常见材料的表面处理工艺（表面处理工艺的14项经典技术）

表面处理工艺也是一项很重要的技术。

文章来源：工业设计

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作者：工业设计

编辑：卝生

01

真空电镀

真空电镀（Vacuum Metalizing）：一种物理沉积现象。即在真空状态下注入氩气，氩气撞击靶材，靶材分离成分子被导电的货品吸附形成一层均匀光滑的仿金属表面层。

典型产品：反射涂层，消费电子产品和隔热板的表面处理

产量适合：单件到大批量皆可

质量：高质量，高亮和产品表面保护层

速度：中等的生产速度，6小时/周期（包括喷漆）

适用材料：

1、很多材料可以进行真空电镀，包括金属，软硬塑料，复合材料，陶瓷和玻璃。其中最常见用于电镀表面处理的是铝材，其次是银和铜。

2、自然材料不适合进行真空电镀处理，因为自然材料本身的水分会影响真空环境。

工艺成本：

真空电镀非常依赖人工操作，真空电镀过程中，工件需要喷涂，装载，卸载和再喷涂，所以人力成本相当高，但是也取决于工件的复杂度和数量。

环境影响：

真空电镀对环境污染很小，类似于喷涂对环境的影响。

实例展示：

杜卡迪摩托的真空电镀

香水瓶的真空电镀

其他产品真空电镀

02

电解抛光

电解抛光（Electropolishing）：以被抛光工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通以直流电离反应而产生有选择性的阳极溶解，从而达到工件表面除去细微毛刺和光亮度增大的效果。

典型产品：建筑结构，食物处理储存和医疗制药

产量适合：单件到大批量皆可

质量：表面高亮，光滑且卫生

速度：中等的生产速度，5-30分钟/周期

适用材料：

1.大多数金属都可以被电解抛光，其中最常用于不锈钢的表面抛光（尤其适用于奥氏体核级不锈钢）。

2.不同材料不可同时进行电解抛光，甚至不可以放在同一个电解溶剂里。

工艺成本：

电解抛光整个过程基本由自动化完成，所以人工费用很低。

环境影响：

电解抛光采用危害较小的化学物质，整个过程需要少量的水且操作简单，另外可以延长不锈钢的属性，起到让不锈钢延缓腐蚀的作用。

实例展示：

电解抛光清理焊接缝

03

光蚀刻表面处理

光蚀刻表面处理（Photo Etching）：简称光刻，利用照相手段制作抗蚀膜像，用来保护表面，在金属、塑料等上面，借助化学腐蚀剂进行腐蚀产生表面纹理的方法。

典型产品：用于珠宝首饰，铭牌和奖杯的表面处理

产量适合：单件到大批量皆可

质量：延长曝光和化学物质都可以实现光蚀刻表面处理

速度：中等的生产速度（50-100微米/5分钟）

适用材料：

1.大多是金属都适合光蚀刻表面处理，最常见的有不锈钢，软钢，铝，黄铜，镍，锡，铜和银。其中铝材的光蚀刻速度最快，而不锈钢的光蚀刻速度最 慢。

2.玻璃，陶瓷也适合光蚀刻表面处理，只是需要不同的光阻蚀剂和化学物质。

工艺成本：

1.模具费用低

2.人力成本中等

环境影响：

光蚀刻产生的金属废屑须做可控回收;用于光蚀刻的化学物质还有三分之一的氯化铁，而且也会用苛性钠（火碱）来处理废弃的感光胶片，这两种化学物质都是有害的，所以操作人员在处理时需要穿防护服。

实例展示：

04

移印工艺

移印工艺（Pad Printing）：能够在不规则异形对象表面上印刷文字、图形和图象，现在正成为一种重要的特种印刷。

典型产品：用于交通工具内饰，电子消费产品和体育器材的表面印刷

产量适合：单件到大批量皆可

质量：能达到清晰的印刷细节，即使在起伏不平的表面上

速度：单个印刷时间（1-5秒）

适用材料：

几乎所有的材料都可以使用移印工艺，除了比硅胶垫还软的材质，例如PTFE等。

工艺成本；

1.模具费用低

2.人力成本低，因为大多工序由机加工完成

环境影响:

由于此工艺只局限于溶解性油墨（其中含有害化学物质），所以对环境影响很大。

实例展示:

05

镀锌工艺

镀锌工艺（Galvanizing）：在钢铁合金材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术，表面的锌层是一种电化学保护层，可以防止金属腐坏，主要采用的方法是热镀锌和电镀锌。

典型产品：建筑，桥梁，交通工具和家具的表面处理等

产量适合：单件到大批量皆可

质量：完美的保护层，外观很大程度取决钢材的质量

速度：快速，基本10分钟/周期

适用材料:

