导体表面镀覆一层导电表面的简单方法，为此，常常将铜或银喷镀到玻璃或塑料上。由于喷镀的金属可以用各种不同的方式进行处理，例如抛光、刷光、或保留喷镀状态，因此，喷镀金属可在产品及建筑行业中作为装饰手段。

塑件烫印塑件烫印是工业产品（特别是轻工产品）的重要表面装饰手段之一。目前在产品设计中已由字模烫印发展为图案和大面积板上烫印。烫印就是通过烫印机如图所示热源，胶辊（或胶板），在一定的压力一将烫印材料（烫印箔）上彩色铝、木纹等转移到塑件表面上，从而获得精美的图案，得到良好的装饰效果的工艺。烫印起源于17 世纪的欧洲，当时只是贵族阶层用于书籍、圣经的表面装饰，其烫印箔的材料是真金、真银。随着聚酯薄膜的出现，而出现了化学合成箔，人们就转而使用价廉物美的新型装饰材料，并把它用于工业产品的表面装饰设计上。

烫印的特点 --------- 1 、烫印的装饰效果好烫印箔的品种很多，按颜色可分金

色、银色和各种彩色箔；按花纹和材质可分为金属箔、木纹箔、油漆箔等。其它还有各种光亮、哑光、丝纹的单色彩、多色彩图案。这些烫印箔的使用，可增加产品的装饰效果。金属箔的应用可与电镀件的金属感媲美。

2、烫印的经济性好烫印是一种无需湿印墨或粘胶涂料的干性装饰方法。塑件通常不需要预处理；使用的设备准备时间短，不存在长时间的调整问题；烫印件可随时取出、运输，无需干燥时间；变换颜色或图案，只要更换烫印模和烫印箔卷；操作结束时，无需清洗机器。设备投资及能耗低，占地面积小，效率高，生产成本低，约为电镀的1/6。

3、烫印适用范围广除了以热塑性塑料为主的塑料以外，热固性塑料也可用烫印法烫印。此外，木材、书面布、皮革、纺织品、纸、纸板和涂漆金属都能顺利地烫印。目前在家用电器产品中已广泛应用烫印工艺，如各种度盘盘罩、音窗、格栅、电视机、收录机、窗式空调机外壳等的彩面装饰，使整机得到金属光泽、线纹、木纹等各种装饰效果，在产品中常用于商标、图案、装饰件，效果很好。

4、烫印附着力好热烫转印箔对被装饰塑件有很高的粘附强度，覆盖于彩色和金属层的保护面漆使烫印表面能满足技术规格所要求的物理化学性能，不易起层脱落。

5、无污染烫印采用的是干印刷法，与涂装、电镀、金属的氧化与着色处理相比，无污染，清洁卫生，大大改善了操作人员的环境和工作条件。

IMD 注塑表面装饰技术

IMD 的中文名称：注塑表面装饰技术即IMD (In-Mole Decoratiom)，IMD 是

目前国际风行的表面装饰技术，主要应用于家电产品的表面装饰及功能性面板，常用在手机视窗镜片及外壳、洗衣机控制面板、冰箱控制面板、空调控制面板、汽车仪表盘、电饭煲控制面板多种领域的面板、标志等外观件上。

IMD 又分为IML 、IMR ，这两种工艺的最大区别就是产品表面是否有一层透明的保护薄膜。

IML 的中文名称：模内镶件注塑其工艺非常显著的特点是：表面是一层硬化的透明薄膜，中间是印刷图案层，背面是塑胶层，由于油墨夹在中间，可使产品防止表面被刮花和耐磨擦，并可长期保持颜色的鲜明不易退色。

IMR 的中文名称：模内转印

此工艺是将图案印刷在薄膜上，通过送膜机将膜片与塑模型腔贴合进行注塑，注塑后有图案的油墨层与薄膜分离，油墨层留在塑件上而得到表面有装饰图案的塑件，在最终的产品表面是没有一层透明的保护膜，膜片只是生产过程中的一个载体。但IMR 的优势在于生产时的自动化程度高和大批量生产的成本较低。IMR 的缺点：印刷图案层在产品的表面上，厚度只有几个微米，产品使用一段时间后很容易会将印刷图案层磨损掉，也易褪色，

造成表面很不美观。另外新品开发周期长、开发费用高，图案颜色无法实现小批量灵活变化也是IMR 工艺无法克服的弱点。

首先在概念上有必要说明：

IMD 包含IML,IMF,IMR

IML : IN MOLDING LABEL 〔印刷胶料与塑结合〕

IMF: IN MOLDING FILM 〔与IML 相同〕

IMR : IN MOLDING ROLLER 〔重点在于胶料上的离型层。PET FILM- 印离型剂f印刷油墨f印接着剂f内塑料射出—油墨与塑接着—开模后胶料会自动从油墨离型。日本称热转写。这机器是用ROLL TO ROLL 方式，而对位用CCD 计算机操作。〕

