金属表面处理(一)

1. 金属表面处理

1.1 铁和钢

概述

由于铁金属表面处理的方法非常多,特性也不甚相同。一般厂内设备之零件,依需求状况选择适当之表面处理。例如一般机架施以喷漆处理,螺栓螺帽以染黑处理,固定机板或底座以镀镍处理,滑动轨道或滑动杆可依所需强度施以镀铬或镀硬铬处理,露光台之Lamp house则以氮化处理。各种表面处理的不同点如下表格:

表面处理

防锈性

耐磨性

耐蚀性

硬度

厚度

颜色

备 注

喷漆

不变

各种颜色

美观

染黑

不变

1.5~ 2.5μ

防反光,涂防锈油防锈效果佳

镀铬

Rc60以上

0.2~ 0.5μ

光泽度高

具光泽、美观耐磨

镀硬铬

极佳

Rc50~ 55

5~ 50

光泽度低

后再研磨可成为高精度尺寸

镀锌

 

防锈,再行铬酸盐处理更佳

镀镍

小于Rc30

2~ 4

白、光泽

防锈,美观

无电镀镍又称化学镍

极佳

极佳

Rc49~ 70

5~ 50μ

银白光泽

膜厚均匀精度佳,价格昂贵

形状复杂,亦适用非铁金属

氮化

Rc50~ 60

1~ 2μ

不易变形,耐高温

皮膜

Rc40~ 48

3~ 10μ

 

通常为涂装前处理

阳极处理

 

 

透明

只适用于铝材

铁金属热处理:

表面硬化热处理:

 

 

由于铁金属热处理的方法非常多,特性也不甚相同

 

方式

说明

渗碳﹝HC

所谓的渗碳,乃在低碳钢的表面,渗入碳量使成高碳钢,然后再将其表面硬化的方法。只渗入碳虽可使其硬化,但其状况不太明显,故再予淬火处理,也就是要将渗碳及淬火两种操作均予利用才算正确的方法,此即称为渗碳淬火。 经过渗碳淬火的工件外硬内柔,由于能提高耐磨耗性、耐疲劳性、耐冲击性,故广泛应用于机械零件的表面。

氮化﹝HNT

所谓的氮化就是在钢的表面渗入氮气,而使其硬化的方法。由于在钢中渗入氮,变成氮化铁时硬度增加,所以不必再施予淬火的操作,这点与渗碳不同。氮化后的零件,由于不必淬火,也富有耐磨耗性及耐腐蚀性,故不必担心会发生淬火龟裂或淬火变形。 氮化处理硬度约HRC45~52

高周波处理    HQI 

为利用高周波电流来加热,只在钢件的表面作急速加热的淬火之表面硬化方法。而高周波则采比商用周波数﹝60Hz﹞高的周波数,故称之。 高周波淬火所适用的钢材,以S35~S45C为佳,硬度约为HRC45~50

 

热处理

防锈性

耐磨性

耐蚀性

硬度

颜色

备 注

渗碳

适用于低碳钢,可增加韧性

调质

即淬火+回火,适用于中碳钢

超声波

适用韧性,只作局部处理之工件

滑动面用耐磨耗材料硬度使用实例:

钢材 之种类

符号JIS

淬火硬度HS

使用例

备注

机械构造用碳钢

S15CK

﹝渗碳80~90

22~35

托板支架

成本低,具有充分韧性,可得耐磨耗性。

S40C~S58C

65~87

离合器环、引擎汽缸、油压心轴、销、离合器板。

低锰钢

SAE1041

71~83

车架环

成本低

铬钼钢

SCM432~SCM440

55~77

活塞、连杆

韧性大

SCM415

﹝渗碳80~90

36~47

活塞、连杆、心轴、转动面

耐磨耗性大

SCM420

﹝渗碳80~90

37~50

引擎、扣件

耐磨耗性大

铬钢

SCr430

67~72

油压凸轮环

强度大

SCr415

﹝渗碳80~90

33~43

工作机械用夹头支架

 

碳工具钢

SK4~SK7

79~92

发动机用磨擦板

韧性大

合金工具钢

SKS44

81~95

工作机械转动键

耐磨耗性大

高速工具钢

SKH2

81~91

油压用轮叶式pump之轮叶

耐磨耗性大

 

 

 

 

表面电镀处理

电镀是表面处理很普遍被采用的方式,为耐蚀、耐磨或装饰等用途,在金属或非金属表面上,利用电气沉积金属的表面技术。

方式

说明

镀铜

铜暴露在空气中容易失去光泽,机械强度亦不很好,偶而用在反射镜及配电盘零件外,很少用镀铜为成品,但是铜的上面镀镍及铬很容易密着,且铜质地软,磨光容易,故常做为镀镍的底层。

镀镍

镍具有耐磨、耐蚀及保持光泽的特色,镍不易直接附着在铁材上,故先镀铜后镀镍效果较佳。在工业上镀镍大致分为两种:一是光泽镍,一是无光泽镍,就耐蚀方面来说,光泽镍比较差,通常用来作镀铬的底层。

镀铬

金属铬具有银白色的光泽,非常硬,镀铬大别分为两类,即装饰用及工业用,分述如下:

装饰用镀铬:不直接镀在原材上,都镀在以镍底的上面,厚度仅0.003mm以下。

工业用镀铬:把铬的物理性能及化学性能高度发挥,铬层极硬为其特色﹝HRC38.8﹞,这种镀金是镀在原材上成为各种工业用品,制成最终工程,其细分用途如下:

硬质铬﹝h.Cr﹞对于须耐磨耐热的器材,如工具、模具及机械滑动部份零件等。

疏孔铬﹝p.Cr﹞与裂铬:镀金面有很多细孔及裂缝,润滑油可存其中,飞机的活塞筒,活塞环等均广泛被采用,其厚度在0.1mm以上。

镀锌

在诸多种类中较价廉,而耐蚀力甚强的镀金,但不能保持长久光泽为其缺点。以防蚀为目的的零件多用镀锌的方法,如天线、链子、螺丝钉、螺母、钢丝、弹簧等。不宜用于耐磨擦零件。

钢铁化学镍处理

钢铁化学镍处理亦称为无电镀镍处理,适合广泛用以取代传统`的电镀镍处理,运用在各种铁金属表面之防锈、防蚀处理,并且能增加被处理物表面的美观,提高价值感。

钢铁化学镍处理的原理乃利用溶液化学还原反应而在金属表面生成一镀膜。    

其主要其主要特点为:

处理后之金属的表面平滑,耐蚀、耐磨且复杂形状的被处理物,亦可得到均匀的镀层膜。

硬度达HRC51以上,热处理可达硬度HRC70,予以取代镀硬铬。

膜厚可要求在至数条内。

附着力佳,且可镀在铁、钢、铜、铝、ABS胶或陶瓷上。

磨擦系数仅为0.03﹝为硬铬的1/3,与铸铁相同﹞。

成本高昂,溶液寿命短。

与电镀镍比较之优缺点如下:

优点:皮膜孔隙少且厚度均匀,厚度较薄但比较硬,可以用在非导材料。

缺点:沉积速度慢,含有磷硼化合物,融点较低且较脆。

1.2 铝和铝合金

概述

铝常用的表面处理方法:  

1. 抛光:克服缺陷去毛刺和使表面光亮的作用。

  

n       2.喷砂:喷砂的目的是用来克服和掩盖铝合金在机械加工过程中产生的一些缺陷以及满足客户对产品外观的一些特殊要求。有玻璃砂、钨砂等,呈现不同感觉。类似毛玻璃的粗燥质感,细的砂型同样可以表现出高档的产品。

  

3.电镀:比较常见,同时有打磨后电镀的处理工艺 见第4章电镀(见200页电镀)

  

4.车纹。是模具成型后再次加工的处理方式,使用车床加工出纹路。成体表现为非常规则的纹理特征。

  

5.擦纹。有叫做拉丝。表现相似于车纹,都是表面形成流畅的连续纹路,不同的是,车纹表现为环状纹路,擦纹表现为直线

  

6.批花。我们经常看到有些金属铭牌,上面的产品或者公司标示有倾斜或者直体丝状条纹,此为批花工艺

  

7.批边。类似抛光、电镀效果,但是加工方式不同,效果不同。加工方式为机械加工,呈现极亮的光芒效果

  

8.氧化(上色):氧化的用途分两方面:增强物理特性;可以达到上色目的。

          9.钻石切割

 

拉丝

 

 

拉丝可根据装饰需要,制成直纹、乱纹、螺纹、波纹和旋纹等几种。
  直纹拉丝是指在铝板表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。它具有刷除铝板表面划痕和装饰铝板表面的双重作用。直纹拉丝有连续丝纹和断续丝纹两种。连续丝纹可用百洁布或不锈钢刷通过对铝板表面进行连续水平直线磨擦(如在有靠现装置的条件下手工技磨或用刨床夹住钢丝刷在铝板上磨刷)获取。改变不锈钢刷的钢丝直径,可获得不同粗细的纹路。断续丝纹一般在刷光机或擦纹机上加工制得。制取原理:采用两组同向旋转的差动轮,上组为快速旋转的磨辊,下组为慢速转动的胶辊,铝或铝合金板从两组辊轮中经过,被刷出细腻的断续直纹。
  乱纹拉丝是在高速运转的铜丝刷下,使铝板前后左右移动磨擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。这种加工,对铝或铝合金板的表面要求较高。
  波纹一般在刷光机或擦纹机上制取。利用上组磨辊的轴向运动,在铝或铝合金板表面磨刷,得出波浪式纹路。
  旋纹也称旋光,是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床上,用煤油调和抛光油膏,对铝或铝合金板表面进行旋转抛磨所获取的一种丝纹。它多用于圆形标牌和小型装饰性表盘的装饰性加工。
  螺纹是用一台在轴上装有圆形毛毡的小电机,将其固定在桌面上,与桌子边沿成60度左右的角度,另外做一个装有固定铝板压茶的拖板,在拖板上贴一条边沿齐直的聚酯薄膜用来限制螺纹宽度。利用毛毡的旋转与拖板的直线移动,在铝板表面旋擦出宽度一致的螺纹纹路。