表面处理工艺培训课件

3.1.5.1 机械抛光 3.1.5.1.1 轮式抛光
UW-自动化工程部
用高速旋转的柔性抛光轮和极细的磨料对工件表面进行滚压和微量切削实现抛光。 抛光轮用多层帆布、毛毡或皮革叠制而成，用于较大零件的抛光。
3.1.5.1.2 滚筒抛光和振动抛光
UW-自动化工程部
将工件、磨料和抛光液装入滚筒或振动箱内，滚筒缓慢滚动或振动箱振动，使工件与工件， 工件与磨料相互摩擦，加上抛光液的化学作用，除去工件表面的油污、锈层，磨去凸峰，从而 获得光滑的表面。用于细小而量大零件的抛光，后者比前者生产率高，抛光效果更好。
均为钢铁表面的化学转化膜，对钢 铁的内部结构，组织无任何的影响， 且都有一定的抗腐蚀作用。
2. 磷化膜相对粗糙（仅是相对而言），一般是亚光；
3. 在金属冷加工工艺中起减摩润滑的作用。
UW-自动化工程部
选择性及优缺点：
1. 磷化的防锈性要高于发黑，发黑的颜色黑亮，如果要防护性高就用磷化，如果要 求颜色就用发黑； 2. 对于磷化与发黑处理在加工成本方面前者的成本高于后者； 3. 由于磷化后的零件的表面一般情况为亚光，因此相比较清洁会比发黑处理麻烦。
彩色奥氏体不锈钢
彩色铁素体不锈钢
马氏体不锈钢
UW-自动化工程部
奥氏体不锈钢
其显微组织为奥氏体，它是在高铬不锈钢中添加适当的镍（镍的质量分数为8％~25%）而形 成的，具有奥氏体组织的不锈钢。奥氏体型不锈钢以1Cr18Ni9Ti合金为基础，在此基础上随着不 同的用途，发展成铬镍奥氏体不锈钢系列,这类不锈钢的国家标准牌号有1Cr17Mn6Ni15N、 1Cr18Mn8Ni5N、 1Cr18Ni9、 0Cr23Ni13等。
3.1.5.2 化学抛光
UW-自动化工程部
将金属零件浸入特制的化学溶液中，利用金属表面凸起部位比凹洼部位溶解速度 快的现象，实现零件表面的抛光。
3.1.5.3 生物抛光
UW-自动化工程部
生物抛光是一种用纤维素酶改善纤维素纤维制品表面的整理工艺,以达到持久的抗 起毛起球并增加织物的光洁度和柔软度。生物抛光是去除从纱表面伸出来的细微纤维, 这些微纤被去除了就不会起毛起球，色泽也更光亮，表面茸毛减少使得布面更光洁。
定性能要求的工艺方法，称为表面处理。
二、表面处理技术的分类（按工艺特点）
UW-自动化工程部
①表面改性技术（金属、非金属） 通过物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、相组成、微观结构、缺陷
状态、应力状态。材料表面化学组成不变。 ②表面合金化技术（金属）
通过物理方法，使添加材料进入基体，形成合金化层。 ③表面转化膜技术（金属）
通过化学方法，使添加材料与基体发生化学反应，形成转化膜。 ④表面涂（镀）层技术（金属、非金属）
通过物理、化学方法，使添加材料在基体表面形成镀、涂层。 基材不参与涂层的形成。
UW-自动化工程部
三、常见的表面处理方法
3.1 表面改性技术
通过物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、相组成、微观结 构、缺陷状态、应力状态。材料表面化学组成不变。
对比选择：
奥氏体不锈钢属于铬镍不锈钢 具有很高的耐蚀性，优良的塑性，良好的焊接性及低温韧性，不具有磁性，易
加工硬化。主要用于在腐蚀介质中工作的零件、容器、管道、医疗器械以及抗磁环 境中。
常用材料
430
410 以 Cr18Ni19 为基础
注意：
无论是发黑处理还是磷化处理，在处理之前均首先需对零件表面 要预处理（彻底的除锈），对于未预处理的零部件即使发黑处理或者 磷化处理也会在后续工作中使零件表面出现生锈或腐蚀的现象。
UW-自动化工程部
3.3.2 不锈钢着色 随着不锈钢的应用普及，不锈钢着色工艺需求逐步得到重视，目前不锈钢
不仅可以着黑色，还可以得到蓝色、绿色、褐色、橙色等颜色。 3.3.2.1 不锈钢着黑色
3.1.6 激光表面强化
UW-自动化工程部
激光表面强化是用聚焦的激光束射向钢件表面，在极短时间内将工件表层极 薄的材料加热到相变温度或熔点以上的温度，又在极短时间内冷却使工件表面淬 硬强化。激光表面强化可分为激光相变强化处理、激光表面合金化处理和激光熔 覆处理等。
UW-自动化工程部
激光表面强化的热影响区小，变形小，操作方便，主要用于局部强化的零件，如冲 裁模、曲轴、凸轮、凸轮轴、花键轴、精密仪器导轨、高速钢刀具、齿轮及内燃机缸套等。
2CO → CO2 + [C] CnH2n+2 → (n+1)H2 + n[C]
一氧化碳在高温渗碳时，其分解速度较慢，分解与吸收基本平衡，因此， 一般没有过剩碳沉积，而不饱和碳氢化合物，渗碳开始时会猛烈地析出碳，形 成一层碳黑，附于零件表面，阻止渗碳的进行。所以，渗碳气体中不饱和碳氢 化合物含量应控制低些。
灰白色至黑色
膜厚度5-20um，吸 附性好
一般