由于镀锌工艺依赖于冶金结合技术，所以只适合钢和铁的表面处理

工艺成本:

1.无模具费用，周期短，成本较低

2.人力成本中等，因为工件的表面质量很大程度上取决于镀锌前的人工表面处理

环境影响:

由于镀锌工艺增长了钢铁件40-100年的使用寿命，很好的防止了工件的生锈和腐坏，所以对保护坏境有积极的作用。另外，镀过锌的工件在使用寿命到期后，可以重新送返镀锌槽，对液态锌的反复利用不会产生化学了物理废料。

实例展示:

轮毂的镀锌工艺

06

电镀工艺

电镀工艺（Electroplating）：利用电解作用使零件表面附着一层金属膜的工艺，从而起到防止金属氧化，提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性及增进美观等作用，不少硬币的外层亦为电镀。

典型产品：交通工具，消费电子产品，家具，珠宝和银器的表面处理等

产量适合：单件到大批量皆可

质量：光泽度极高，抗氧化腐蚀

速度：速度中等，具体取决于材料种类和涂层厚度

适用材料:

1.大多数金属可以进行电镀，但是不同的金属具有不同等级的纯度和电镀效率。其中最常见的有：锡，铬，镍，银，金和铑（铑：白金的一种，极其昂贵且能长久保持高亮度，可以对抗大多数化学物质和酸。最常用于对产品表面光泽度要求极高的产品，如奖杯和奖牌）。

2.最常用于电镀的塑料为ABS，因为ABS能承受60°C（140°F）的电镀高温，并且其电镀层和非电镀层结合强度高。

3.镍金属不可用于电镀接触皮肤的产品，因为镍对皮肤有刺激性且有毒性。

工艺成本:

1.无模具费用，但需要夹具对零件进行固定

2.时间成本取决于温度和金属种类

3.人力成本（中-高），取决于具体电镀件的种类，例如银器和珠宝的电镀就需要极高的熟练工人进行操作，因为其对外观和耐久性的要求很高

环境影响:

大量有毒物质会被用在电镀过程中，所以需要专业的分流和提取，以确保最小的环境影响。

实例展示:

国内工厂实拍电镀工艺

07

粉末喷涂

粉末喷涂（Powder Coating）：是一种干喷法，通过喷涂或流化床用在一些金属工件上，粉末通过静电吸附在工件表面，等到完全干燥时，会在表面形成一层保护膜。

典型产品：交通工具，建筑和白色家电产品的喷涂等

产量适合：单件到大批量皆可

质量：产品表面着色光滑均匀

速度：速度取决于工件尺寸和自动化程度，至少需要花费30分钟来干燥

适用材料:

虽然适合一些金属件，塑料和玻璃的表面喷涂，但是粉末喷涂主要用于防护或着色铝材和钢材。

工艺成本:

1.无模具费用，但设备费用非常高

2.时间成本较短，但干燥时间至少需要半小时

3.时人力成本相当低

环境影响:

相对于湿喷来说，粉末喷涂具有更高的材料利用率（由于静电吸附粉末粒子的原因），可达到95%的喷料利用率。

实例展示:

轮毂的粉末喷涂

08

水转印

水转印（Hydro Transfer Printing）：是利用水压将转印纸上的彩色纹样印刷在三维产品表面的一种方式。 随着人们对产品包装与表面装饰要求的提高，水转印的用途越来越广泛。

典型产品：交通工具，电子消费品和军工产品等

产量适合：小批量到大批量皆可

质量：产品表面纹理精确清晰，但是会有轻微的拉伸

速度：速度快，10-20周期/小时

适用材料:

所有的硬材料都适合水转印，适合喷涂的材料也一定适用于水转印。最常见的为注塑件和金属件。

工艺成本:

1.无模具费用，但需要利用夹具将多件产品同时进行水转印，从而降低时间成本

2.时间成本较短，一般每周期不会超过10分钟。

环境影响:

和产品喷涂比较而言，水转印更充分的应用了印刷涂料，减少了废料泄漏和材料浪费的可能。

实例展示:

09

丝网印刷

丝网印刷（Screen Printing）：通过刮板的挤压，使油墨通过图文部分的网孔转移到承印物上，形成与原稿一样的图文。丝网印刷设备简单、操作方便，印刷、制版简易且成本低廉，适应性强。丝网印刷应用范围广，常见的印刷品有：彩色油画、招贴画、名片、装帧封面、商品标牌以及印染纺织品等。

典型产品：用于服装，电子产品和包装等

产量适合：单件到大批量皆可

质量：纹样细节质量精度极高

速度：手工丝印（1-5周期/分钟），机器丝印（1-30周期/分钟）

适用材料:

几乎所有的材料都可以丝网印刷，包括纸张，塑料，金属，陶艺和玻璃等

工艺成本:

