常見金屬及其合金表面處理方法合集

前言

表面處理是依靠機械錶面加工、化學處理，表面熱處理，噴塗等方法，在材料表面上形成一層與原有基底材料機械、物理和化學效能不同的表層的工藝方法。之所以要對材料表面進行技術處理，其目的是提高材料表面的力學效能、化學效能或其他特殊功能要求。

目前表面技術門類繁多 ， 有表面覆蓋技術如電鍍、化學鍍、熱噴塗等，表面改性技術如噴丸強化、激光表面處理等，複合表面技術如熱噴塗與噴丸複合等。表面技術在冶金、機械、電子、軍事等各行業和人們日常生活中被廣泛應用 ， 很多歐美髮達國家在表面技術的開發應用上也越來越重視。

常見金屬表面處理技術

1。 鋁及鋁合金表面處理技術

1.1 鍍層技術

鋁及鋁合金可以採取鍍層技術，進行表面處理。鍍層技術就是透過電鍍（常選用Zn、Cr 塗層）、化學鍍（Ni、Ni－P 合金層）等方法在材料表面獲得金屬或複合金屬鍍層。電鍍時，一般要先經過預處理，先在鋁基底上鍍上一層銅，之後再在銅上電鍍上所需金屬鍍層。電鍍後，表層細膩光滑度高，但是對環境有一定的汙染。化學鍍是利用氧化還原的反應機理，鎳離子透過還原劑次磷酸鹽的作用，被還原為金屬鎳，沉積在金屬表面並直至所需厚度。

1.2 轉化膜技術

鋁及鋁合金還可以採用轉化膜技術。轉化膜處理就是透過鋁及鋁合金的外層原子與腐蝕液中的介質在特定條件下發生化學或電化學作用，從而在金屬表面形成一層比原有氧化膜層附著力更好的膜層。轉化膜處理方法常見的有化學氧化法、陽極氧化處理、稀土轉化膜等。

化學氧化處理後金屬新的膜層在耐磨性表現上差強人意，厚度較薄、承載能力不大。採用陽極氧化法在生成新的膜層的過程中耗時較長，但是若採取脈衝電流與直流電流相疊加的方法可使得膜層效能得到一定改觀。採用稀土轉化膜的方法，無汙染性，操作簡便。

1.3 高能束表面強化

鋁及鋁合金也可採用高能束表面強化的方法。主要包括

微弧氧化

、等離子注入、鐳射強化三種。

微弧氧化法可以在鋁合金表面形成一層氧化陶瓷轉化膜，膜層緻密度高，與基底材料結合力強。工藝簡單，前後無汙染物，有“清潔工藝”之稱。其他優點有：孔隙率低，從而提高了陶瓷層的耐腐蝕能力；含高溫轉變相，使陶瓷層硬度高、耐磨性好；陶瓷層在基體原位生長，膜層與基體結合緊密，不易脫落等。

等離子注入法是一種新興的表面改性方法，可用於表面形狀不規則的工件，可批次生產。激光表面強化法使得金屬表面的強化層更加緻密，力學效能和化學效能更為優越。

2。 鎂及鎂合金表面處理技術

2.1 表面改性技術

（1）EB-PVD 技術：即為電子束氣相沉積技術。針對鎂合金表面處理，EB-PVD 技術是一種較為成熟的技術 ， 但也存在一些缺陷。一方面 ，EB-PVD 技術對真空裝置要求極高 ； 另一方面 ， 針對一些外形較為複雜的工件難以實現理想的處理效果 ； 最後 ，此項處理技術不能夠大批次應用。

（2）化學轉化膜技術：鎂合金用到的化學轉化膜基本上是含鉻轉化膜。這種轉化膜有較強的防腐蝕效果，但是毒性較大。因此 ， 尋找一種無鉻化學轉化膜處理工藝 ， 是今後表面處理的研究重點。透過化學轉化膜表面處理得到的轉化膜厚度相對較薄、韌性不足孔洞較多 ， 因此不能用作長期保護膜。

（3）陽極氧化技術：鎂合金的陽極氧化膜的外層孔洞較多，內層緻密但厚度較差。鎂合金陽極氧化膜必須經過封閉， 否則耐腐性差。

（4）加弧輝光等離子表面處理技術：加弧輝光等離子表面處理技術是在雙輝離子處理技術基礎上透過引入冷陰極電弧源而研製出的一種新型離子滲金屬技術。該方法的優點是處理速度快、滲層均勻、成分可控、成本低等。缺陷是難於大批次生產，裝置維護複雜。

（5）微弧氧化技術：經微弧氧化處理的鎂合金製品，不僅抗蝕效能優異，更由於氧化鎂陶瓷層的高阻抗特性而避免了鎂合金與其它金屬間的高溫“連線腐蝕”，解決了鎂合金在汽車等交通行業應用的表面保護技術難題。

2.2 表面塗層處理

（1）合金表面噴塗奈米和陶瓷塗層材料：與傳統塗層相比 ， 奈米結構塗層在強度、韌性、耐腐蝕性、耐磨、抗熱疲勞等方面均有顯著提高。在鎂合金表面進行等離子弧噴塗 ， 形成的陶瓷塗層可以提高表面的硬度、耐磨性及耐腐蝕效能。

（2）鐳射輔助熱噴塗工藝：鐳射輔助熱噴塗工藝即 Protal 技術。Protal 技術應用非常廣泛，不管是在機械行業還是航空工業和能源業，都可得到充分的應用。但是該種方法也存在一些缺陷 ， 如 Protal 工藝是如何讓塗層和基體間產生高結合強度，尚未得出一個全面的結論 ；Protal 工藝成本高，裝置維護代價大；Protal 工藝處理的零部件外形不能過於複雜，否則處理起來有難度。

（3）表面電鍍：利用電鍍進行表面處理是目前是鎂合金表面處理的一種較為成熟的方法 ， 操作簡便，推廣性強。但電鍍也有缺陷 ， 例如若鍍件的外形不規則，則容易導致鍍層厚度不均勻； 另外 ， 在浸鋅、氰化物鍍銅的過程中，會產生毒性。

3。 鈦及鈦合金表面處理技術

3.1電鍍

鈦合金基體上有一層緻密的氧化物薄膜 ， 電鍍不易進行 ， 所以電鍍前必須對鈦合金表面進行預處理。

3.2交流微弧氧化

針對鈦合金表面，經過交流微弧氧化技術獲得的氧化膜耐磨性較好、結合力高於10MPa；經40次迴圈的熱轟動下，依舊穩定，表明透過微弧氧化處理過的鈦合金具有極好的耐熱及抗衝擊性能。

3.3表面氧化處理

表面氧化處理後的氧化膜硬度較大。

3.4離子注入

離子注入法的優勢是：結合度高，強度較大；可以較大程度保證工件的精度；工藝重複性好等。

3.5塗層技術

在鈦合金基體上加一種均勻的銅合金塗層，可以有效改善鈦合金表面的抗氧化性。

結語

隨著人類科學技術的不斷髮展 ， 鋁合金、鎂合金、鈦合金應用領域的不斷擴充套件 ， 人們必將不斷探索金屬及合金表面強化的技術，揚長避短，將奈米技術、等離子體技術、高頻電磁技術、鐳射技術等先進技術不斷融入表面處理手段中，開發出更便捷更環保的表面技術，幫助我們獲得具有耐超高溫、超高強度、超塑性、超耐磨性、多功能的常用合金。