常见金属表面处理工艺(常见金属及其合金表面处理方法合集)

Posted 2023-05-25

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常见金属表面处理工艺(常见金属及其合金表面处理方法合集)

前言

表面处理是依靠机械表面加工、化学处理，表面热处理，喷涂等方法，在材料表面上形成一层与原有基底材料机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。之所以要对材料表面进行技术处理，其目的是提高材料表面的力学性能、化学性能或其他特殊功能要求。

目前表面技术门类繁多 , 有表面覆盖技术如电镀、化学镀、热喷涂等，表面改性技术如喷丸强化、激光表面处理等，复合表面技术如热喷涂与喷丸复合等。表面技术在冶金、机械、电子、军事等各行业和人们日常生活中被广泛应用 , 很多欧美发达国家在表面技术的开发应用上也越来越重视。

常见金属表面处理技术

1. 铝及铝合金表面处理技术

1.1 镀层技术

铝及铝合金可以采取镀层技术，进行表面处理。镀层技术就是通过电镀（常选用Zn、Cr 涂层）、化学镀（Ni、Ni－P 合金层）等方法在材料表面获得金属或复合金属镀层。电镀时，一般要先经过预处理，先在铝基底上镀上一层铜，之后再在铜上电镀上所需金属镀层。电镀后，表层细腻光滑度高，但是对环境有一定的污染。化学镀是利用氧化还原的反应机理，镍离子通过还原剂次磷酸盐的作用，被还原为金属镍，沉积在金属表面并直至所需厚度。

1.2 转化膜技术

铝及铝合金还可以采用转化膜技术。转化膜处理就是通过铝及铝合金的外层原子与腐蚀液中的介质在特定条件下发生化学或电化学作用，从而在金属表面形成一层比原有氧化膜层附着力更好的膜层。转化膜处理方法常见的有化学氧化法、阳极氧化处理、稀土转化膜等。

化学氧化处理后金属新的膜层在耐磨性表现上差强人意，厚度较薄、承载能力不大。采用阳极氧化法在生成新的膜层的过程中耗时较长，但是若采取脉冲电流与直流电流相叠加的方法可使得膜层性能得到一定改观。采用稀土转化膜的方法，无污染性，操作简便。

1.3 高能束表面强化

铝及铝合金也可采用高能束表面强化的方法。主要包括微弧氧化、等离子注入、激光强化三种。

微弧氧化法可以在铝合金表面形成一层氧化陶瓷转化膜，膜层致密度高，与基底材料结合力强。工艺简单，前后无污染物，有“清洁工艺”之称。其他优点有：孔隙率低，从而提高了陶瓷层的耐腐蚀能力；含高温转变相，使陶瓷层硬度高、耐磨性好；陶瓷层在基体原位生长，膜层与基体结合紧密，不易脱落等。

等离子注入法是一种新兴的表面改性方法，可用于表面形状不规则的工件，可批量生产。激光表面强化法使得金属表面的强化层更加致密，力学性能和化学性能更为优越。

2. 镁及镁合金表面处理技术

2.1 表面改性技术

（1）EB-PVD 技术：即为电子束气相沉积技术。针对镁合金表面处理，EB-PVD 技术是一种较为成熟的技术 , 但也存在一些缺陷。一方面 ,EB-PVD 技术对真空设备要求极高 ; 另一方面 , 针对一些外形较为复杂的工件难以实现理想的处理效果 ; 最后 ,此项处理技术不能够大批量应用。

（2）化学转化膜技术：镁合金用到的化学转化膜基本上是含铬转化膜。这种转化膜有较强的防腐蚀效果，但是毒性较大。因此 , 寻找一种无铬化学转化膜处理工艺 , 是今后表面处理的研究重点。通过化学转化膜表面处理得到的转化膜厚度相对较薄、韧性不足孔洞较多 , 因此不能用作长期保护膜。

（3）阳极氧化技术：镁合金的阳极氧化膜的外层孔洞较多，内层致密但厚度较差。镁合金阳极氧化膜必须经过封闭, 否则耐腐性差。

（4）加弧辉光等离子表面处理技术：加弧辉光等离子表面处理技术是在双辉离子处理技术基础上通过引入冷阴极电弧源而研制出的一种新型离子渗金属技术。该方法的优点是处理速度快、渗层均匀、成分可控、成本低等。缺陷是难于大批量生产，设备维护复杂。

（5）微弧氧化技术：经微弧氧化处理的镁合金制品，不仅抗蚀性能优异，更由于氧化镁陶瓷层的高阻抗特性而避免了镁合金与其它金属间的高温“连接腐蚀”，解决了镁合金在汽车等交通行业应用的表面保护技术难题。

2.2 表面涂层处理

（1）合金表面喷涂纳米和陶瓷涂层材料：与传统涂层相比 , 纳米结构涂层在强度、韧性、耐腐蚀性、耐磨、抗热疲劳等方面均有显著提高。在镁合金表面进行等离子弧喷涂 , 形成的陶瓷涂层可以提高表面的硬度、耐磨性及耐腐蚀性能。

（2）激光辅助热喷涂工艺：激光辅助热喷涂工艺即 Protal 技术。Protal 技术应用非常广泛，不管是在机械行业还是航空工业和能源业，都可得到充分的应用。但是该种方法也存在一些缺陷 , 如 Protal 工艺是如何让涂层和基体间产生高结合强度，尚未得出一个全面的结论 ;Protal 工艺成本高，设备维护代价大;Protal 工艺处理的零部件外形不能过于复杂，否则处理起来有难度。

（3）表面电镀：利用电镀进行表面处理是目前是镁合金表面处理的一种较为成熟的方法 , 操作简便，推广性强。但电镀也有缺陷 , 例如若镀件的外形不规则，则容易导致镀层厚度不均匀; 另外 , 在浸锌、氰化物镀铜的过程中，会产生毒性。

3. 钛及钛合金表面处理技术

3.1电镀

钛合金基体上有一层致密的氧化物薄膜 , 电镀不易进行 , 所以电镀前必须对钛合金表面进行预处理。

3.2交流微弧氧化

针对钛合金表面，经过交流微弧氧化技术获得的氧化膜耐磨性较好、结合力高于10MPa；经40次循环的热轰动下，依旧稳定，表明通过微弧氧化处理过的钛合金具有极好的耐热及抗冲击性能。

3.3表面氧化处理

表面氧化处理后的氧化膜硬度较大。

3.4离子注入

离子注入法的优势是：结合度高，强度较大；可以较大程度保证工件的精度；工艺重复性好等。

3.5涂层技术

在钛合金基体上加一种均匀的铜合金涂层，可以有效改善钛合金表面的抗氧化性。

结语

随着人类科学技术的不断发展 , 铝合金、镁合金、钛合金应用领域的不断扩展 , 人们必将不断探索金属及合金表面强化的技术，扬长避短，将纳米技术、等离子体技术、高频电磁技术、激光技术等先进技术不断融入表面处理手段中，开发出更便捷更环保的表面技术，帮助我们获得具有耐超高温、超高强度、超塑性、超耐磨性、多功能的常用合金。