金属材料表面处理第六讲

产品造型材料与工艺第六讲第二章金属材料及其加工技术第一节常用金属材料及其特性第二节金属材料成型与工艺性第三节金属表面处理与装饰技术第三节金属表面处理与装饰技术一、金属材料的表面处理1铝及铝合金的氧化与着色处理2钢铁的氧化与磷化处理3铜及铜合金的氧化处理二、金属材料的表面装饰1镀层装饰技术2涂层装饰技术3搪瓷被覆技术三、其他面饰工艺金属表面处理与装饰的作用？保护产品外观美，延长使用寿命美化、装饰产品产品造型设计师要了解表面处理与装饰技术的特点，会正确合理的选用。一、金属材料的表面处理什么是金属表面处理？有哪些处理方法、其特点如何？指金属表面的原子层与某些特定介质的阴离子反应后，在金属表面生成膜层，该膜层叫转化膜。转化膜可分为：电化学转化膜。化学转化膜：氧化膜、铬酸盐膜、磷酸盐膜。特点：基体金属直接参与成膜反应；应用：电绝缘，防腐，着色、装饰，应用极广。铝及铝合金的氧化与着色处理1铝及铝合金的电化学氧化定义铝及铝合金零件在电解液中进行电化学氧化，因零件作为阳极，故也称铝阳极氧化氧化膜的性质多孔性吸附性好硬度高、耐磨电绝缘、绝热是有机涂料的良好底层铝及铝合金的氧化与着色处理1铝及铝合金的电化学氧化电化学氧化溶液的种类：以酸性电解液居多，有硫酸、铬酸、磷酸、草酸等，其中硫酸应用最广（硫酸阳极化）铝及铝合金的氧化与着色处理2铝及铝合金的化学氧化定义指不用外来电流而仅把工件置入适当溶液中，使其表面生成人工氧化膜。一般将铝件浸入含有碱溶液和碱金属的铬酸盐溶液中，铝和溶液生成Al2O3和Al(OH)3的波膜，厚度0.5~4um。特点：强度差，易磨损，抗蚀性也差，质柔软，一般不易单独使用。但吸附性好，一般作为表面涂装的底层。生产效率高、成本低、不耗电能、不需专门设备，适合大批量生产，在面饰中大量采用。铝及铝合金的氧化与着色处理3铝及铝合金氧化膜着色（1）化学染色法（2）整体着色法（3）电解着色法（4）干涉着色法铝及铝合金的氧化与着色处理3铝及铝合金氧化膜着色（1）化学染色法把氧化后的制件用有机染料或无机染料的水溶液来染色。特点：目前多用有机染料，其色彩丰富、鲜艳铝及铝合金的氧化与着色处理3铝及铝合金氧化膜着色（2）整体着色法（无机着色法）用硫酸和有机酸的混合物作氧化溶液，通以直流电，阳极氧化与着色同步进行特点：着色膜对阳光和风化作用稳定性好；不足：耗电量大、成本高，已渐被电解着色取代铝及铝合金的氧化与着色处理3铝及铝合金氧化膜着色（3）电解着色法先在硫酸溶液常规阳极氧化，阳极氧化后的多孔性氧化膜在金属盐的着色液中电解着色。特点：比染色法耐晒性好，比整体着色法能耗小、工艺条件易控制铝及铝合金的氧化与着色处理3铝及铝合金氧化膜着色（4）干涉着色法由电解着色法发展而来，在阳极氧化和电解着色两步法之间加一扩孔步骤，即先进性硫酸阳极化，然后磷酸阳极化，再电解着色特点：颜色是由于氧化膜的上表面反射的光和氧化膜与铝基体界面折射的光产生干涉的结果铝的电解着色钢铁的氧化与磷化处理1钢铁的氧化处理钢铁的化学氧化（发蓝）将钢铁零件浸在浓碱溶液中煮沸，在金属表面生成稳定的四氧化三铁的过程。