模具费用低，但是还是取决于颜色的数量，因为每一种颜色都要单独制版

时间成本：机加工丝印最多每分钟30个，手工丝印每分钟最多1-5个

人力成本：在手工丝印中，人力成本偏高，尤其当涉及到多彩印刷

环境影响:

浅色丝印油墨对环境影响较小，然而含有PVC和甲醛的油墨具有有害的化学物质，需及时回收和处理以防污染水资源

实例展示:

10

阳极氧化

阳极氧化（Anodic Oxidation）：主要是铝的阳极氧化，是利用电化学原理，在铝和铝合金的表面生成一层Al2O3（氧化铝）膜。这层氧化膜具有防护性、装饰性、绝缘性、耐磨性等特殊特性

典型产品：手机、电脑等电子产品、机械零件、飞机汽车部件、精密仪器和无线电器材、日用品和建筑装饰

产量适合：单件到大批量皆可

质量：氧化膜具有防护性、装饰性、绝缘性、耐磨性等特殊特性

速度：几十分钟

适用材料:

铝、铝合金等铝制品

工艺成本:

在阳极氧化的生产过程中，水、电的消耗是相当大的，特别是在氧化工序。再加上机器本身的热耗，需要不停地用循环水进行降温，吨电耗往往在1000度左右，辅助设施的减少可以降低一些电耗

环境影响:

阳极氧化在能效方面不算出色，同事在铝电解生产中，阳极效应还会产生对大气臭氧层造成破坏性副作用的气体

实例展示:

采用阳极氧化工艺制作的镜头

11

电泳

电泳：带电颗粒在电场作用下，向着其典型相反的电极移动，称为电泳

典型产品：汽车、建材、五金、家电等

产量适合：大批量生产

质量：产品呈现各种颜色，并保持金属光泽，同时表面性能增强，具有较好的防腐性能

速度：较快的生产速度

适用材料:

不锈钢、铝合金等

工艺成本:

可实现机械化和自动化连续作业，人工费用低，总的成本较低

环境影响:

电泳涂料是以水作为溶剂的，具有不燃性、无毒、节省了大量有机溶剂，大大降低了大气污染和环境危害，同时也避免了火灾的隐患

实例展示:

12

微弧氧化

微弧氧化（MAO）：又称微等离子体氧化，是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层

典型产品：航空航天领域、IT产品

产量适合：单件到大批量皆可

质量：材料表面硬度高、具有良好的耐磨性能

速度：较快的速度

适用材料:

Al, Ti, Zn, Zr, Mg, Nb,及其合金等

工艺成本:

微弧氧化起弧电压高,电流密度大,电流效率低,能耗大,处理成本高限制了该项技术的广泛应用

环境影响:

微弧氧化电解液不含有毒物质和重金属元素,电解液抗污染能力强和再生重复使用率高,因而对环境污染小

实例展示:

13

金属拉丝

金属拉丝：是通过研磨产品在工件表面形成线纹，起到装饰效果的一种表面处理手段。根据拉丝后纹路的不同可分为：直纹拉丝、乱纹拉丝、波纹、旋纹

典型产品：建筑行业如电梯门板、龙头、把手等，橱具如抽油烟机、水槽等

产量适合：单件到大批量皆可

质量：拉丝处理可使金属表面获得非镜面般金属光泽，同时拉丝处理也可以消除金属表面细微的瑕疵

速度：较快

适用材料:

几乎所有的材料都可以使用金属拉丝工艺

工艺成本:

工艺方法简单，设备简单，材料消耗甚少，成本比较低廉，经济效益高

环境影响:

纯金属制品，表面无油漆和任何化工物质，600度高温不燃烧，不产生有毒气体，复合消防环保要求

实例展示:

14

模内装饰

装饰技术（In-Mold Decoration-IMD）:是将已印刷好图案的膜片放入金属模具内，将成形用的树脂注入金属模内与膜片接合,使印刷有图案的膜片与树脂形成一体而固化成成品的一种成形方法

典型产品：家电产品的装饰及功能控制面板、汽车仪表盘、空调面板、手机外壳/镜片、洗衣机、冰箱等

产量适合：单件到大批量皆可

质量：可用于复杂图像、产品耐摩擦、可防止表面刮花，并可长期保持颜色的鲜明不易褪色

速度：快速

适用材料:

塑胶表面

工艺成本:

只需开一套模具，可降低系统成本与库存成本，降低成本与工时

高自动化生产，制程简化，有一次注塑成型的工法，将成型与装饰同时达成，降低恒本与工时，可稳定生产

环境影响:

该技术绿色环保，避免了传统的喷漆电镀带来的污染

实例展示:

模内注塑成型的手机保护套

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