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表面處理,改進構件表面性能的處理工藝,主要目的是滿足產品的耐蝕性、耐磨性、裝飾或其他特種功能要求。

1 表面處理 -何為表面處理

  一般國內所說的表面處理有兩種解釋,一種為廣義的表面處理,即包括前處理、電鍍、塗裝、化學氧化、熱噴塗等眾多物理化學方法在內的工藝方法;另一種為狹義的表面處理,即只包括噴砂、拋丸等在內的即我們常說的前處理部分。以下我們所說的主要是狹義的表面處理。
  工件在加工、運輸、存放等過程中,表面往往帶有氧化皮、鐵鏽制模殘留的型砂、焊渣、塵土以及油和其他污物。要塗層能牢固地附著在工件表面上,在塗裝前就必須對工件表面進行清理,否則,不僅影響塗層與金屬的結合力和抗腐蝕性能,而且還會使基體金屬在即使有塗層防護下也能繼續腐蝕,使塗層剝落,影響工件的機械性能和使用壽命。因此工件塗漆前的表面處理是獲得質量優良的防護層,延長產品使用壽命的重要保證和措施。
  就整個廣義的表面處理行業來說,其在中國發展很不成熟,技術空白點很多,相關資料匱乏,受重視程度又不夠,這就造成了中國表面處理技術層次低而且發展緩慢,相關人才匱乏。

2 表面處理 -表面處理的歷史

  表面處理屬於最古老的技術,自從地球上有人類,表面處理就是人類最早掌握的一種技術。原始人類的生活極其艱苦,過著群居的生活,為了生存,他們製造石器工具,應用研磨技術是石器具有鋒利刃口,產生「尖劈」效果。到了新石器時代,原始人使用的石器通體經過研磨,表面細膩光滑,注重裝飾效果,已成為時代主流。
  在原始社會裡,與研磨石器同等重要的是原始塗裝技術。原始人類已具有愛美意識,在舊石器時代晚期,他們就利用礦石染料對個人自娛小物品進行彩繪塗裝。到了新時期時期,陶器的發明使原始彩塗技術發展到頂峰,形成歷史上有名的彩陶藝術,揭開了表面處理塗裝技術的序幕。

3 表面處理 -表面處理(前處理)方法

手工處理:

  如刮刀、鋼絲刷或砂輪等。用手工可以除去工件表面的銹跡和氧化皮,但手工處理勞動強度大、生產效率低,質量差,清理不徹底。化學處理:

  主要是利用酸鹼性或鹼性溶液與工件表面的氧化物及油污發生化學反應,使其溶解在酸性或鹼性的溶液中,以達到去除工件表面銹跡氧化皮及油污,再利用尼龍製成的毛刷輥或304#不鏽鋼絲(耐酸鹼溶液製成的鋼絲刷輥清掃乾淨便可達到目的。化學處理適應於對薄板件清理,但缺點是:若時間控制不當,即使加緩蝕劑,也能使鋼材產生過蝕現象,對於較複雜的結構件和有孔的零件,經酸性溶液酸洗后,浸入縫隙或孔穴中的余酸難以徹底清除,若處理不當,將成為工件以後腐蝕的隱患,且化學物易揮發,成本高,處理后的化學排放工作難度大,若處理不當,將對環境造成嚴重的污染。隨著人們環保意識的提高,此種處理方法正被機械處理法取代。
  機械處理法:

  主要包括鋼絲刷輥拋光法、拋丸法和噴丸法。拋光法也就是刷輥在電機的帶動下,刷輥以與軋件運動相反的方向在板帶的上下表面高速旋轉刷去氧化鐵皮。刷掉的氧化鐵皮採用封閉循環冷卻水沖洗系統衝掉。拋丸法清理是利用離心力將彈丸加速,拋射至工件進行除銹清理的方法。但拋丸靈活性差,受場地限制,清理工件時有些盲目性,在工件內表面易產生清理不到的死角。設備結構複雜,易損件多,特別是葉片等零件磨損快,維修工時多,費用高,一次性投入大。
  用噴丸進行表面處理,打擊力大,清理效果明顯。但噴丸對薄板工件的處理,容易使工件變形,且鋼丸打擊到工件表面(無論拋丸或噴丸)使金屬基材產生變形,由於四氧化三鐵和三氧化二鐵沒有塑性,破碎后剝離,而油膜與其材一同變形,所以對帶有油污的工件,拋丸、噴丸無法徹底清除油污。在現有的工件表面處理方法中,清理效果最佳的還數噴砂清理。噴砂適用於工件表面要求較高的清理。但是中國目前通用噴砂設備中多由鉸龍、刮板、頭號式提升機等原始笨重輸砂機械組成。用戶需要施建一個深地坑及做防水層來裝置機械,建設費用高,維修工作量及維修費用極大,噴砂過程中產生大量的矽塵無法清除,嚴重影響操作工人的健康並污染環境。
  國外多使用吸砂機作為輸送沙量的機械,吸砂機實際上就是一台超大型吸塵器,用較粗的輸送管將料斗與吸砂機連接,將沙料吸入儲料罐,吸砂機的特點是施工難度和工藝較斗提機簡單,而且方便容易控制,較少需要維護,但是耗電量大,吸砂機目前國內也有幾家專門製作吸砂機的廠商,但是技術相對不夠成熟,所以絕大多數表面處理企業主要還是使用斗式提升機。
  需要做噴拋工藝的工廠在選用輸砂設備和除塵設備的時候一定要充分考慮到生產的實際情況,盡量選擇功率相對於生產需要更大的設備,由於拋丸做業的設備一般損耗較快,長期使用之後這樣或那樣的問題會很多影響生產,選用功率較大的設備會大大減少以後維護所浪費的時間和費用。除塵設備功率不夠不僅損害工人健康,而且嚴重影響噴砂房的能見度,粉塵排不出去也影響沙料本身的質量,影響工件表面粗糙度。
  手工噴砂房要根據實際情況設計相對於容納工件較寬敞的空間,不能太拘謹否則影響工人手工作業,同時照明條件一定要好,對於較乾燥的地區完全可以把拋沙放在室外進行。等離子表面處理

