金属的各种表面处理
金属材料的热处理和表面处理
金属材料的热处理和表面处理金属材料在工业生产和制造过程中扮演着重要的角色。
为了提高金属材料的性能和延长其使用寿命，热处理和表面处理成为必不可少的工艺。
本文将介绍金属材料的热处理和表面处理的基本概念、工艺和应用。
一、热处理热处理是通过在一定温度范围内对金属材料进行加热、保温和冷却来改变其组织结构和性能的工艺。
常见的热处理方法包括退火、淬火、回火和正火。
1. 退火退火是最常见的热处理方法之一，通过将金属材料加热至一定温度，然后缓慢冷却至室温，以改善金属的塑性、韧性和机械性能。
退火过程中，金属材料的晶粒会长大并且组织结构得到调整，从而消除内部应力和缺陷。
2. 淬火淬火是将金属材料迅速冷却至室温的热处理方法。
淬火能使金属材料获得高硬度和较高的强度，但会增加脆性。
因此，通常需要通过回火来降低脆性。
3. 回火回火是将淬火后的金属材料加热至一定温度，然后以适当速度冷却的过程。
回火旨在降低金属材料的硬度和脆性，提高其韧性和塑性，以适应不同的使用要求。
4. 正火正火是将金属材料加热至临界点以上，然后冷却至室温的热处理过程。
正火能改善金属材料的硬度、强度和韧性，并且能提高金属材料的耐磨性能。
二、表面处理表面处理是通过对金属材料表面进行物理、化学或电化学处理，以提高金属材料的耐腐蚀性、耐磨性、装饰性和功能性。
常见的表面处理方法包括电镀、喷涂、热喷涂和阳极氧化。
1. 电镀电镀是利用电解质溶液中的金属离子，通过电解沉积在金属材料表面，形成一层金属膜的过程。
电镀可以改善金属材料的外观，提高其耐腐蚀性和耐磨性，同时也可以增加金属材料的导电性和焊接性。
2. 喷涂喷涂是将涂料通过喷枪均匀地喷洒在金属材料表面的过程。
喷涂能够形成一层保护膜，提供金属材料防锈、防腐蚀和装饰的功能。
常见的喷涂涂料有涂胶、烤漆和粉末涂料等。
3. 热喷涂热喷涂是将金属粉末或陶瓷粉末加热至熔点，然后通过喷枪喷射在金属材料表面形成涂层的过程。
热喷涂能够提高金属材料的抗腐蚀性、耐磨性和耐高温性，常用于航空航天和化工等领域。
常用金属表面处理工艺及技术
金属表面处理工艺一、表面热处理1、表面淬火 n 表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以 强化零件表面的热处理方法。
感火焰加热 应加 热n 表面淬火目的： n ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; n ② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。
即表硬里韧。
n 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。
轴 的 感 应 加加 热 表 面 淬淬 火n ①表面淬火用材料 n ⑴ 0.4-0.5%C的中碳钢。
n 含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。
n 含碳量过高，心部韧性下降； n ⑵ 铸铁 提高其表面耐磨性。
机床导轨表面淬火齿轮n ②预备热处理 n ⑴工艺： n 对于结构钢为调质或正火。
n 前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普 通件。
n ⑵目的: n 为表面淬火作组织准备； n 获得最终心部组织。
回火索氏体 索氏体n ③表面淬火后的回火 n 采用低温回火，温度不高于200℃。
n 回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。
n ④表面淬火+低温回火后的组织 n 表层组织为M回；心部组织为S回(调质)或F+S(正火)。
感应加热表面淬火 感应淬火机床n ⑤表面淬火常用加热方法 n ⑴ 感应加热: 利用交变电流在工件表面感应巨大涡流， 使工件表面迅速加热的方法。
感应加热 表面淬火示意图n 感应加热分为： n 高频感应加热频率为250-300KHz，淬 硬层深度0.5-2mm火传 感动 应轴 器连续 淬感应加热表面淬火齿轮的截面图n 中频感应加热 频 率 为 25008000Hz ， 淬 硬 层 深度2-10mm。
中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴各种感应器n 工频感应加热 n 频率为50Hz,淬硬层深度10-15 mm感应穿透加热各种感应器n ⑵ 火焰加热: 利用乙炔火焰直接加 热工件表面的方法。
