《產(chǎn)品造型設計材料與工藝》課件-4.3-第四章 金屬材料-表面處理工藝

2025/1/21第4章金屬材料及其加工技術常用金屬材料及其特性金屬材料成型與工藝性金屬表面處理與裝飾技術

金屬材料在設計中的應用

思考題

2025/1/21金屬表面處理與裝飾工藝

金屬表面處理與裝飾技術一般具有雙重作用。

1）保護材料表面，延長使用壽命；

2）美化作用，提高產(chǎn)品的商品價值和競爭力。

2025/1/21金屬表面處理與裝飾工藝金屬材料的表面處理

指金屬表面原子層與某些特定介質(zhì)的陰離子層反應后，在金屬表面生成轉(zhuǎn)化膜。轉(zhuǎn)化膜分為電化學和化學轉(zhuǎn)化膜。轉(zhuǎn)化膜層幾乎在所有金屬表面都能生成。

轉(zhuǎn)化膜層與基體的結合比鍍層好，且具有絕緣性。常用的有鋁、鐵、銅、鋅及其合金。金屬材料的表面裝飾指金屬材料表面的被覆處理，表面被覆處理層是一種皮膜。如鍍層、涂層覆蓋處理，就是比較重要的表面裝飾方法。其他面飾工藝

2025/1/21金屬材料的表面處理（防腐、美觀）鋁及鋁合金的氧化和著色處理銅和銅合金的氧化處理鋼鐵的氧化和磷化處理1.鋁及鋁合金的氧化及著色氧化(目的形成涂料的底層)

（1）電化學氧化：在電解液中（硫酸、鉻酸、草酸、混合酸和以磺基有機酸為主溶液）進行。氧化膜的性質(zhì)取決于電解液的組成、類型及氧化過程的條件。

主要性質(zhì)有：多孔性、吸附性、硬度、電和熱的絕緣性、可作為有機涂料的底層。（2）化學氧化:

直接放入溶液，使表面生成人工氧化膜。一般放入堿溶液和堿金屬的鉻酸鹽中，生成AI2O3、AI(OH)3。這種氧化膜強度低、易磨損、抗蝕性差，但吸附性好，常作為表面涂層的底層。

鋁合金件經(jīng)化學氧化再涂裝，大大提高其外觀裝飾件的抗蝕能力，使涂料的保持性增強。鋁及鋁合金的氧化及著色氧化膜的著色

1）化學染色把氧化后的制件用有機染料和無機染料的水溶液染色，目前多數(shù)采用有機染料。該染色方便、色彩鮮艷，但易褪色；

2）電解著色法分兩步進行，首先在硫酸溶液中常規(guī)氧化，然后將氧化后的多孔性氧化膜在金屬鹽的著色液中電解著色。此法具有古樸、典雅的裝飾效果，與化學染色法相比，具有耐曬性，能耗小，工藝條件易于控制；

3）整體著色法是無機著色法，陽極氧化和著色同步進行，目前這種方法逐步被電解著色代替；

4）干涉著色法是在陽極氧化和電解著色之間加一擴孔步驟。陽極氧化和著色陽極氧化（鋁質(zhì)手電筒）2025/1/21金屬材料的表面處理（防腐、美觀）鋁及鋁合金的氧化和著色處理銅和銅合金的氧化處理鋼鐵的氧化和磷化處理2025/1/21銅和銅合金的氧化處理

銅和銅合金在電器工業(yè)及儀表中應用廣泛。在干燥的大氣中比較穩(wěn)定，但在潮濕的大氣和海水中很容易腐蝕，因此為了提高其耐蝕性，必須進行表面處理。

1）過硫酸鹽堿性溶液氧化法

2）銅氨溶液化學氧化法其氧化膜不及1）方法，一般還須涂上清漆。

3）古銅色化學氧化銅鍍層得到的色澤美觀大方。氧化后進行機械拋光或滾光，涂上清漆，提高抗蝕性和抗變色能力。

4）堿性溶液電化學氧化法形成黑色氧化膜，適合各種牌號的銅合金。2025/1/21金屬材料的表面處理（防腐、美觀）鋁及鋁合金的氧化和著色處理銅和銅合金的氧化處理鋼鐵的氧化和磷化處理2025/1/21鋼鐵的氧化和磷化處理1）鋼鐵的氧化處理

