金属表面纹理加工工艺 几种常见的金属表面加工工艺

表面处理即是通过物理或化学的方法在材料表面形成一层具有某种或多种特殊性质的表层。通过表面处理可以提升产品外观、质感、功能等多个方面的性能。利用现代物理、化学、金属学和热处理等学科的技术来改变零件表面的状况和性质，使之与心部材料作优化组合，以达到预定性能要求的工艺方法，称为表面处理工艺。

表面处理的作用：

• 提高表面耐蚀性和耐磨性，减缓、消除和修复材料表面的变化及损伤。
• 使普通材料获得具有特殊功能的表面。
• 节约能源、降低成本、改善环境。

金属表面处理工艺可以分为4大类：表面改性技术、表面合金化技术、表面转化膜技术和表面覆膜技术。

1、表面改性技术

1、表面淬火

表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。 表面淬火的目的在于获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性 ，常用于机床 主轴，齿轮，发动机的曲轴 等。表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。表面淬火时通过快速加热，使钢件表面很快到淬火的温度，在热量来不及传到工件心部就立即冷却 ，实现局部淬火。

表面淬火的主要方法有火焰淬火和感应加热，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰等。

2、拉丝

拉丝是指在外力作用下使金属强行通过模具，金属横截面积被压缩，并获得所要求的横截面积形状和尺寸的表面处理方法称为金属拉丝工艺。拉丝可以根据装饰需要，制成直纹、乱纹、波纹和旋纹等几种。

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。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。

拉丝处理一般也可以称做扫砂、扫尼龙，等等。通常根据表面效果不同分为直丝和乱丝。直丝又叫做发丝纹、乱丝又叫作雪花纹， 丝纹类型的好差具有很大的主观性。每个用户对表面线纹的要求不同，对线纹效果的喜好不同。有人会觉得发丝好看，有人却喜欢雪花纹，有人喜欢长丝，有人却喜欢短丝。线纹效果由于变化多样，通常很难描述和具体界定，而是通过确定拉丝的加工方式，所用的研磨产品，工艺参数等方式来确定拉丝线纹的效果。

3、抛光

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1.6~0.008μm。

一般分为机械抛光和化学抛光。抛光利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。 针对不同的抛光过程:粗抛(基础抛光过程)，中抛(精加工过程)和精抛(上光过程)，选用合适的抛光轮可以达到最佳抛光效果，同时提高抛光效率。提高工件的尺寸精度或几何形状精度，得到光滑表面或镜面光泽，同时也可消除光泽。

工艺流程：

化学(或电化学)除油→热水洗→流动水洗→除锈(10%硫酸)→流动水洗→化学抛光→流动水洗→中和→流动水洗→转入下道表面处理工序

工作环境:传统抛光工艺工作环境恶劣，抛光过程中产生沙粒，铁屑，粉尘等，严重污染环境;

加工效率:人工抛光;豪克能工艺属于以车代磨，线速度可达50-80 m/min,进给量可达0.2-0.5mm/r,相当于半精车的效率。

铺料消耗:抛光需要消耗抛光轮、磨料、砂带等辅料;

适应性:抛光可以加工平面等简单的型面，对于曲面无法加工。如果加工R弧，曲面等复杂型面，可采用豪克能抛光工艺。

2、表面合金化技术

表面合金化技术的典型工艺就是化学表面热处理。是将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织，进而改变其性能的热处理工艺。

与表面淬火相比，化学表面热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。化学热处理过程包括分解、吸收、扩散三个基本过程。

化学表面热处理最主要的两种方式就是渗碳和渗氮。

对比

渗碳

氮化

目的

提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性。

提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，提高耐蚀性。

用材

含0.1-0.25%C的低碳钢。碳高则心部韧性降低。

为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢。

常用方法

气体渗碳法、固体渗碳法、真空渗碳法

气体氮化法、离子氮化法

温度

900～950℃

500～570℃

表面厚度

一般为0.5～2mm

不超过0.6～0.7mm

用途

广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。

用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。如仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。