成本低，但质 量不易控制。
金属零件表面处理方式
金属零件表面处理方式
金属表面处理是指在制造、加工、运输和使用过程中对金属零件表面进行加工、修复、涂装等处理的技术。
金属表面处理可以改善零件表面的机械、物理、化学等性能，提高零件的使用性能和寿命。
常见的金属表面处理方式有以下几种：
1. 电镀：通过将金属零件浸泡在含有金属离子的电解液中，并加上一定电压，使离子在零件表面电化学沉积，形成一层金属膜，以达到增强零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等效果。
2. 热处理：通过加热金属零件，使其在一定温度和时间条件下发生结构和性能的转变，如淬火、回火、退火等工艺，以改善零件的力学性能。
3. 喷涂：将一定种类的涂料通过特殊的设备喷洒在金属零件表面，形成一层膜层，以改善零件表面的装饰性、防腐性、耐磨性等效果。
4. 氧化：将金属零件置于一定的温度、气氛中使其表面发生氧化反应，形成一层氧化膜，以增强零件的耐腐蚀性。
5. 化学处理：通过将金属零件浸泡在化学药液中，以消除零件表面的氧化皮、锈蚀等缺陷，以改善零件表面的光洁度、清洁度等性能。
不同的金属表面处理方式适用于不同的金属材料和不同的使用环境，选择合适的表面处理方式，可以最大限度地提高金属零件的使用寿命和性能。
常见金属表面处理的种类及工艺、作用
金属表面处理的种类及工艺1、表面处理工艺简介：利用现代物理、化学、金属学和热处理等学科的技术来改变零件表面的状况和性质，使之与心部材料作优化组合，以达到预定性能要求的工艺方法，称为表面处理工艺。
表面处理的作用：提高表面耐蚀性和耐磨性，减缓、消除和修复材料表面的变化及损伤；使普通材料获得具有特殊功能的表面；节约能源、降低成本、改善环境。
2、金属表面处理工艺分类：总共可以分为4大类：表面改性技术、表面合金化技术、表面转化膜技术和表面覆膜技术。
一、表面改性技术1、表面淬火表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。
表面淬火的主要方法有火焰淬火和感应加热，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰等。
2、激光表面强化激光表面强化是用聚焦的激光束射向工件表面，在极短时间内将工件表层极薄的材料加热到相变温度或熔点以上的温度，又在极短时间内冷却，使工件表面淬硬强化。
激光表面强化可以分为激光相变强化处理、激光表面合金化处理和激光熔覆处理等。
激光表面强化的热影响区小，变形小，操作方便，主要用于局部强化的零件，如冲裁模、曲轴、凸轮、凸轮轴、花键轴、精密仪器导轨、高速钢刀具、齿轮及内燃机缸套等。
3、喷丸喷丸强化是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面上，犹如无数个小锤锤击金属表面，使零件表层和次表层发生一定的塑性变形而实现强化的一种技术。
作用：提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐蚀性等；用于表面消光、去氧化皮；消除铸、锻、焊件的残余应力等。
4、滚压滚压是在常温下用硬质滚柱或滚轮施压于旋转的工件表面，并沿母线方向移动，使工件表面塑性变形、硬化，以获得准确、光洁和强化的表面或者特定花纹的表面处理工艺。
应用：圆柱面、锥面、平面等形状比较简单的零件。
5、拉丝拉丝是指在外力作用下使金属强行通过模具，金属横截面积被压缩，并获得所要求的横截面积形状和尺寸的表面处理方法称为金属拉丝工艺。
金属材料的表面处理
金属材料的表面处理金属材料的表面处理是一种对金属材料表面进行改性或保护的工艺。
表面处理可以改善材料的表面性能，延长材料的使用寿命，并且可以使材料具有更好的装饰效果。
在工业制造和日常生活中，常常需要对金属材料进行表面处理，以达到所需的功能和效果。
机械处理是对金属材料表面进行物理改变的一种方法。
常见的机械处理方法包括抛光、喷砂和磨削等。
抛光是通过机械方法将金属材料表面的凹凸不平去除，使其达到光滑亮丽的效果。
喷砂是通过高压气流将砂粒喷射到金属材料表面，以去除表面氧化物和污垢。
磨削是用砂轮或磨料将金属材料表面进行加工，以获得所需的尺寸和粗糙度。
化学处理是通过在金属材料表面施加或浸泡化学物质，使其表面发生化学反应，从而改变表面性能的一种方法。
常见的化学处理方法包括酸洗、电镀和磷化等。