就是將鋼件浸在濃堿溶液中煮沸，在金屬表面生成穩(wěn)定的四氧化三鐵，四氧化三鐵氧化膜呈藍黑色，所以又稱“發(fā)藍”，發(fā)藍是提高黑色金屬防護能力的一種簡便又經(jīng)濟的方法。在精密儀器、光學儀器及其機械制造中經(jīng)常使用這一工藝。

發(fā)藍優(yōu)點:1）膜薄，不影響零件的裝配尺寸；2）對表面粗糙度要求高或拋光的精密件，發(fā)藍后表面又黑又亮，具有防護和裝飾效果。

2025/1/21鋼鐵的氧化和磷化處理2）鋼鐵的磷化處理

將鋼件浸在磷酸鹽中進行化學處理，生成難溶于水的磷酸鹽膜，簡稱“磷化”。

磷化優(yōu)點：磷酸鹽膜與基體金屬有較好的結合，性能好，有良好的耐蝕性、吸附性、電絕緣性，隨著處理工藝不同，顏色有暗灰到黑色，具有較好的裝飾性。它也是鋼鐵表面防護常用方法之一。

有色金屬如鋁、鋅、銅、錫也可進行磷化處理。2025/1/21金屬表面處理與裝飾工藝金屬材料的表面處理

指金屬表面原子層與某些特定介質(zhì)的陰離子層反應后，在金屬表面生成轉(zhuǎn)化膜。轉(zhuǎn)化膜分為電化學和化學轉(zhuǎn)化膜。轉(zhuǎn)化膜層幾乎在所有金屬表面都能生成。

轉(zhuǎn)化膜層與基體的結合比鍍層好，且具有絕緣性。常用的有鋁、鐵、銅、鋅及其合金。金屬材料的表面裝飾指金屬材料表面的被覆處理，表面被覆處理層是一種皮膜。如鍍層、涂層覆蓋處理，就是比較重要的表面裝飾方法。其他面飾工藝

2025/1/21金屬材料表面裝飾1.鍍層裝飾在制品表面形成具有金屬特性的鍍層。

按鍍層的表面狀態(tài)可分為鏡面和粗面鍍層兩類；按裝飾技術分為電鍍、化學鍍、氣相鍍、真空蒸發(fā)沉積鍍等，還有特殊鍍法如刷鍍法、摩擦鍍銀法、合金鍍、多層鍍、復合鍍、功能鍍

。

常見有鍍鎳、鍍鋅、鍍鉻、鍍銅等。2025/1/21

1）鍍鎳

通過電解或化學方法在金屬或某些非金屬上鍍上一層鎳的方法。鍍鎳分電鍍鎳和化學鍍鎳。（1）電鍍鎳：在由鎳鹽(稱主鹽)、導電鹽、pH緩沖劑、潤濕劑組成的電解液中，陽極用金屬鎳，陰極為鍍件，通以直流電，在陰極(鍍件)上沉積上一層均勻、致密的鎳鍍層。（2）化學鍍鎳：又稱為無電解鍍。是在一定條件下，水溶液中的金屬離子被還原劑還原，并且沉淀到固態(tài)基體表面上的過程。金屬材料表面裝飾2025/1/21鍍鎳件2025/1/21電鍍鎳的特點：1.

電鍍鎳層在空氣中的穩(wěn)定性很高。由于金屬鎳具有很強的鈍化能力，在表面能迅速生成一層極薄的鈍化膜，能抵抗大氣、堿和某些酸的腐蝕；2.電鍍鎳結晶極其細小，并且具有優(yōu)良的拋光性能。經(jīng)拋光的鎳鍍層可得到鏡面般的光澤外表，同時在大氣中可長期保持其光澤。所以電鍍層常用于裝飾；3.鎳鍍層的硬度比較高，可以提高制品表面的耐磨性。金屬材料表面裝飾2025/1/21

鍍鋅又稱冷鍍鋅，就是利用電解方法在制件表面形成均勻、致密、結合良好的金屬或合金沉積層的過程。與其他金屬相比，鋅是相對便宜而又容易鍍覆的一種金屬，屬低值防蝕電鍍層，被廣泛用于保護鋼鐵件，特別是防止大氣腐蝕，并用于裝飾。