Lml 和LMR 最根本的区别在于；

IML和IMR在lens表面的不同，IML表面有PET或PC片材，而IMR表面只有油墨。IMD 是一个比较复杂的过程，

IML的片材有PET,也可以用PC。塑料粒子一般采用PMMA和ABS。IML与IMR各自有优点，IMR不是很耐磨，Nokia和Moto的手机有一部分就是采用IMR 技术的，时间稍微长一点也会造成划伤.IML 最大的缺陷就是不能整体实现IML 技术，仅仅局限于某一块区域。

塑料涂装的作用塑料易于着色，然而塑料的着色有很多局限性，如不显本色、颜料用量大、成本为了提高塑料的装饰性能，需要涂装才能实现如套色装饰、增加表面的花色品种和光泽，使工程塑料具有金属外观，遮盖塑料制品的表面缺陷(银丝、水塌坑、不明显的拼缝、色斑污点等)以及深色塑料的着色等，另外塑料冷藏还可起到保护作用和一些特种功能。塑料虽不会生锈，也不会迅速地溶解于酸类中。但是，塑料在不同程度上易受紫外线、氧、水分、沼气、溶剂及其它化学药品的腐蚀，其耐磨性能和机械性能也不如金属，易受机械损伤，因此塑料制品同样需要保护，

如①防光老化和防氧化， 在塑料内部混入防紫外剂和抗氧化剂， 虽可提高产品耐 候性，但成本极高。 用抗氧化剂和防紫外线剂混入涂料， 涂布于塑料制品的表面， 可以屏蔽紫外线，隔绝氧气。②防溶剂腐蚀和化学药品的腐蚀和化学药品的腐蚀， 除了聚乙烯、 聚丙烯和聚四氟乙烯以外， 许多热塑性塑料的耐深剂性较差， 故这 些制品同有机溶剂接触的部分，宜用合适的涂料保护。③防增塑剂挥发及渗出。

④防吸湿。⑤防划伤、擦伤和磨伤。

近年来，特种功能涂料发展很快， 塑料制品上涂布了这些涂料可以扩大塑料的应 用范围。例如阻燃涂料和防火涂料可以防止赛璐珞制品、 聚丙烯及不饱和聚酯玻 璃钢瓦着火；用作透镜的光学塑料，需要涂布防反射涂料，抗静电涂料、耐磨涂 料及抗划伤涂料等。

铝及其合金化学氧化工艺

化学氧化是不用外来电流而仅把制件置入适当溶液中，使其表面生成人工氧化 膜。一般是 将铝件浸在含有碱溶液和碱金属的铬酸盐溶液中， 铝和溶液互相作用， 很快生成 AL2O3 和 AL （OH ）3 的薄膜 。这种氧化膜具有较高的吸附能力， 一般工 业上作为表面涂装的底层， 经化学氧化后进行涂装， 可以大大地提高铝及其合金 外观装饰件的搞蚀能力， 使涂料的保持性增强。 铝及其合金化学氧化的优点主要 是生产效率高、成本低、不消耗电能，不需专门设备，适合于大批量生产。 铝及其合金的电化学氧化法 铝及其合金的电化学氧化法又称阳极氧化处理， 是使铝制品获得抗腐蚀性能和装 饰性表面的方法， 在工业上广泛使用。 该工艺像电镀的逆过程工件为电解电路的 阳极，不是将一层材料（金属）加到工件表面上云，而是进行内部的反应，以增 加通常存在于铝表面很薄的强保护氧化铝层的厚度。

草酸阳极氧化工艺采用也比较广泛， 它用于航空工业、 电 器工

业、铝制品等以获得较优良的防护膜层。

5、 铝及其合金的其它阳极氧化法

（1） 瓷质阳极氧化法

它又称仿釉氧化， 此工艺是精饰铝及其合金的新方法， 实际上是在铬酸阳极氧化 法衍生 而来的。 当向铬酸电解液中添加草酸和硼酸后， 在一定的工艺条件下， 可用阳极 氧化得到类似瓷釉或塘瓷乳白色氧化膜。 具有良好的耐蚀性能， 能着上各种颜色， 有特殊的光彩（尤像塑料） ，可获得良好的装饰效果。瓷质氧化具有下列特点：

①高的硬度和耐磨性；②优良装饰性，膜层与塑料相似，具有瓷釉般光泽、美观 大方；③高耐蚀性，比一般氧化膜的耐蚀度高出 1?2倍；④有良好的绝热性和 电镀缘性；⑤良好吸附能力，它能染成各种颜色；⑥较好的遮盖能力，故对制件 表面机械加工要求较低。适用于各种仪器、仪表、电子仪器上的零件，外观件以 及日用品、食品用具的表面防护装饰层。

（2） 红宝石膜氧化法 日本近来研究成阳极氧化合成红宝石膜新工艺， 该工艺所得膜层外形及光学性能

极为优异，用于光学、装饰等方面。这是一项新颖工艺、具有广泛应用前景的工 艺方法。其方法是，首先采用常规阳极批发价格多孔膜（为无定形的 AL2O3 ）， 1、 阳极氧化法 通过电解反应生成氧化膜。

2、 硫酸氧化法

广泛运用于防护装饰性的阳极氧化处理方面。 3、 铬酸氧化法 铝及铝合金用铬酸溶液阳极氧化处理的工艺过程 4、 草酸氧化法