给基体金属提供保护，在一定程度上 防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底提 高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；
名称
区别
共性
发黑 磷化
1. 使工件表面的铁氧化为四氧化三铁来达到防腐的 目的，几乎不增加原零件尺寸；
2. 发黑膜光滑，可以做到光亮效果。
1. 工件表面有磷酸二氢盐的沉淀，一般会增加5-20 微米，磷化后将孔隙封闭（一般是浸防锈油）即 可达到防锈的目的；
磷化处理零件
UW-自动化工程部
名称
处理条件
发黑
在浓碱溶液中煮沸 （135°-155°），生成四 氧化三铁氧化膜
颜色
膜特性
黑色（蓝色/ 膜厚度0.5-1.6um， 黑蓝色） 吸附性好
耐腐 蚀性
实际应用
金属热处理的一种常用手段，原理是 差 使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝
空气，达到防锈目的；
磷化
在磷酸盐溶液中发生化学 反应，生成结晶性磷酸盐 膜
高精准的硬化表面
表面选择性的硬化
激光冲击强化
3.2 表面合金化技术
UW-自动化工程部
通过物理方法，使添加材料进入基体，形成合金化层。该技术的典型工艺，就是 金属的渗碳、渗氮处理。通常是将金属与渗剂同放置于密闭的腔体内，采用加热、真 空等措施，活化金属表面，经分解、吸收、扩散过程等作用使碳、氮进入金属基体。
UW-自动化工程部
分类
大概成分（%）
C
Cr
Ni
铁素体系列 <0.35 16-27
-
马氏体系列 <1.2
11-15
-
奥氏体系列 <0.25
>16
>7
淬火性 耐蚀性 加工性 可焊接性
无
佳
自硬性
可
无
优
尚佳 可 优
尚可 不可
优
磁性
有 有 无
马氏体不锈钢并不是都不可焊接，只是受某些条件的限制，如焊前应预热焊 后应作高温回火等，而使焊接工艺比较复杂。实际生产中一些马氏体不锈钢如 1Cr13，2Cr13以及2Cr13与45钢焊接还是比较多的。
不锈钢着黑色主要应用于光学小光场合，着色方法有铬酸浴熔融法、铬酸盐 化学氧化法、硫化法。
3.3.2.2 不锈钢着彩色
UW-自动化工程部
不锈钢表面去除氧化膜厚，采用铬酸-硫酸等溶液处理，可以得到不同的颜色，膜的颜色随厚 度变化而变化，同时与材料的成分和表面处理方法有一定关系。
常用不锈钢中，奥氏体不锈钢最适合着色处理；而铁素体由于着色溶液有腐蚀倾向，得到的 色彩不如前者鲜艳；马氏体耐腐蚀性能更差，仅能得到灰黑或黑色的表面。
3.3 表面转化膜技术
UW-自动化工程部
通过化学方法，使添加材料与基体发生化学反应，形成转化膜。
3.3.1 钢铁的发黑与磷化处理 3.3.2 不锈钢着色 3.3.3 铜及铜合金着色 3.3.4 铝合金的氧化与着色处理
3.3.1 钢铁的发黑与磷化处理
UW-自动化工程部
发黑：是金属热处理的一种常用手段，原理是使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝空气，达到防锈目 的。外观要求不高时可以采用发黑处理，钢制件的表面发黑处理，也有被称之为发蓝的。发蓝处理是 一种化学表面处理，其主要作用是在工件表面形成一层致密的氧化膜，防止工件腐蚀上锈，提高工件 的耐磨性，它只是一种表面处理，不会对内部组织产生任何的影响，它不是热处理，和淬火有根本的 区别。
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金属板的拖板，在拖板上贴一条边沿齐直 的聚酯薄膜用来限制螺纹进度。利用毛毡的旋转与拖板的直线移动，在金属板 表面旋擦出宽度一致的螺纹纹路。
3.1.5 抛光
UW-自动化工程部
抛光是对零件表面进行修饰的一种光整加工方法，一般只能得到光滑表面，不能提 高甚至不能保持原有的加工精度，随预加工状况不同，抛光后的Ra值可达1.6～0.008 m ，按照实现原理的不同，可分为机械抛光和化学抛光。
铁素体不锈钢
它的内部显微组织为铁素体，其铬的质量分数在11.5％~32.0%范围内。随着铬含量的提高， 其耐酸性能也提高，加入钼（Mo）后，则可提高耐酸腐蚀性和抗应力腐蚀的能力。这类不锈钢 的国家标准牌号有00Cr12、1Cr17、00Cr17Mo、00Cr30Mo2等。
马氏体不锈钢
它的显微组织为马氏体。这类钢中铬的质量分数为11.5％~18.0％，但碳 的质量分数最高可达0.6％。碳含量的增高，提高了钢的强度和硬度。在这 类钢中加入的少量镍可以促使生成马氏体，同时又能提高其耐蚀性。这类钢 的焊接性较差。列入国家标准牌号的钢板有1Cr13、2 Cr13、3Cr13、 1Cr17Ni2等。
常用零件表面处理工艺
制作：自动化-工程部 时间：2016年4月30日
UW-自动化工程部
表面处理的概念 表面处理技术的分类 常见的表面处理方法 常用材料的表面处理方法
一、表面处理概念