表面合金化技术的应用领域

1、替代电镀制品

电镀是在电流作用下进行的，对于复杂工件由于电流分布不均匀造成镀层薄厚不均。表面合金化是化学反应，无孔不入，不论多复杂的工件都能保证合金层均匀。电镀镀层通常为单一金属(铬)的晶态，表面结合力差、硬度小、易剥落，表面合金化镀层为非晶态合金，结合力强、硬度高、不剥剥落。电镀常采用多金属层套镀，工艺繁锁，加工成本较高。表面合金化采用化工原料次完成，加工成本低。

2、代替部分不锈钢制品

不锈钢价格昂贵,制成商品价格高。有些物品用普通碳钢易腐蚀生锈，用不锈钢又"大才小用"，采用普通碳钢进行表面合金化处理，处理后表面的耐腐蚀性、耐磨性、硬度均大大提高，且价格低。如:厨房用具、装饰钢板、标牌等。

3、增强建筑五金制品的性能

有些碳碳钢制品(如钉子、螺丝等)表面不宜涂防锈漆，长时间使用后会生锈、腐蚀,影响建筑结构的稳固，经过表面合金化处理，可解决这些缺陷。其它一些碳钢制品(如水管、龙头、合页等)经过表面合金化处理，不但有防锈功能，还能起到美化效果 。

3、表面转化膜技术

一、阳极氧化

主要是指铝及铝合金的阳极氧化。阳极氧化是将铝或铝合金制件浸沉于酸性电解液中，在外电流作用下作为阳极，在制件表面上形成与基体牢固结合的防蚀氧化膜层。这层氧化膜具有防护性、装饰性、绝缘性、耐磨性等特殊特性。

阳极氧化前要经过抛光、除油、清洗等预处理，其后要进行冲洗、着色和封闭等处理。

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。

工艺流程：

单色渐变色：

抛光/喷砂/拉丝→除油→阳极氧化→中和→染色→封孔→烘干

双色：

①抛光/喷砂/拉丝→除油→遮蔽→阳极氧化1→阳极氧化2 →封孔→烘干

②抛光/喷砂/拉丝→除油→阳极氧化1 →镭雕→阳极氧化2 →封孔→烘干

阳极氧化的技术特点是：1、提升强度；2、实现除白色外任何颜色；3、实现无镍封孔，满足欧、美等国家对无镍的要求。阳极氧化的良率水平关系到最终产品的成本，提升氧化良率的重点在于适合的氧化剂用量、适合的温度及电流密度，这需要结构件厂商在生产过程中不断探索，寻求突破。

4、表面覆膜技术

1、真空镀

真空镀，就是在真空条件下，通过蒸馏或溅射等方式在金属表面沉积各种金属和非金属薄膜的表面处理工艺。PVD真空镀，全称物理气相沉积，是一种工业制造上的工艺，是主要利用物理过程来沉积薄膜的技术。

工艺流程：PVD前清洗→进炉抽真空→洗靶及离子清洗→镀膜→镀膜结束，冷却出炉→后处理（抛光、AFP）

PVD（Physical Vapor Deposition,物理气相沉积) 可以在金属表面镀覆高硬镀、高耐磨性的金属陶瓷装饰镀层通过真空镀的方式可以得到非常薄的表面镀层，同时具有速度快、附着力好、污染物少等优点。按照工艺不同，真空镀可以分为真空蒸镀、真空溅射镀、真空离子镀。

2、电镀

电镀是一种电化学和氧化还原的过程，利用电解作用使金属的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用的一种技术。。以镀镍为例：将金属制件浸在金属盐（NiSO4）的溶液中作为阴极，金属镍板作为阳极，接通直流电源后再制件上就会沉积出金属镀镍层。电镀方法分为普通电镀和特种电镀。

工艺流程：前处理→无氰碱铜→无氰白铜锡→镀铬

优点：1、镀层光泽度高，高品质金属外观；2、基材为SUS、Al、Zn、Mg等；成本相对PVD低。

缺点：环境保护较差，环境污染风险较大。

,