  等離子又名電漿,是由帶正電的正粒子、負粒子(其中包括正離子,負離子、電子、自由基和各類活性基團等)組成的集合體,其中正電荷和負電荷電量相等故稱等離子體,是除固態、液態、氣態之外物質存在的第四態—等離子態。
  等離子表面處理器由等離子發生器,氣體輸送管路及等離子噴頭等部分組成,等離子發生器產生高壓高頻能量在噴嘴鋼管中被激活和被控制的輝光放電中產生低溫等離子體,藉助壓縮空氣將等離子噴向工件表面,當等離子體和被處理物體表面相遇時,產生了物體變化和化學反應。表面得到了清潔,去除了碳化氫類污物,如油脂,輔助添加劑等,或產生刻蝕而粗糙,或形成緻密的交聯層,或引入含氧極性基團(羥基、羧基),這些基團對各類塗敷材料具有促進其粘合的作用,在粘合和油漆應用時得到了優化。在同樣效果下,應用等離子體處理表面可以得到非常薄的高張力塗層表面,有利於粘結、塗覆和印刷。不需其他機器、化學處理等強烈作用成份來增加粘合性。
  等離子表面處理在印刷包裝行業
  1.解決覆膜開膠問題
  2.解決UV,上光油開膠問題
  3.飲料瓶,果醬瓶粘帖封簽,滿足牢固及可靠性
  等離子表面處理在汽車及船舶製造領域
  1. 汽車密封條粘接表面處理,粘接更緊密,隔音,防塵
  2. 汽車車燈粘接工藝中應用,粘接牢固,防塵,防潮
  3. 汽車內飾表面噴塗,印刷前處理,不褪色,不掉漆
  4. 汽車剎車片、油封、保險杠塗裝前處理,粘接無縫
  5. 船舶製造各材料粘接前處理,粘接完美
  等離子表面處理在陶瓷表面
  1.陶瓷塗層前處理,不用底塗,塗層牢固
  2.陶瓷上釉前處理,附著力增強
  線纜工業等離子表面處理
  1. 特種線纜印字,噴碼印字效果好
  2. 光纜印字,牢度可與激游標識相媲美
  3. 交纖印字,印字清晰耐磨
  等離子在醫療生物材料中的應用
  1. 人體植入材料的表面處理,滿足相容性
  2. 醫療耗材的親水處理
  3. 醫療設備消毒處理
  4. 醫療導管表面處理后的粘接,粘結更加牢固
  等離子在紡織印染工業中的應用
  1. 纖維素纖維處理,提高染色性能上染率
  2. 蛋白質纖維處理,增加親水性,吸附性
  3. 合成纖維處理,增加吸濕性,去靜電
  等離子在塑料表面處理
  1. 管材表面處理,增加印字的附著力
  2. 玩具表面處理,有利粘接,印刷等
  3. 飲料瓶蓋,化妝品表面印刷,粘接
  4. 日用品及家用電器等離子處理
  5. 鞋子粘接前處理,保證牢固不開膠
  數碼產品等離子表面處理
  1. 手機、筆記本外殼粘接,外殼不掉漆,文字不褪色
  2. 手機按鍵和筆記本鍵盤粘接,鍵盤文字不掉漆
  3. 手機殼和筆記本外殼的塗裝,不掉漆
  4. LCD柔性薄膜電路貼合,貼合更牢固
  5. 元件綁定前處理,保證粘合牢固
  橡塑行業表面處理
  1. 能夠進行印刷、粘合、塗覆等操作
  玻璃產品粘接前的等離子處理
  1. 擋風玻璃粘接前處理,粘接更防潮,隔音
  2. 實驗室細菌培養皿親水,附著力處理,細菌生產均勻
  3. 顯示屏粘接前處理
  等離子金屬表面改性
  1. 提高金屬表面的附著力
  2. 提高金屬表面抗腐蝕能力
  3. 提高金屬的硬度和磨損特性
  日用品及家用電器等離子處理
  1. 塗層前表面處理,塗層更牢固
  2. 印字前表面處理,印字不脫落
  3. 粘接前表面處理,粘接穩定
  4. 高檔傢具表面處理,不用打磨,直接刷漆,不掉漆

