1、2025-1-21第第4章章 金属材料及其加工技术金属材料及其加工技术 2025-1-21金属表面处理与装饰工艺 金属表面处理与装饰技术一般具有双重作用。1）保护材料表面，延长使用寿命；2）美化作用，提高产品的商品价值和竞争力。2025-1-21金属表面处理与装饰工艺金属材料的表面处理 指金属表面原子层与某些特定介质的阴离子层反应后，在金属表面生成转化膜。转化膜分为电化学和化学转化膜。转化膜层几乎在所有金属表面都能生成。转化膜层与基体的结合比镀层好，且具有绝缘性。常用的有铝、铁、铜、锌及其合金。金属材料的表面装饰 指金属材料表面的被覆处理，表面被覆处理层是一种皮膜。如镀层、涂层覆盖处理，就是比
2、较重要的表面装饰方法。其他面饰工艺 2025-1-21金属材料的表面处理（防腐、美观）u铝及铝合金的氧化和着色处理铝及铝合金的氧化和着色处理u铜和铜合金的氧化处理铜和铜合金的氧化处理u钢铁的氧化和磷化处理钢铁的氧化和磷化处理1.1.铝及铝合金的氧化及着色铝及铝合金的氧化及着色u氧化氧化(目的形成涂料的底层目的形成涂料的底层)电化学氧化电化学氧化：在电解液中（硫酸、铬酸、草酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液）进行。氧化膜的性质取决于电解液的组成、类型及氧化过程的条件。主要性质有：多孔性、吸附性、硬度、电和热的绝缘性、可作为有机涂料的底层。化学氧化化学氧化:直接放入溶液，使表面生成人工氧化膜。一般放
3、入碱溶液和碱金属的铬酸盐中，生成AI2O3、AI(OH)3。这种氧化膜强度低、易磨损、抗蚀性差，但吸附性好，常作为表面涂层的底层。铝合金件经化学氧化再涂装，大大提高其外观装饰件的抗蚀能力，使涂料的保持性增强。铝及铝合金的氧化及着色铝及铝合金的氧化及着色u氧化膜的着色氧化膜的着色 1 1）化学染色）化学染色 把氧化后的制件用有机染料和无机染料的水溶液染色，目前多数采用有机染料。该染色方便、色彩鲜艳，但易褪色；2 2）电解着色法）电解着色法 分两步进行，首先在硫酸溶液中常规氧化，然后将氧化后的多孔性氧化膜在金属盐的着色液中电解着色。此法具有古朴、典雅的装饰效果，与化学染色法相比，具有耐晒性，能耗小
4、，工艺条件易于控制；3 3）整体着色法）整体着色法 是无机着色法，阳极氧化和着色同步进行，目前这种方法逐步被电解着色代替；4 4）干涉着色法）干涉着色法 是在阳极氧化和电解着色之间加一扩孔步骤。阳极氧化和着色阳极氧化和着色阳极氧化（铝质手电筒）2025-1-21金属材料的表面处理（防腐、美观）u铝及铝合金的氧化和着色处理铝及铝合金的氧化和着色处理u铜和铜合金的氧化处理铜和铜合金的氧化处理u钢铁的氧化和磷化处理钢铁的氧化和磷化处理2025-1-21铜和铜合金的氧化处理铜和铜合金的氧化处理 铜和铜合金在电器工业及仪表中应用广泛。在干燥的大气中比较稳定，但在潮湿的大气和海水中很容易腐蚀，因此为了提高
5、其耐蚀性，必须进行表面处理。1 1）过硫酸盐碱性溶液氧化法过硫酸盐碱性溶液氧化法 2 2）铜氨溶液化学氧化法铜氨溶液化学氧化法 其氧化膜不及1）方法，一般还须涂上清漆。3 3）古铜色化学氧化铜镀层古铜色化学氧化铜镀层 得到的色泽美观大方。氧化后进行机械抛光或滚光，涂上清漆，提高抗蚀性和抗变色能力。4 4）碱性溶液电化学氧化碱性溶液电化学氧化法法 形成黑色氧化膜，适合各种牌号的铜合金。2025-1-21金属材料的表面处理（防腐、美观）u铝及铝合金的氧化和着色处理铝及铝合金的氧化和着色处理u铜和铜合金的氧化处理铜和铜合金的氧化处理u钢铁的氧化和磷化处理钢铁的氧化和磷化处理2025-1-21钢铁的氧
