常用表面處理方法

   時間:2014-03-07 14:17:22
常用表面處理方法簡介
一、表面機械強化 工業中常採用機械處理方法來清理、強化及光整金屬表面,如噴丸處理、滾壓加工、內孔擠壓以及磨光和拋光等,其中噴丸處理、拋光處理在生產中應用很廣泛。 (一)噴丸處理 噴丸……
常用表面處理方法正文

一、表面機械強化

工業中常採用機械處理方法來清理、強化及光整金屬表面,如噴丸處理、滾壓加工、內孔擠壓以及磨光和拋光等,其中噴丸處理、拋光處理在生產中應用很廣泛。

(一)噴丸處理

噴丸處理是利用高速噴射的沙丸或鐵丸,對工件表面進行強烈的衝擊,使其表面發生塑性變形,從而達到強化表面和改變表面狀態的一種工藝方法。噴丸的方法通常有手工操作和機械操作兩種。常用的噴丸有以下幾種:鑄鐵彈丸、鋼彈丸、玻璃彈丸、砂丸等,其中黑色金屬常選用鑄鐵彈丸、鋼彈丸和玻璃彈丸,而有色金屬與不鏽鋼常用玻璃彈丸和不鏽鋼彈丸。

噴丸處理是工廠廣泛採用的一種表面強化工藝,其設備簡單、成本低廉,不受工件形狀和位置限制,操作方便,但工作環境較差。噴丸廣泛用於提高零件機械強度以及耐磨性、抗疲勞和耐腐蝕性等。還可用於表面消光、去氧化皮和消除鑄、鍛、焊件的殘餘應力等。

(二)磨光和拋光

1.磨光磨光是用磨光輪對零件表面進行加工,以獲得平整光滑磨面的一種表面處理方法。其作用在於去掉零件表面的鏽蝕、砂眼、焊渣、划痕等缺陷,提高零件的表面平整度。

磨光分粗磨和細磨兩種。粗磨是將粗糙的表面和不規則的外形修正成形,可用手工或機械操作。手工操作多數用於有色金屬;機械操作用於鋼材,一般在砂輪上進行;經過粗磨后金屬表面磨痕很深,需要通過細磨加以消除,為拋光做準備。細磨有手工細磨和機械細磨。手工細磨是由粗到細在各號金相砂輪上進行;機械細磨常用預磨機、蠟盤、拋光膏加速細磨過程。

磨光用的磨料,對於青銅、黃銅、鑄鐵、鋅等軟材料用人造金剛砂;對於鋼用人造剛玉。金剛砂可用於所有金屬的磨光,尤其適用於軟韌金屬材料。 

2.拋光拋光是鍍層表面或零件表面裝飾加工的最後一道工序,其目的是消除磨光工序后殘留在表面上的細微磨痕,獲得光亮的外觀。

拋光方法有機械、化學、電解等多種,常用的方法是拋光輪拋光,它是將數層圓形的布、呢絨、毛毯等疊縫成車輪狀,安裝在拋光機軸上使其旋轉進行拋光。拋光輪的載體種類很多,有棉、麻、毛、紙、皮革、塑料及其混合物等;研磨材料顆粒細而均勻,外形呈多角形、刃口鋒利。常用拋光粉的種類、性能、用途如表2-1所示。粗拋光時用粘結劑將研磨粉粘在拋光輪上,可用金剛石、氧化鐵研磨粉,也可用氧化鉻研磨粉,或者使用半固態或液態的研磨劑。

二、轉化膜處理 

轉化膜處理是將工件浸入某些溶液中,在一定條件下使其表面產生一層緻密的保護膜,提高工件防腐蝕的能力,增加裝飾作用。常用的轉化膜處理有氧化處理和磷化處理。 

(一)氧化處理

1.鋼的氧化處理鋼的氧化處理是將鋼件在空氣—水蒸氣或化學藥物中加熱到適當溫度,使其表面形成一層藍色(或黑色)的氧化膜,以改善鋼的耐蝕性和外觀,這種工藝稱為氧化處理,又叫發藍處理。氧化膜是一層緻密而牢固的Fe3O4薄膜,只有0.5~1.5mm厚,對鋼件的尺寸精度無影響。氧化處理后的鋼件還要進行肥皂液浸漬處理和浸油處理,以提高氧化膜的防腐蝕能力和潤滑性能。 

鋼的氧化處理有以下基本工藝過程:

氧化處理過程中溶液中的氧化

 

劑含量越高,生成氧化膜速度也越快,而且膜層緻密、牢固。溶液中鹼的濃度適當增大,獲得氧化膜的厚度增大,鹼含量過低,氧化膜薄而脆弱。溶液的溫度適當升高,可以提高氧化緻密度。工件含碳量越高,越容易氧化,氧化時間越短。氧化處理時間主要根據鋼件的含碳量和工件氧化要求來調整。氧化處理工藝不影響零件的精度,常用於儀器、儀錶、工具、槍械及某些機械零件的表面,使其達到耐磨、耐蝕以及防護與裝飾的目的。

