简述金属材料表面主要的处理方法
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摘 要：随着金属材料在工业生产中的广泛应用，金属材料表面处理技术成为生产制造业的基础。表面处理技术主要是根据不同的基体材料及产品要求通过特定的方法改变工件的表面特性、表面外观，使其根据性能所需具有防腐、耐磨、导电、反光、美观等性能。金属材料常见的表面处理方法分为表面机械处理方法、转化膜处理、电镀、化学镀、涂装、PVD等方法，本文根据生产所需，对金属材料现有部分主要的表面处理方法进行简单的陈述与探讨。
关键词：材料性能;表面机械处理;转化膜处理;电镀;化学镀;涂装;物理气相沉积;化学气相沉积;磷化;热浸镀;热喷涂
一、电镀
根据生产需要，将经过镀前处理的预镀工件置于电解质溶液当中，使工件做阴极，另一金属做阳极。在通电的情况下使预镀工件表面沉积上镀层，经过镀后处理使金属工件表面形成致密的镀层，其成分可以为金属、合金、半导体或各类金属固体微粒，从而具有满足产品所需的性能。常见的电镀工艺有镀铜、镀镍、镀铬等工艺，根据不同的产品需要及不同的基体材料可以选择不同的电镀工艺。
二、化学镀
化学镀又称为化学沉积、非电解镀或者自催化镀，指不依赖外加电流，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。化学镀要求沉积反应只限在具有催化作用制件（如镍、钴、铑、钯等）表面上进行，并且溶液本身不应自发地发生氧化还原作用。以化学镀镍为例，其具有镀液使用寿命短、稳定性差、稳定剂多含重金属离子，污染大等缺点，并且镀层质量受主盐浓度、还原剂、络合剂、稳定剂等添加剂以及工资生产环境PH及温度等条件的影响，在实际生产中需严格控制各工艺参数。多种因素的影响使得化学镀的应用范围受到一定限制。目前，化学镀镍、镀铜、镀银、镀金、镀钴、镀钯、镀铂、镀锡等已在工业生产中应用，尤其在电子工业中应用更为广泛。
三、涂装
涂装分为粉末喷涂以及水性涂料电泳涂装等多种涂装方式。由于工程机械范围广、规格多、零部件大，一般采用粉末喷涂的方式进行涂装。喷涂工具有高压空气喷枪、高压无气喷枪及静电喷枪等工具。高压空气喷涂的喷涂效率较低，而高压无气喷涂浪费涂料，而且两者对环境污染较严重，所以目前基本已被静电喷涂所取代。中小型工件的喷涂可采用水帘-水洗组合式喷漆室、无泵喷漆室或文丘里式喷漆室，方便进行粉末涂料的回收和工件涂装后的清洗，前者具有较高的漆雾捕集效率，在工业生产中得到广泛应用。
四、转化膜处理
（1）阳极氧化处理
阳极氧化处理分为化学氧化和电化学氧化，铝及其合金多利用阳极氧化处理来提高基体的耐蚀性。化学氧化处理指在含有氧化剂的弱酸性或弱碱性溶液中生成致密的耐蚀性高的膜层，其后常通过封闭处理提高耐蚀性，但当氧化膜层作为涂装底层时则不进行封闭处理。电化学氧化是指将铝及其合金置于适当的电解液中作为阳极电解处理，形成的氧化膜厚度可达几十至几百微米，使基体耐蚀性、耐磨性及装饰性等有明显的提高。由此可见，根据不同的生产环境，利用不同阳极氧化处理工艺，可获得不同性能的氧化膜层。
（2）磷化处理
磷化可分为化学磷化与电解磷化。化学磷化处理是指金属在磷酸盐溶液中，通过化学反应在表面生成一层难溶的、非金属的、不导电的、多孔的磷酸盐薄膜的过程。但由于化学磷化膜的质量受磷化液成分及磷化环境等多种因素的影响，在实际生产中需严格控制工资生产参数，应用具有局限性。电解磷化是指通过外加电流的方法将能量集中于试样的表面，在试样表面沉积一层稳定的、不溶性的、以磷酸盐为主要成膜物质的磷化膜的过程。电解磷化工艺的磷化时间一般为几十秒到几分钟，磷化温度为室温到40 ℃，电流密度一般为0.7-1.3 A/dm2，其可采用直流电作为电源。由于电解磷化操作简单、反应周期短、反应温度低、反应过程容易控制、磷化渣少等优点，使得其应用广泛。
五、表面机械强化
工业中常采用机械处理方法来清理、强化及光整金属表面，如喷丸处理、滚压加工、内孔挤压以及滚光和抛光等，其中喷丸处理、抛光处理在生产中应用很广泛。
（1）喷丸处理
喷丸处理是指利用高速丸流，对工件表面进行强烈的冲击，使金属工件表面产生塑性变形，从而强化表面并改变表面状态的一种工艺方法。喷丸通常分为手工操作和机械操作两种操作方式。常用的喷丸有以下几种：铸铁弹丸、钢弹丸、玻璃弹丸、砂丸等，其中黑色金属常选用铸铁弹丸、钢弹丸和玻璃弹丸，而有色金属与不锈钢常用玻璃弹丸和不锈钢弹丸。喷丸广泛用于提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐腐蚀性等。还可用于表面消光、去氧化皮和消除铸、锻、焊件的残余应力等。
（2）抛光
抛光是在零件表面经过精磨光后，进一步降低表面粗糙度，消除金属制件表面的细微不平，使表面出现镜面光泽。抛光分为粗抛和精抛两类。粗抛用于去除金属制件表面较粗的磨痕，但处理之后制件表面不光亮，而精抛后可得光亮的表面，可用于装饰性电镀前处理和镀后的精加工。
（3）滚光
滚光指将零件放入盛有磨料和化学药品溶液的滚桶中作低速旋转，凭借零件与磨料、零件与零件之间的相互摩擦以及滚光液对零件的化学作用，达到精饰表面的目的。滚光可以全部或部分替代镀前的磨光和抛光工序，适用于大批量的小型零件及难于磨光和抛光零件表面光亮加工。
六、物理气相沉积（PVD）
在真空条件下，利用物理的方法，将金属材料汽化成原子、分子或离子，并且通过气相的过程，使其直接沉积到工件表面，形成具有一定结构和一定功能的涂层的过程，称为物理气相沉积。PVD包括真空蒸发镀、真空溅射镀、真空离子镀。其中真空离子镀所形成的涂层结合力更高、致密性更高，广泛应用于工业生产以及实验研究过程中。
结语：
由于金属工件在加工、运输、存放等过程中，表面易产生有氧化皮、铁锈、尘土、油脂和其他污物。实际生产过程中，通过选用不同的表面处理工艺结合，对工件进行表面处理，可以提高涂层与基体的结合力，改善后续涂层的耐蚀性、光泽度等性能，并可根据产品要求所需获得性能较高的产品。
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（作者单位：山东建筑大学，山东 济南 250101）
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