6、化和磷化处理钢铁的氧化和磷化处理1 1）钢铁的氧化处）钢铁的氧化处理理 就是将钢件浸在浓碱溶液浓碱溶液中煮沸，在金属表面生成稳定的四氧化三铁，四氧化三铁氧化膜呈蓝黑色，所以又称“发蓝发蓝”，发蓝是提高黑色金属防护能力的一种简便又经济的方法。在精密仪器、光学仪器及其机械制造中经常使用这一工艺。发蓝优点发蓝优点:1）膜薄，不影响零件的装配尺寸；2）对表面粗糙度要求高或抛光的精密件，发蓝后表面又黑又亮，具有防护和装饰效果。2025-1-21钢铁的氧化和磷化处理钢铁的氧化和磷化处理2 2）钢铁的磷化处理）钢铁的磷化处理 将钢件浸在磷酸盐磷酸盐中进行化学处理，生成难溶于水的磷酸盐膜，简称“磷化磷化”。磷
7、化优点：磷化优点：磷酸盐膜与基体金属有较好的结合，性能好，有良好的耐蚀性、吸附性、电绝缘性，随着处理工艺不同，颜色有暗灰到黑色，具有较好的装饰性。它也是钢铁表面防护常用方法之一。有色金属如铝、锌、铜、锡也可进行磷化处理有色金属如铝、锌、铜、锡也可进行磷化处理。2025-1-21金属表面处理与装饰工艺金属材料的表面处理 指金属表面原子层与某些特定介质的阴离子层反应后，在金属表面生成转化膜。转化膜分为电化学和化学转化膜。转化膜层几乎在所有金属表面都能生成。转化膜层与基体的结合比镀层好，且具有绝缘性。常用的有铝、铁、铜、锌及其合金。金属材料的表面装饰 指金属材料表面的被覆处理，表面被覆处理层是一种皮
8、膜。如镀层、涂层覆盖处理，就是比较重要的表面装饰方法。其他面饰工艺 2025-1-21金属材料表面装饰1 1.镀层装饰镀层装饰 在制品表面形成具有金属特性的镀层。金属特性的镀层。按镀层的表面状态可分为镜面和粗面镀层两类；按装饰技术分为电镀、化学镀、气相镀、真空蒸发沉积镀等，还有特殊镀法如刷镀法、摩擦镀银法、合金镀、多层镀、复合镀、功能镀。常见有镀镍、镀锌、镀铬、镀铜等。2025-1-21 1）镀镍 通过电解或化学方法在金属或某些非金属上镀上一层镍的方法。镀镍分电镀镍和化学镀镍。（1）电镀镍：在由镍盐(称主盐)、导电盐、pH缓冲剂、润湿剂组成的电解液中，阳极用金属镍，阴极为镀件，通以直流电，在阴
9、极(镀件)上沉积上一层均匀、致密的镍镀层。（2）化学镀镍：又称为无电解镀。是在一定条件下，水溶液中的金属离子被还原剂还原，并且沉淀到固态基体表面上的过程。金属材料表面装饰2025-1-21镀镍件2025-1-21电镀镍的特点：电镀镍的特点：1.电镀镍层在空气中的稳定性很高电镀镍层在空气中的稳定性很高。由于金属镍具有很强的钝化能力，在表面能迅速生成一层极薄的钝化膜，能抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀；2.电镀镍结晶极其细小，并且具有优良的抛光性能电镀镍结晶极其细小，并且具有优良的抛光性能。经抛光的镍镀层可得到镜面般的光泽外表，同时在大气中可长期保持其光泽。所以电镀层常用于装饰；3.镍镀层的硬度比较高镍
10、镀层的硬度比较高，可以提高制品表面的耐磨性。金属材料表面装饰2025-1-21 镀锌又称冷镀锌，就是利用电解方法在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。与其他金属相比，锌是相对便宜而又容易镀覆的一种金属，属低值防蚀电镀层，被广泛用于保护钢铁件，特别是防止大气腐蚀，并用于装饰。镀覆技术包括挂镀、滚镀(适合小零件)、蓝镀、自动镀和连续镀(适合线材、带材)。2 2）镀锌）镀锌金属材料表面装饰2025-1-21镀锌件镀锌件 镀锌镀锌 在铁或钢表面镀覆一层锌，可防止金属材质腐蚀。镀锌表层维持原态可长达150年。2025-1-213）镀铬 铬微带蓝，在空气中极易钝化形成一层极薄的钝化膜