四氧化三铁氧化膜呈蓝黑色，故又称“发蓝”特点：简便、经济。膜厚0.5-1.6um,吸附性好，发蓝后可浸油或填充处理，进一步提高膜层的耐蚀性。膜薄，不影响零件的装配尺寸；对表面光洁要求高或抛光的精密件，发蓝后表面既亮又黑，可防护和装饰。一般不产生氢脆现象，适用于高强钢薄钢片、氢脆敏感弹簧件等发蓝钢铁的氧化与磷化处理2钢铁的磷化处理将零件进入磷酸盐溶液中进行化学处理，在金属表面生成难溶于水的磷酸盐膜的过程。特点：膜厚3-20um,或更厚。膜与金属基体有较好的结合，对大气及各种有机油类、苯、甲苯等气体燃料有很好的耐蚀性；对润滑油有很好的吸附性，不粘附熔融金属、不影响零件的焊接性能是高电阻膜层，有很好的电绝缘性不足：膜机械强度不高，有一定脆性，有氢的析出，应注意氢脆问题，如对高强钢铜及铜合金的氧化处理“铜绿”：铜在潮湿的大气和海水条件下容易腐蚀，在水、二氧化碳、氧的作用下生成腐蚀产物碱式碳酸铜。耐蚀处理方法：1过硫酸盐碱性溶液氧化法2铜氨溶液化学氧化法3古铜色化学氧化铜镀层4碱性溶液电化学氧化法铜及铜合金的氧化处理1过硫酸盐碱性溶液氧化法在由氢氧化钠和过硫酸盐配好的过硫酸钾溶液中经60-65度浸煮，生成黑色氧化膜。铜及铜合金的氧化处理2铜氨溶液化学氧化法适合含铜52%-68%的黄铜件，所得氧化膜为蓝黑色。氧化膜质量比过硫酸盐法氧化膜差，为提高防护能力，可再涂以清漆。铜及铜合金的氧化处理3古铜色化学氧化铜镀层在制件镀铜后，在硫酸溶液中活化，再以过硫酸盐碱性溶液氧化。色泽雅致、美观大方、古色古香；化学氧化后，可进行机械抛光或滚光，再浸涂清漆，提高防蚀和变色能力铜及铜合金的氧化处理4碱性溶液电化学氧化法以铜制件为阳极，置入氢氧化钠热溶液中，钢或镀镍钢板作为阴极，通以直流电，形成黑色氧化膜。适用于各种牌号的铜合金。二、金属材料的表面装饰定义也称金属材料的表面被覆处理，表面被覆处理层是一种皮膜。1镀层装饰技术电镀、化学镀、真空蒸发沉积镀、气相镀2涂层装饰技术3搪瓷被覆技术二、金属材料的表面装饰1镀层装饰技术在制品表面形成具有金属特性的镀层。作用：可提高制品的耐蚀性和耐磨性增强制品的表面色彩、光泽和肌理的装饰效果提高制品的品位和档次电镀饰品二、金属材料的表面装饰2涂层装饰技术（简称涂装）在制品表面形成以有机物为主体的涂层，并干燥成膜的工艺。一般分三步：前处理、涂敷、涂层干燥。作用：保护：防腐蚀、划伤、脏污；装饰：色彩、光泽、肌理；特殊作用：隔热、绝缘、耐辐射、阻尼、杀菌、吸收雷达波、隔音、导电等缺点：工艺不当，易出现劣化、脱落、起泡、膜下浸蚀等二、金属材料的表面装饰3搪瓷被覆技术公元前3世纪在埃及已有了铜器表面的搪瓷技术。后来发展为景泰蓝工艺，工业上称搪瓷。用玻璃质材料在金属制品表面形成一被覆层，然后在800度左右进行一定时间的烧制而成。铁、铜、铝、不锈钢以及金、银都可被覆搪瓷和景泰蓝。