2.鋁及其合金的氧化處理鋁(或鋁合金)在自然條件下很容易生成緻密的氧化膜,可以防止空氣中水分和有害氣體的氧化和侵蝕,但是在鹼性和酸性溶液中易被腐蝕。為了在鋁和鋁合金表面獲得更好的保護氧化膜,應該進行氧化處理。常用的處理方法有化學氧化法與電化學氧化法。 

化學氧化法是把鋁(或鋁合金)零件放人化學溶液中進行氧化處理而獲得牢固的氧化膜,其厚度為0.3~4mm。按處理溶液的性質可分鹼性和酸性溶液氧化處理。例如,鹼性氧化液為Na2CO3(50 g/L)、Na2CrO4(15 g/L)、NaOH(25 g/L),處理溫度:80~100°C,處理時間:10~20min。經氧化處理后的鋁表面呈現厚度為0.5~1mm的金黃色氧化膜。此方法適用於純鋁、鋁鎂、鋁錳合金。化學氧化法主要用於提高鋁和鋁合金的耐蝕性和耐磨性,並且此工藝方法操作簡單,成本低,適於大批量生產。

電化學氧化法是在電解液中使鋁和鋁合金表面形成氧化膜的方法,又稱陽極氧化法,將以鋁(或鋁合金)為陽極的工件置於電解液中,通電后陽極上產生氧氣,使鋁或鋁合金髮生化學或電化學溶解,結果在陽極表面形成一層氧化膜。陽極氧化膜不僅具有良好的力學性能與抗蝕性能,而且還具有較強的吸附性,採用不同的著色方法后,還可獲得各種不同顏色的裝飾外觀。

為了在鋁及鋁合金表面獲得不同性質的氧化膜,常採用不同種類的電解液來實現。常用的電解液有硫酸、鉻酸和草酸等。

鋁及鋁合金氧化處理的基本工藝過程如下:

由於陽極氧化膜的多孔結構和強吸附性能,表面易被污染,特別是腐蝕介質進人孔內易引起腐蝕。因此陽極氧化膜形成后,必須進行封閉處理,封閉氧化膜的孔隙,提高抗蝕、絕緣和耐磨等性能,減弱對雜質或油污的吸附。常用的封閉方法有蒸汽封閉法和石蠟、油類、樹脂封閉法等。 

(二)磷化處理 

把鋼件浸人磷酸鹽為主的溶液中使其表面沉積,形成不溶於水的結晶型磷酸鹽轉化膜的過程稱為磷化處理。常用的磷化處理溶液為磷酸錳鐵鹽和磷酸鋅溶液,磷化處理后的磷化膜厚度一般為5~15mm,其抗腐蝕能力是發藍處理的2~10倍。磷化膜與基體結合力較強,有較好的防蝕能力和較高的絕緣性能,在大氣、油類、苯及甲苯等介質中均有很好的抗蝕能力,對油、蠟、顏料及漆等具有極佳的吸收力,適合做油漆底層。但磷化膜本身的強度、硬度較低,有一定的脆性,當鋼材變形較大時易出現細小裂紋,不耐衝擊,在酸、鹼、海水及水蒸氣中耐蝕性較差。在磷化處理後進行表面浸漆、浸油處理,抗蝕能力可較大提高。 

磷化處理所需設備簡單,操作方便,成本低,生產效率高。在一般機械設備中可作為鋼鐵材料零件的防護層,也可作為各種武器

 

的潤滑層和防護層。 

(三)電鍍與化學鍍 

1.電鍍電鍍是將被鍍金屬製品作為陰極,外加直流電,使金屬鹽溶液的陽離子在工件表面沉積形成電鍍層。電鍍實質上是一種電解過程,其陰極上析出物質的重量與電流強度、時間成正比。欲進行電鍍必要的三個條件是:電源、渡槽(度液)及電極。

電鍍可以為材料或零件覆蓋一層比較均勻、具有良好結合力的鍍層,以改變其表面特性和外觀,達到材料保護或裝飾的目的。電鍍除了可使產品美觀、耐用外,還可獲得特殊的功能,可提高金屬製品的耐蝕性、耐磨性、耐熱性、反光性、導電性、潤滑性、表面硬度以及修復磨損零件尺寸及表面缺陷等,如在半導體器件上鍍金,可以獲得很低的接觸電阻;在電子元件上鍍鋁—錫合金可以獲得很好的釺焊性能;在活塞環及軸上鍍鉻可以獲得很高的耐磨性;防止局部滲碳的鍍銅、防止局部滲氮的鍍錫等。目前,廣泛應用的電鍍工藝有鍍銅、鍍鎳、鍍鉻、鍍鋅、鍍銀、鍍金等。

2.化學鍍化學鍍亦稱無外接電源鍍。其原理是:在水溶液中金屬沉積一般按下式進行:

M2+ + 2e → M

即溶液中存在兩個正價電荷的金屬離子M,當它接受兩個電子後轉變為金屬原子M,在適當條件下沉積於工件表面形成鍍層。化學鍍獲得電子是通過化學反應直接在溶液中產生的,它一般有電荷交換沉積、接觸沉積、還原沉積等幾種。目前,化學鍍鎳、鍍銅、鍍銀、鍍金、鍍鈷、鍍鈀、鍍鉑、鍍錫等已在工業生產中應用,尤其在電子工業中應用更為廣泛。
 

 

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