11、，从而显示出贵金属的性质。（1）镀铬层具有很高的硬度具有很高的硬度；（2）镀铬层有较好的耐热性。有较好的耐热性。在500以下加热，其光泽性、硬度均无明显变化，温度大于500开始氧化变色，大于700硬度开始降低；（3）镀铬层的摩擦系数小，特别是干摩擦系数，在所有的金属中是最低的，所以镀铬层具有很好的耐磨性具有很好的耐磨性；（4）铬镀层具有良好的化学稳定性。良好的化学稳定性。在碱、硫化物、硝酸和大多数有机酸中均不发生作用，但能溶于氢氯酸(如盐酸)和热的硫酸中。金属材料表面装饰2025-1-21镀铬件水龙头（镀铬）水龙头（镀铬）2025-1-214）镀铜 应用较多的有氰化镀铜、硫酸盐镀铜、焦磷酸盐镀
12、铜。（1）氰化物镀铜氰化物镀铜：是应用最早和最广泛的镀铜工艺。由于氰化物有很强的活化能力和络合能力，所以其溶液具有一定的去油和活化能力。其次具有优良的均镀能力和覆盖能力均镀能力和覆盖能力。（2）硫酸盐镀铜硫酸盐镀铜：工艺早期用于塑料电镀、电铸、精饰等方面，包括装饰层和功能镀层。在电子工业中较早的应用是印刷电路、印刷板、电子接触元件。印刷电路、印刷板、电子接触元件。金属材料表面装饰2025-1-21（3）焦磷酸盐镀铜焦磷酸盐镀铜：分散能力和覆盖能力好，镀层结晶细致，并能获得较厚的镀层，可采用的工艺范围较宽，无毒，不需抽风，加入光亮剂后可获得半光亮的镀层（光亮镀铜）（4）无氰镀铜无氰镀铜：能完全取
13、代传统氰化镀铜工艺和光亮镀铜工艺。适用于任何金属基材，包括纯铜、铜合金、铁、不锈钢、锌合金压铸件、铝、铝合金工件等基材上，挂镀或滚镀均可。金属材料表面装饰4）镀铜 镀铜（工艺品）镀铜（工艺品）具有导电性的工艺品 关键特性：提升表面装饰效果；防腐蚀；增强导电性；保护材料、防电磁干扰。2025-1-212025-1-212.2.涂层装饰涂层装饰 在制品表面形成以有机物为主的涂层并干燥成膜。有机物为主的涂层并干燥成膜。涂装简单、经济易行。其目的：保护、装饰和特殊用途（隔热、绝缘、耐水、耐辐射、杀菌、隔音、导电等）。金属材料表面装饰2025-1-21 静电粉末喷涂（静电粉末喷涂（CD架）架）关键特性：
14、防腐蚀；耐用；无限的色彩可能；可用于各种材料表面。用途：多用于汽车车身、洗衣机、电冰箱、自行车、文具等表面装饰。2025-1-213.3.搪瓷装饰搪瓷装饰公元前3世纪埃及就有铜器表面的搪瓷被覆技术。这种技术在工业制品中应用成为搪瓷，在工艺品中成为景泰蓝。搪瓷技术就是用玻璃质材料在金属制品表面形成玻璃质材料在金属制品表面形成一被覆层一被覆层，然后在800度左右进行一定时间烧制而成。铁、铜、铝、不锈钢、金、银都可被覆搪瓷和景泰蓝。目前广泛用于厨房用具、生活用品、工艺品、化工制品、医疗用具等。金属材料表面装饰2025-1-21 搪搪 瓷瓷 景景 泰泰 蓝蓝2025-1-21金属表面处理与装饰工艺金属
15、材料的表面处理 指金属表面原子层与某些特定介质的阴离子层反应后，在金属表面生成转化膜。转化膜分为电化学和化学转化膜。转化膜层几乎在所有金属表面都能生成。转化膜层与基体的结合比镀层好，且具有绝缘性。常用的有铝、铁、铜、锌及其合金。金属材料的表面装饰 指金属材料表面的被覆处理，表面被覆处理层是一种皮膜。如镀层、涂层覆盖处理，就是比较重要的表面装饰方法。其他面饰工艺 其它面饰工艺其它面饰工艺p表面精整加工：使金属表面平滑、光亮或具有凹凸模样，它也是电镀、涂装的前处理。1 1）切削、研削切削、研削 2 2）研磨研磨 机械研磨：机械研磨：通过坚硬微细的研磨料进行；电解研磨电解研磨；通过电解金属表面溶解而