酸洗是通过将金属材料浸泡在酸性溶液中，使其表面的氧化物被酸腐蚀掉，以去除表面污垢和氧化层。
电镀是将金属材料浸泡在电解液中，通过电流的作用使金属离子在材料表面电化学沉积，形成一层均匀的金属镀层。
磷化是将金属材料浸泡在含有磷酸盐的酸性溶液中，使其表面形成一层磷化物膜，以提高材料的耐腐蚀性和润滑性。
电化学处理是利用电化学原理对金属材料表面进行处理的一种方法。
常见的电化学处理方法包括阳极氧化、阳极电镀和电解整理等。
阳极氧化是将金属材料作为阳极浸泡在含有电解液的溶液中，通过外加电流使材料表面形成一层致密的氧化膜，以提高材料的耐磨性和耐腐蚀性。
阳极电镀是将金属材料作为阴极浸泡在含有金属离子的电解液中，通过外加电流使金属离子在材料表面电化学沉积，形成一层金属镀层。
电解整理是对金属材料表面进行电解清洗的一种方法，在表面去除污垢和氧化层的同时提高材料的亮度和平整度。
热处理是通过在金属材料表面施加高温热处理，使其表面组织和性能发生变化的一种方法。
常见的热处理方法包括表面淬火、渗碳和质量热处理等。
表面淬火是将金属材料加热至临界温度，然后迅速冷却，使表面形成一层坚硬的淬火层，以提高材料的硬度和耐磨性。
金属及其他无机覆盖层 表面处理 术语
金属及其他无机覆盖层表面处理术语金属及其他无机覆盖层表面处理术语一、金属表面处理术语1. 酸洗：金属表面处理的一种方式，通过浸泡在酸性溶液中，去除金属表面的氧化层、锈蚀物和污染物，以提高金属表面的附着力和耐腐蚀性。
2. 除锈：去除金属表面的锈蚀物，可以使用机械除锈、化学除锈或电解除锈等方法。
3. 打磨：使用研磨工具或研磨剂对金属表面进行磨削，以去除表面的瑕疵、氧化层或粗糙度，以获得光滑的表面。
4. 抛光：通过使用研磨材料、抛光剂和机械设备，对金属表面进行磨光处理，以获得高度光亮的表面。
5. 防锈处理：采用化学物质或涂层技术对金属表面进行处理，以提高金属的耐腐蚀性和抗氧化性。
6. 镀层：将金属或非金属材料通过电镀、热浸镀、喷涂等方式附着在金属表面，以增加金属的耐腐蚀性、耐磨性、导电性等性能。
7. 喷砂：通过高速喷射砂粒或其他硬质颗粒，对金属表面进行冲击，以去除表面的氧化层、污染物或瑕疵，以及增加表面的粗糙度。
8. 钝化：使用化学物质对金属表面进行处理，形成一层钝化膜，以提高金属的耐腐蚀性和耐磨性。
二、其他无机覆盖层表面处理术语1. 涂层：将涂料、漆膜或其他涂覆材料涂刷、喷涂或浸渍在物体表面，以达到保护、装饰、隔热、防火等功能。
2. 化学气相沉积（CVD）：一种通过在高温下将气体化合物反应沉积在物体表面，形成一层薄膜的技术。
3. 物理气相沉积（PVD）：一种通过将原材料蒸发或溅射在物体表面，形成一层薄膜的技术。
4. 氧化处理：将物体表面暴露在氧气环境中，以形成一层氧化膜，提高物体的耐腐蚀性和耐磨性。
5. 热处理：通过加热和冷却的过程，改变物体的晶体结构和性能，以提高物体的硬度、强度、耐磨性等。
6. 化学处理：使用化学药剂对无机覆盖层进行处理，以去除污染物、改善表面品质或改变物体的性能。
7. 磷化处理：使用磷化剂对物体表面进行处理，形成一层磷化膜，以提高物体的耐腐蚀性和润滑性。
8. 氟化处理：使用氟化剂对物体表面进行处理，形成一层氟化膜，以提高物体的耐腐蚀性和防粘性。
金属表面处理标准说明及各种标准比较
金属表面处理标准说明及各种标准比较编写：审核:1．金属的表面处理标准GB8923-88 中国国家标准ISO8501-1：1988 国际标准化组织标准SIS055900-1967 瑞典标准SSPC-SP2，3，5，6，7和10 美国钢结构涂装协会表面处理标准 BS4232 英国标准DIN55928 德国标准JSRA SPSS 日本造船研究协会标准2．各种金属表面处理标准说明2.1 金属表面处理中影响最大的标准是瑞典标准SIS 05 5900 1967，该标准最早由瑞典腐蚀研究所、美国测试和材料协会（ASTM）和钢结构涂装协会（SSPC）联合制定。
其它国家的标准，比如德国DIN 55928、丹麦DS 2019 等都是在此基础上建立起来的。
瑞典标准现在已经与国际标准ISO 8501－1：1988合并且由后者取代。
2.2 ISO8501则是现在普遍采用的国际标准。
美国由于科技力量的强大，SSPC/NACE是他们使用的主要标准而不使用ISO国际标准，并且随着NACE 在全球推广涂装检查培训认证，以及很多钢结构设计机构也使用这一标准，因此在中国也经常会遇到并使用SSPC/NACE标准。
2.3 中国的国家标准GB8923等效采用于ISO8501－1：1988。
