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特种加工

常用表面处理方法

时间:2011-09-18 21:00:30   作者:未知   来源:ttcad   阅读:282   评论:0

一、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、内孔挤压以及磨光和抛光等,其中喷丸处理、抛光处理在生产中应用很广泛。

(一)喷丸处理

喷丸处理是利用高速喷射的沙丸或铁丸,对工件表面进行强烈的冲击,使其表面发生塑性变形,从而达到强化表面和改变表面状态的一种工艺方法。喷丸的方法通常有手工操作和机械操作两种。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。

喷丸处理是工厂广泛采用的一种表面强化工艺,其设备简单、成本低廉,不受工件形状和位置限制,操作方便,但工作环境较差。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。

(二)磨光和抛光

1.磨光磨光是用磨光轮对零件表面进行加工,以获得平整光滑磨面的一种表面处理方法。其作用在于去掉零件表面的锈蚀、砂眼、焊渣、划痕等缺陷,提高零件的表面平整度。

磨光分粗磨和细磨两种。粗磨是将粗糙的表面和不规则的外形修正成形,可用手工或机械操作。手工操作多数用于有色金属;机械操作用于钢材,一般在砂轮上进行;经过粗磨后金属表面磨痕很深,需要通过细磨加以消除,为抛光做准备。细磨有手工细磨和机械细磨。手工细磨是由粗到细在各号金相砂轮上进行;机械细磨常用预磨机、蜡盘、抛光膏加速细磨过程。

磨光用的磨料,对于青铜、黄铜、铸铁、锌等软材料用人造金刚砂;对于钢用人造刚玉。金刚砂可用于所有金属的磨光,尤其适用于软韧金属材料。 

2.抛光抛光是镀层表面或零件表面装饰加工的最后一道工序,其目的是消除磨光工序后残留在表面上的细微磨痕,获得光亮的外观。

抛光方法有机械、化学、电解等多种,常用的方法是抛光轮抛光,它是将数层圆形的布、呢绒、毛毯等叠缝成车轮状,安装在抛光机轴上使其旋转进行抛光。抛光轮的载体种类很多,有棉、麻、毛、纸、皮革、塑料及其混合物等;研磨材料颗粒细而均匀,外形呈多角形、刃口锋利。常用抛光粉的种类、性能、用途如表2-1所示。粗抛光时用粘结剂将研磨粉粘在抛光轮上,可用金刚石、氧化铁研磨粉,也可用氧化铬研磨粉,或者使用半固态或液态的研磨剂。


二、转化膜处理 

转化膜处理是将工件浸入某些溶液中,在一定条件下使其表面产生一层致密的保护膜,提高工件防腐蚀的能力,增加装饰作用。常用的转化膜处理有氧化处理和磷化处理。 

(一)氧化处理

1.钢的氧化处理钢的氧化处理是将钢件在空气—水蒸气或化学药物中加热到适当温度,使其表面形成一层蓝色(或黑色)的氧化膜,以改善钢的耐蚀性和外观,这种工艺称为氧化处理,又叫发蓝处理。氧化膜是一层致密而牢固的Fe3O4薄膜,只有0.5~1.5mm厚,对钢件的尺寸精度无影响。氧化处理后的钢件还要进行肥皂液浸渍处理和浸油处理,以提高氧化膜的防腐蚀能力和润滑性能。 

钢的氧化处理有以下基本工艺过程:

氧化处理过程中溶液中的氧化剂含量越高,生成氧化膜速度也越快,而且膜层致密、牢固。溶液中碱的浓度适当增大,获得氧化膜的厚度增大,碱含量过低,氧化膜薄而脆弱。溶液的温度适当升高,可以提高氧化致密度。工件含碳量越高,越容易氧化,氧化时间越短。氧化处理时间主要根据钢件的含碳量和工件氧化要求来调整。氧化处理工艺不影响零件的精度,常用于仪器、仪表、工具、枪械及某些机械零件的表面,使其达到耐磨、耐蚀以及防护与装饰的目的。

2.铝及其合金的氧化处理铝(或铝合金)在自然条件下很容易生成致密的氧化膜,可以防止空气中水分和有害气体的氧化和侵蚀,但是在碱性和酸性溶液中易被腐蚀。为了在铝和铝合金表面获得更好的保护氧化膜,应该进行氧化处理。常用的处理方法有化学氧化法与电化学氧化法。 