16、进行；化学研磨：化学研磨：通过试剂作用引起的金属化学性溶解而进行。电解和化学研磨可得到独特色泽和光洁的加工面，在日用品、照明类器具及机械零部件中得到广泛应用。3 3）蚀刻蚀刻 利用化学药品的作用使被加工金属表面的特定部位浸蚀溶解而形成凹凸模样。2025-1-21p 层压塑料薄膜层压塑料薄膜：可压制出各种花纹，广泛用于建筑、车辆和电器。p 热浸涂层：热浸涂层：金属制件浸入熔融金属中获得金属涂层的一种方法。p 暂时性防护涂层：暂时性防护涂层：如防锈油、可剥性塑料，主要用在封存、运输中。其它面饰工艺其它面饰工艺2025-1-21层压塑料薄膜丙烯酸树脂薄膜：主要用于镀锌钢板上，薄膜厚度为主要用于镀锌钢
17、板上，薄膜厚度为7575微米，可长微米，可长达达2020年不腿色、不脱落、不产生裂纹，主要用于建筑装饰年不腿色、不脱落、不产生裂纹，主要用于建筑装饰。氯乙烯薄膜：具有优良的韧性、耐候性、抗化学药品腐蚀性，色泽具有优良的韧性、耐候性、抗化学药品腐蚀性，色泽鲜艳，薄膜厚度为鲜艳，薄膜厚度为200200微米，广泛用于钢板和刚带的层压，各工业部门微米，广泛用于钢板和刚带的层压，各工业部门都有应用。都有应用。聚乙烯薄膜：可压制出各种花纹，也可以进行印刷，具有良好的绝可压制出各种花纹，也可以进行印刷，具有良好的绝缘性和抗刮伤性。薄膜厚度为缘性和抗刮伤性。薄膜厚度为100300100300微米，常用于建筑的
18、隔音材料，微米，常用于建筑的隔音材料，在仪表中用于外罩。在仪表中用于外罩。聚氟乙烯薄膜：具有良好的耐候性、耐热性（持续工作温度具有良好的耐候性、耐热性（持续工作温度100100度）度）和耐化学药品性、抗老化性。薄膜厚度为和耐化学药品性、抗老化性。薄膜厚度为1210012100微米，可在铝板和镀微米，可在铝板和镀锌钢板上进行层压，用于建筑装饰面板和其他室外器材。锌钢板上进行层压，用于建筑装饰面板和其他室外器材。2025-1-21p 层压塑料薄膜：可压制出各种花纹，广泛用于建筑、可压制出各种花纹，广泛用于建筑、车辆和电器。车辆和电器。p 热浸涂层：金属制件浸入熔融金属中获得金属涂层金属制件浸入熔融
19、金属中获得金属涂层的一种方法。的一种方法。p 暂时性防护涂层：如防锈油、可剥性塑料，主要用如防锈油、可剥性塑料，主要用在封存、运输中。在封存、运输中。其它面饰工艺其它面饰工艺2025-1-21热浸涂层热浸涂层p 原理：热浸涂层只适用于低熔点金属。热浸涂层只适用于低熔点金属。作为涂层的金属主要有作为涂层的金属主要有锌、锡、铝和铅锌、锡、铝和铅。涂层金属的基体材料主要是涂层金属的基体材料主要是钢铁、其次为铸铁和铜钢铁、其次为铸铁和铜。热浸涂层一般由两层组成:外层外层是纯的浸涂金属；内层内层是基体与浸涂金属组成的合金。-这种涂层可耐大的冲击和摩擦而不剥落。2025-1-21热浸涂层热浸涂层热浸锌层：
20、钢铁材料钢铁材料的热浸锌层是有效的保护方法。还有的热浸锌层是有效的保护方法。还有热浸锌热浸锌-铝铝涂层以及涂层以及热浸涂锌再涂装热浸涂锌再涂装两层体系法，使得在特殊恶劣的长期两层体系法，使得在特殊恶劣的长期条件下，具有较好的防腐能力。一般用于在室外大气暴晒中使用的条件下，具有较好的防腐能力。一般用于在室外大气暴晒中使用的钢材的防护。钢材的防护。热浸锡层：锡在有机酸中稳定、无毒，本身不易变色，因此涂锡锡在有机酸中稳定、无毒，本身不易变色，因此涂锡铁皮铁皮主要用于工业和食品罐头工业、电器行业。但锡资源有限，浸主要用于工业和食品罐头工业、电器行业。但锡资源有限，浸锡涂层受到一定限制。锡涂层受到一定限