3．国标GB8923-88 的除锈等级3.1 喷射或抛射除锈以字母“Sa”表示。
本标准订有四个除锈等级：3.1.1 Sa1 轻度的喷射或抛射除锈钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮，铁锈和油漆涂层等附着物。
Sa2 彻底的喷射或抛射除锈钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且氧化皮，铁锈和油漆涂层等附着物已基本清除，其残留物应该是附着牢固的。
3.1.2 Sa2.5 非常彻底的喷射或抛射除锈钢材表面应无可见的油脂，污垢，氧化皮，铁锈和油漆涂层等附着物,任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑。
3.1.3 Sa3 钢材表面外观洁净的喷射或抛射除锈钢材表面应无可见的油脂，污垢，氧化皮，铁锈和油漆涂层等附着物,该表面应显示均匀的金属色泽。
几种常见金属表面处理工艺
金属表面处理种类简介电镀镀层金属或其他不溶性材料做阳极,待镀的工件做阴极,镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。
为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液,以保持镀层金属阳离子的浓度不变。
电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。
电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属）、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。
电泳电泳是电泳涂料在阴阳两极,施加于电压作用下，带电荷涂料离子移动到阴极，并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物，沉积于工件表面.电泳表面处理工艺的特点：电泳漆膜具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点，电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其它涂装工艺.电泳工艺优于其他涂装工艺.镀锌镀锌是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术。
现在主要采用的方法是热镀锌.电镀与电泳的区别电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。
电泳：溶液中带电粒子（离子）在电场中移动的现象。
溶液中带电粒子（离子）在电场中移动的现象。
利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术.电泳又名——电着（著)，泳漆,电沉积.发黑钢制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的。
其原理是将钢铁制品表面迅速氧化,使之形成致密的氧化膜保护层,提高钢件的防锈能力。
发黑处理现在常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。
但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。
A3钢用碱性发黑好一些.在高温下（约550℃）氧化成的四氧化三铁呈天蓝色，故称发蓝处理。
在低温下(约3 50℃)形成的四氧化三铁呈暗黑色,故称发黑处理。
在兵器制造中，常用的是发蓝处理;在工业生产中，常用的是发黑处理。
采用碱性氧化法或酸性氧化法；使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为“发蓝”。
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一、阳极氧化
阳极氧化：主要是铝的阳极氧化，是利用电化学原理，在铝和铝合金的表面生成
一层Al2O3（氧化铝）膜。这层氧化膜具有防护性、装饰性、绝缘性、耐磨性等
特殊特性。
技术难点及改善关键点：
阳极氧化的良率水平关系到最终产品的成本，提升氧化良率的重点在于适合的氧
化剂用量、适合的温度及电流密度，这需要结构件厂商在生产过程中不断探索，
寻求突破。