化学氧化法是把铝(或铝合金)零件放人化学溶液中进行氧化处理而获得牢固的氧化膜,其厚度为0.3~4mm。按处理溶液的性质可分碱性和酸性溶液氧化处理。例如,碱性氧化液为Na2CO3(50 g/L)、Na2CrO4(15 g/L)、NaOH(25 g/L),处理温度:80~100°C,处理时间:10~20min。经氧化处理后的铝表面呈现厚度为0.5~1mm的金黄色氧化膜。此方法适用于纯铝、铝镁、铝锰合金。化学氧化法主要用于提高铝和铝合金的耐蚀性和耐磨性,并且此工艺方法操作简单,成本低,适于大批量生产。

电化学氧化法是在电解液中使铝和铝合金表面形成氧化膜的方法,又称阳极氧化法,将以铝(或铝合金)为阳极的工件置于电解液中,通电后阳极上产生氧气,使铝或铝合金发生化学或电化学溶解,结果在阳极表面形成一层氧化膜。阳极氧化膜不仅具有良好的力学性能与抗蚀性能,而且还具有较强的吸附性,采用不同的着色方法后,还可获得各种不同颜色的装饰外观。

为了在铝及铝合金表面获得不同性质的氧化膜,常采用不同种类的电解液来实现。常用的电解液有硫酸、铬酸和草酸等。

铝及铝合金氧化处理的基本工艺过程如下:

由于阳极氧化膜的多孔结构和强吸附性能,表面易被污染,特别是腐蚀介质进人孔内易引起腐蚀。因此阳极氧化膜形成后,必须进行封闭处理,封闭氧化膜的孔隙,提高抗蚀、绝缘和耐磨等性能,减弱对杂质或油污的吸附。常用的封闭方法有蒸汽封闭法和石蜡、油类、树脂封闭法等。 

(二)磷化处理 

把钢件浸人磷酸盐为主的溶液中使其表面沉积,形成不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程称为磷化处理。常用的磷化处理溶液为磷酸锰铁盐和磷酸锌溶液,磷化处理后的磷化膜厚度一般为5~15mm,其抗腐蚀能力是发蓝处理的2~10倍。磷化膜与基体结合力较强,有较好的防蚀能力和较高的绝缘性能,在大气、油类、苯及甲苯等介质中均有很好的抗蚀能力,对油、蜡、颜料及漆等具有极佳的吸收力,适合做油漆底层。但磷化膜本身的强度、硬度较低,有一定的脆性,当钢材变形较大时易出现细小裂纹,不耐冲击,在酸、碱、海水及水蒸气中耐蚀性较差。在磷化处理后进行表面浸漆、浸油处理,抗蚀能力可较大提高。 

磷化处理所需设备简单,操作方便,成本低,生产效率高。在一般机械设备中可作为钢铁材料零件的防护层,也可作为各种武器的润滑层和防护层。 

(三)电镀与化学镀 

1.电镀电镀是将被镀金属制品作为阴极,外加直流电,使金属盐溶液的阳离子在工件表面沉积形成电镀层。电镀实质上是一种电解过程,其阴极上析出物质的重量与电流强度、时间成正比。欲进行电镀必要的三个条件是:电源、渡槽(度液)及电极。

电镀可以为材料或零件覆盖一层比较均匀、具有良好结合力的镀层,以改变其表面特性和外观,达到材料保护或装饰的目的。电镀除了可使产品美观、耐用外,还可获得特殊的功能,可提高金属制品的耐蚀性、耐磨性、耐热性、反光性、导电性、润滑性、表面硬度以及修复磨损零件尺寸及表面缺陷等,如在半导体器件上镀金,可以获得很低的接触电阻;在电子元件上镀铝—锡合金可以获得很好的钎焊性能;在活塞环及轴上镀铬可以获得很高的耐磨性;防止局部渗碳的镀铜、防止局部渗氮的镀锡等。目前,广泛应用的电镀工艺有镀铜、镀镍、镀铬、镀锌、镀银、镀金等。

2.化学镀化学镀亦称无外接电源镀。其原理是:在水溶液中金属沉积一般按下式进行:

M2+ + 2e → M

即溶液中存在两个正价电荷的金属离子M,当它接受两个电子后转变为金属原子M,在适当条件下沉积于工件表面形成镀层。化学镀获得电子是通过化学反应直接在溶液中产生的,它一般有电荷交换沉积、接触沉积、还原沉积等几种。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。


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