21、制。热浸涂铅：主要用于主要用于包覆电缆及用于汽车工业中的汽油箱包覆电缆及用于汽车工业中的汽油箱。2025-1-21金属材料表面处理总结金属材料表面处理总结 表面精整加工表面精整加工 光滑、有光泽、形成凹凸光滑、有光泽、形成凹凸 机械方法（切削、研削、研磨）机械方法（切削、研削、研磨）花纹花纹 化学方法（研磨、蚀刻、抛光）化学方法（研磨、蚀刻、抛光）表面层改质表面层改质 耐蚀、耐磨、易着色耐蚀、耐磨、易着色 化学方法（氧化、磷化、硬化）化学方法（氧化、磷化、硬化）电化学方法（阳极氧化）电化学方法（阳极氧化）表面被覆装饰表面被覆装饰 耐蚀、有色彩性、赋予耐蚀、有色彩性、赋予 金属被覆（电镀、镀覆、
22、热浸）金属被覆（电镀、镀覆、热浸）材料表面功能材料表面功能 有机物被覆（涂装、塑料层压）有机物被覆（涂装、塑料层压）搪瓷被覆（搪瓷、景泰蓝）搪瓷被覆（搪瓷、景泰蓝）2025-1-21第第4章章 金属材料及其加工技术金属材料及其加工技术 2025-1-21金属材料在设计中的应用 1.根据使用性能选材：根据使用性能选材：保证产品内在质量。保证产品内在质量。1）变形失效；2）断裂失效；3）表面损伤失效。2.根据工艺性能选材：根据工艺性能选材：满足零件工艺性能要求，提高加工满足零件工艺性能要求，提高加工成品率。成品率。1）铸造性能；2）锻造性能；3）焊接性能；4）机械加工性。3.根据经济性原则选材：根
23、据经济性原则选材：符合造型要求及经济性，降低成符合造型要求及经济性，降低成本，获得大的经济效益。适应科技发展、社会和市场现状本，获得大的经济效益。适应科技发展、社会和市场现状的需求。的需求。2025-1-21造型设计中金属材料的选用 金属材料呈现现代风格的结构美、造型美和质地美结构美、造型美和质地美。1）铸铁材料：具有良好的力学性能、铸造成型工艺性能和低廉的价格，因此广泛用于制造机械产品的底盘、机体、外壳、用于制造机械产品的底盘、机体、外壳、支架、台座等复杂的成型结构零件。支架、台座等复杂的成型结构零件。在用铸铁材料获得零件的毛坯后，经热处理、机械加工、表面涂镀等装饰处理后，即可得到所需形状和
24、尺寸的零件。2）铸钢材料：大型设备上某些形状复杂、受力较大的构件大型设备上某些形状复杂、受力较大的构件，如大型轧钢机上的构架、轴箱、齿轮箱体等成型零件，常用各种牌号的铸钢制造。2025-1-21 3）铝合金铝合金：一些精密、小型、要求重量轻的、载荷不大的一些精密、小型、要求重量轻的、载荷不大的零件，零件，如电动工具、显微镜、仪器、飞机和汽车上用的工具、设备上的某些零件等，常用制造。用铝合金铝合金可以获得壁厚很薄、表面细腻光滑、形状复杂的成型铸件。4）型材、焊接结构型材、焊接结构：现代工业产品造型趋向于直线-平面为主，采用曲直刚柔结合，所以钢、铝等金属合金型材应用更加广泛，很多过去需铸造成型或大型零件，现常用焊接结构代替。造型设计中金属材料的选用2025-1-212025-1-212025-1-212025-1-212025-1-212025-1-21思思 考考 题题选择身边用金属材料设计制造的产品（或产品的某一部件），就其材料特点、加工工艺、表面处理、产品的最终效果进行分析。试选择金属材料设计一款生活用具。说明具体选用的材料，加工方法以及必要的表面处理手段。（绘制出效果图）