不足：受到冲击、急剧温度变化，易剥落三、其他面饰工艺1切削与研削加工2研磨3蚀刻4层压塑料薄膜5热浸涂层6暂时性防护涂层三、其他面饰工艺1切削和研削研削：利用砂轮对金属表层进行加工的方法。行磨高精度切削加工三、其他面饰工艺2研磨通过坚硬细微的研磨料进行的机械研磨通过电解金属表面溶解而进行的电解研磨通过试剂作用引起的金属化学溶解而进行的化学研磨电解研磨和化学研磨：金属表面凸部选择性溶解而使表面平滑。三、其他面饰工艺3蚀刻利用化学药品的作用使被加工金属表面的特定部位浸蚀溶解而形成的凹凸模样的一种加工方法。用耐药品浸蚀膜（隔离模式掩蔽膜）覆盖整个金属表面，然后用机械或化学方法去除要求凹下去的部位的膜，最后进入药液进行溶解。例如17世纪发明的铜板画：涂蜡—硝酸液浸蚀；金属刻蚀画三、其他面饰工艺4层压塑料薄膜用层压法把塑料薄膜粘结在钢板上。利用粘结剂将钢材基件和塑料薄膜粘结在一起，膜层上可以压制图案、花纹。丙烯酸树脂薄膜：20年不退色、脱落，75um厚，主要用于建筑装饰层压于镀锌钢板氯乙烯薄膜：优良的韧性、耐候性、抗腐蚀，膜色彩鲜艳、品种繁多，厚200um，用于钢板和钢带，各工业部门都有应用聚乙烯薄膜：100-300um厚,可压制或印刷花纹，有良好的绝缘性和抗刮伤性，建筑上用于隔墙材料，仪表工业用于外罩聚氯乙烯薄膜：良好的耐候性、耐热性和耐化学药品性能，最高持续工作温度100度，后12-100um,可在镀锌钢板和铝板上层压，有很强的抗老化性能，用于建筑装饰面板和室外器材，20年不退色、脱落和开裂三、其他面饰工艺5热浸涂层将金属制件浸入熔融金属中获得金属涂层的一种方法。作为涂层的金属有：锌、锡、铝、铅，基体材料主要有钢铁、铸铁、铜“纯熔融金属——熔融金属与基体金属的合金层——基体金属”：标准热浸涂层组织合金层硬度一般比基体金属还要硬，耐相当大的冲击及摩擦三、其他面饰工艺5热浸涂层热浸锌层：经济、实用，有良好的耐磨性和耐蚀性，相对于钢铁基体属阳极性涂层，具有牺牲性阳极防护特性，用于在室外暴晒使用的钢材热浸锡层：不具备阳极保护作用，在有机酸中稳定、无毒、不易变色，多用于包装工业和食品罐头工业热浸涂铅：主要用于包覆电缆及汽车汽油箱三、其他面饰工艺6暂时性防护涂层指当需要使用金属材料或制件时，可很容易地将防护层除掉，恢复原有金属的表面色彩、光泽和肌理，没有任何损伤或痕迹。涂层：防锈油、防锈纸、可剥性塑料等非金属材料金属材料表面处理的分类在产品造型中如何运用金属表面处理与装饰技术？阳极氧化铝地灯、顶灯压铸阳极氧化铝照明灯涂漆防锈格架式铁制长凳红色金属感涂层处理的智能吸尘器镀铬加工的银色车内吸尘器小结一、金属材料的表面处理1铝及铝合金的氧化与着色处理2钢铁的氧化与磷化处理3铜及铜合金的氧化处理二、金属材料的表面装饰1镀层装饰技术2涂层装饰技术3搪瓷被覆技术金属表面处理与装饰技术三、其他面饰工艺1切削与研削加工2研磨3蚀刻4层压塑料薄膜5热浸涂层6暂时性防护涂层