鍍覆技術包括掛鍍、滾鍍(適合小零件)、藍鍍、自動鍍和連續(xù)鍍(適合線材、帶材)。2）鍍鋅金屬材料表面裝飾2025/1/21鍍鋅件

鍍鋅

在鐵或鋼表面鍍覆一層鋅，可防止金屬材質(zhì)腐蝕。鍍鋅表層維持原態(tài)可長達150年。

2025/1/213）鍍鉻鉻微帶藍，在空氣中極易鈍化形成一層極薄的鈍化膜，從而顯示出貴金屬的性質(zhì)。

（1）鍍鉻層具有很高的硬度；（2）鍍鉻層有較好的耐熱性。在500℃以下加熱，其光澤性、硬度均無明顯變化，溫度大于500℃開始氧化變色，大于700℃硬度開始降低；

（3）鍍鉻層的摩擦系數(shù)小，特別是干摩擦系數(shù)，在所有的金屬中是最低的，所以鍍鉻層具有很好的耐磨性；

（4）鉻鍍層具有良好的化學穩(wěn)定性。在堿、硫化物、硝酸和大多數(shù)有機酸中均不發(fā)生作用，但能溶于氫氯酸(如鹽酸)和熱的硫酸中。金屬材料表面裝飾2025/1/21鍍鉻件水龍頭（鍍鉻）2025/1/214）鍍銅應用較多的有氰化鍍銅、硫酸鹽鍍銅、焦磷酸鹽鍍銅。

（1）氰化物鍍銅：是應用最早和最廣泛的鍍銅工藝。由于氰化物有很強的活化能力和絡合能力，所以其溶液具有一定的去油和活化能力。其次具有優(yōu)良的均鍍能力和覆蓋能力。（2）硫酸鹽鍍銅：工藝早期用于塑料電鍍、電鑄、精飾等方面，包括裝飾層和功能鍍層。在電子工業(yè)中較早的應用是印刷電路、印刷板、電子接觸元件。

金屬材料表面裝飾2025/1/21（3）焦磷酸鹽鍍銅：分散能力和覆蓋能力好，鍍層結晶細致，并能獲得較厚的鍍層，可采用的工藝范圍較寬，無毒，不需抽風，加入光亮劑后可獲得半光亮的鍍層（光亮鍍銅）（4）無氰鍍銅：

能完全取代傳統(tǒng)氰化鍍銅工藝和光亮鍍銅工藝。適用于任何金屬基材，包括純銅、銅合金、鐵、不銹鋼、鋅合金壓鑄件、鋁、鋁合金工件等基材上，掛鍍或滾鍍均可。金屬材料表面裝飾4）鍍銅

鍍銅（工藝品）

具有導電性的工藝品關鍵特性：提升表面裝飾效果；防腐蝕；增強導電性；保護材料、防電磁干擾。2025/1/212025/1/212.涂層裝飾

在制品表面形成以有機物為主的涂層并干燥成膜。涂裝簡單、經(jīng)濟易行。

其目的：保護、裝飾和特殊用途（隔熱、絕緣、耐水、耐輻射、殺菌、隔音、導電等）。金屬材料表面裝飾2025/1/21

靜電粉末噴涂（CD架）關鍵特性：防腐蝕；耐用；無限的色彩可能；可用于各種材料表面。用途：多用于汽車車身、洗衣機、電冰箱、自行車、文具等表面裝飾。2025/1/213.搪瓷裝飾

公元前3世紀埃及就有銅器表面的搪瓷被覆技術。這種技術在工業(yè)制品中應用成為搪瓷，在工藝品中成為景泰藍。

搪瓷技術就是用玻璃質(zhì)材料在金屬制品表面形成一被覆層，然后在800度左右進行一定時間燒制而成。鐵、銅、鋁、不銹鋼、金、銀都可被覆搪瓷和景泰藍。目前廣泛用于廚房用具、生活用品、工藝品、化工制品、醫(yī)療用具等。金屬材料表面裝飾2025/1/21

搪瓷

景泰藍2025/1/21金屬表面處理與裝飾工藝金屬材料的表面處理

指金屬表面原子層與某些特定介質(zhì)的陰離子層反應后，在金屬表面生成轉(zhuǎn)化膜。轉(zhuǎn)化膜分為電化學和化學轉(zhuǎn)化膜。轉(zhuǎn)化膜層幾乎在所有金屬表面都能生成。

轉(zhuǎn)化膜層與基體的結合比鍍層好，且具有絕緣性。常用的有鋁、鐵、銅、鋅及其合金。金屬材料的表面裝飾指金屬材料表面的被覆處理，表面被覆處理層是一種皮膜。如鍍層、涂層覆蓋處理，就是比較重要的表面裝飾方法。其他面飾工藝