二、电泳 ( ED-Electrophoresis deposition )
电泳：用于不锈钢、铝合金等，可使产品呈现各种颜色，并保持金属光泽，同时
增强表面性能，具有较好的防腐性能。
工艺流程：前处理→电泳→烘干
技术特点:
优点：
1、颜色丰富；
2、无金属质感，可配合喷砂、抛光、拉丝等；
3、液体环境中加工，可实现复杂结构的表面处理；
4、工艺成熟、可量产。
缺点：
掩盖缺陷能力一般，压铸件做电泳对前处理要求较高。
三、微弧氧化 (MAO)
微弧氧化：在电解质溶液中（一般是弱碱性溶液）施加高电压生成陶瓷化表面膜
层的过程，该过程是物理放电与电化学氧化协同作用的结果。
工艺流程：前处理→ 热水洗→ MAO → 烘干
技术特点：
优点：
1、陶瓷质感，外观暗哑，没有高光产品，手感细腻，防指纹；
2、基材广泛：Al, Ti, Zn, Zr, Mg, Nb, 及其 合金等；
3、前处理简单，产品耐腐蚀性、耐候性极佳，散热性能佳。
缺点：
目前颜色受限制，只有黑色、灰色等较成熟，鲜艳颜色目前难以实现；成本主要
受高耗电影响，是表面处理中成本最高的其中之一。
四、PVD真空镀
物理气相沉积（Physical vapor deposition，PVD）：是一种工业制造上的工
艺，是主要利用物理过程来沉积薄膜的技术。
工艺流程:
PVD前清洗→进炉抽真空→洗靶及离子清洗→镀膜→镀膜结束，冷却出炉→后处
理（抛光、AFP）
技术特点:
PVD（Physical Vapor Deposition,物理气相沉积) 可以在金属表面镀覆高硬镀、
高耐磨性的金属陶瓷装饰镀层
五、电镀 (Electroplating)
电镀：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。
工艺流程：
前处理→无氰碱铜→无氰白铜锡→镀铬
技术特点：
优点：
1、镀层光泽度高，高品质金属外观；
2、基材为SUS、Al、Zn、Mg等；成本相对PVD低。
缺点：
环境保护较差，环境污染风险较大。
六、粉末喷涂 (Powder coating)
粉末喷涂：是用喷粉设备（静电喷塑机）把粉末涂料喷涂到工件的表面，在静电
作用下，粉末会均匀的吸附于工件表面，形成粉状的涂层；粉状涂层经过高温烘
烤流平固化，变成效果各异（粉末涂料的不同种类效果）的最终涂层。
工艺流程：
上件→静电除尘→喷涂→低温流平→烘烤
技术特点：
优点：
1、颜色丰富，高光、哑光可选；
2、成本较低，适用于建筑家具产品和散热片的外壳等；
3、利用率高，100%利用，环保；
4、遮蔽缺陷能力强；5、可仿制木纹效果。
缺点：
六、金属拉丝
拉丝：是通过研磨产品在工件表面形成线纹，起到装饰效果的一种表面处理手段。
根据拉丝后纹路的不同可分为：直纹拉丝、乱纹拉丝、波纹、旋纹。
技术特点：
拉丝处理可使金属表面获得非镜面般金属光泽，同时拉丝处理也可以消除金属表
面细微的瑕疵。
七、喷砂
喷砂:是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到需处理工件
表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，获得一定的清洁度和不同的
粗糙度的一种工艺。
技术特点:
1、实现不同的反光或亚光。
2、能清理工件表面的微小毛刺，并使工件表面更加平整，消除了毛刺的危害，
提高了工件的档次。
3、清楚前处理时遗留的残污，提高工件的光洁度，能使工件露出均匀一致的金
属本色，使工件外表更美观，好看。
八、抛光
抛光：利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加
工。
针对不同的抛光过程:粗抛(基础抛光过程)，中抛(精加工过程)和精抛(上光过
程)，选用合适的抛光轮可以达到最佳抛光效果，同时提高抛光效率。
技术特点：
提高工件的尺寸精度或几何形状精度，得到光滑表面或镜面光泽，同时也可消除
光泽。
九、蚀刻
蚀刻：通常所指蚀刻也称光化学蚀刻，指通过曝光制版、显影后，将要蚀刻区域
的保护膜去除，在蚀刻时接触化学溶液，达到溶解腐蚀的作用，形成凹凸或者镂
空成型的效果。
工艺流程：
曝光法：工程根据图形开出备料尺寸-材料准备-材料清洗-烘干→贴膜或涂布→
烘干→曝光→显影→烘干-蚀刻→脱膜→OK
网印法：开料→清洗板材(不锈钢其它金属材料)→丝网印→蚀刻→脱膜→OK
技术特点:
优点：
1、可进行金属表面细微加工；
2、赋予金属表面特殊的效果；
缺点：
蚀刻时采用的腐蚀液体（酸、碱等）大多对环境具有危害。