其它面飾工藝表面精整加工：

使金屬表面平滑、光亮或具有凹凸模樣，它也是電鍍、涂裝的前處理。

1）切削、研削

2）研磨機械研磨：通過堅硬微細的研磨料進行；

電解研磨；通過電解金屬表面溶解而進行；化學研磨：通過試劑作用引起的金屬化學性溶解而進行。電解和化學研磨可得到獨特色澤和光潔的加工面，在日用品、照明類器具及機械零部件中得到廣泛應用。

3）蝕刻

利用化學藥品的作用使被加工金屬表面的特定部位浸蝕溶解而形成凹凸模樣。

2025/1/21

層壓塑料薄膜：可壓制出各種花紋，廣泛用于建筑、車輛和電器。

熱浸涂層：金屬制件浸入熔融金屬中獲得金屬涂層的一種方法。

暫時性防護涂層：如防銹油、可剝性塑料，主要用在封存、運輸中。其它面飾工藝2025/1/21層壓塑料薄膜丙烯酸樹脂薄膜：主要用于鍍鋅鋼板上，薄膜厚度為75微米，可長達20年不腿色、不脫落、不產(chǎn)生裂紋，主要用于建筑裝飾。氯乙烯薄膜：具有優(yōu)良的韌性、耐候性、抗化學藥品腐蝕性，色澤鮮艷，薄膜厚度為200微米，廣泛用于鋼板和剛帶的層壓，各工業(yè)部門都有應用。聚乙烯薄膜：可壓制出各種花紋，也可以進行印刷，具有良好的絕緣性和抗刮傷性。薄膜厚度為100~300微米，常用于建筑的隔音材料，在儀表中用于外罩。聚氟乙烯薄膜：具有良好的耐候性、耐熱性（持續(xù)工作溫度100度）和耐化學藥品性、抗老化性。薄膜厚度為12~100微米，可在鋁板和鍍鋅鋼板上進行層壓，用于建筑裝飾面板和其他室外器材。2025/1/21

層壓塑料薄膜：可壓制出各種花紋，廣泛用于建筑、車輛和電器。

熱浸涂層：金屬制件浸入熔融金屬中獲得金屬涂層的一種方法。

暫時性防護涂層：如防銹油、可剝性塑料，主要用在封存、運輸中。其它面飾工藝2025/1/21熱浸涂層

原理：熱浸涂層只適用于低熔點金屬。

作為涂層的金屬主要有鋅、錫、鋁和鉛。

涂層金屬的基體材料主要是鋼鐵、其次為鑄鐵和銅。

熱浸涂層一般由兩層組成:

外層是純的浸涂金屬；

內(nèi)層是基體與浸涂金屬組成的合金。

----這種涂層可耐大的沖擊和摩擦而不剝落。2025/1/21熱浸涂層熱浸鋅層：鋼鐵材料的熱浸鋅層是有效的保護方法。還有熱浸鋅-鋁涂層以及熱浸涂鋅再涂裝兩層體系法，使得在特殊惡劣的長期條件下，具有較好的防腐能力。一般用于在室外大氣暴曬中使用的鋼材的防護。熱浸錫層：錫在有機酸中穩(wěn)定、無毒，本身不易變色，因此涂錫鐵皮主要用于工業(yè)和食品罐頭工業(yè)、電器行業(yè)。但錫資源有限，浸錫涂層受到一定限制。熱浸涂鉛：主要用于包覆電纜及用于汽車工業(yè)中的汽油箱。2025/1/21金屬材料表面處理總結

分類目的處理方法和技術

表面精整加工光滑、有光澤、形成凹凸機械方法（切削、研削、研磨）花紋化學方法（研磨、蝕刻、拋光）

表面層改質(zhì)耐蝕、耐磨、易著色化學方法（氧化、磷化、硬化）電化學方法（陽極氧化）

表面被覆裝飾耐蝕、有色彩性、賦予金屬被覆（電鍍、鍍覆、熱浸）材料表面功能有機物被覆（涂裝、塑料層壓）搪瓷被覆（搪瓷、景泰藍）2025/1/21第4章金屬材料及其加工技術常用金屬材料及其特性金屬材料成型與工藝性金屬表面處理與裝飾技術

金屬材料在設計中的應用

思考題

2025/1/21金屬材料在設計中的應用一般原則：1.

根據(jù)使用性能選材：保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量。

1）變形失效；2）斷裂失效；3）表面損傷失效。2.根據(jù)工藝性能選材：滿足零件工藝性能要求，提高加工成品率。

1）鑄造性能；2）鍛造性能；