4 表面處理 -廣義表面處理技術的分類

  根據使用的方法不同,可將表面處理技術分為下述種類。一、電化學方法

  這種方法是利用電極反應,在工件表面形成鍍層。其中主要的方法是:
  (一)電鍍
  在電解質溶液中,工件為陰極,在外電流作用下,使其表面形成鍍層的過程,稱為電鍍。鍍層可為金屬、合金、半導體或含各類固體微粒,如鍍銅、鍍鎳等。
  (二)氧化
  在電解質溶液中,工件為陽極,在外電流作用下,使其表面形成氧化膜層的過程,稱為陽極氧化,如鋁合金的陽極氧化。
  鋼鐵的氧化處理可用化學或電化學方法。化學方法是將工件放入氧化溶液中,依靠化學作用在工件表面形成氧化膜,如鋼鐵的發藍處理。二、化學方法

  這種方法是無電流作用,利用化學物質相互作用,在工件表面形成鍍覆層。其中主要的方法是:
  (一)化學轉化膜處理
  在電解質溶液中,金屬工件在無外電流作用,由溶液中化學物質與工件相互作用從而在其表面形成鍍層的過程,稱為化學轉化膜處理。如金屬表面的發藍、磷化、鈍化、鉻鹽處理等。
  (二)化學鍍
  在電解質溶液中,工件表面經催化處理,無外電流作用,在溶液中由於化學物質的還原作用,將某些物質沉積於工件表面而形成鍍層的過程,稱為化學鍍,如化學鍍鎳、化學鍍銅等。三、熱加工方法

  這種方法是在高溫條件下令材料熔融或熱擴散,在工件表面形成塗層。其主要方法是:
  (一)熱浸鍍
  金屬工件放入熔融金屬中,令其表面形成塗層的過程,稱為熱浸鍍,如熱鍍鋅、熱鍍鋁等。
  (二)熱噴塗
  將熔融金屬霧化,噴塗於工件表面,形成塗層的過程,稱為熱噴塗,如熱噴塗鋅、熱噴塗鋁等。
  (三)熱燙印
  將金屬箔加溫、加壓覆蓋於工件表面上,形成塗覆層的過程,稱為熱燙印,如熱燙印鋁箔等。
  (四)化學熱處理
  工件與化學物質接觸、加熱,在高溫態下令某種元素進入工件表面的過程,稱為化學熱處理,如滲氮、滲碳等。
  (五)堆焊
  以焊接方式,令熔敷金屬堆集於工件表面而形成焊層的過程,稱為堆焊,如堆焊耐磨合金等。四、真空法

  這種方法是在高真空狀態下令材料氣化或離子化沉積於工件表面而形成鍍層的過程。其主要方法是。
  (一)物理氣相沉積(PVD)
  在真空條件下,將金屬氣化成原子或分子,或者使其離子化成離子,直接沉積到工件表面,形成塗層的過程,稱為物理氣相沉積,其沉積粒子束來源於非化學因素,如蒸發鍍濺射鍍、離子鍍等。
  (二)離子注入
  高電壓下將不同離子注入工件表面令其表面改性的過程,稱為離子注入,如注硼等。
  (三)化學氣相沉積(CVD)
  低壓(有時也在常壓)下,氣態物質在工件表面因化學反應而生成固態沉積層的過程,稱為化學氣相鍍,如氣相沉積氧化硅、氮化硅等。五、其它方法

  主要是機械的、化學的、電化學的、物理的方法。其中的主要方法是。
  (一)塗裝
  閑噴塗或刷塗方法,將塗料(有機或無機)塗覆於工件表面而形成塗層的過程,稱為塗裝,如噴漆、刷漆等。
  (二)衝擊鍍
  用機械衝擊作用在工件表面形成塗覆層的過程,稱為衝擊鍍,如衝擊鍍鋅等。
  (三)激光面表處理
  用激光對工件表面照射,令其結構改變的過程,稱為激光表面處理,如激光淬火、激光重熔等。
  (四)超硬膜技術
  以物理或化學方法在工件表面製備超硬膜的技術,稱為超硬膜技術。如金剛石薄膜,立方氮化硼薄膜等。
  (五)電泳及靜電噴塗
  1、電泳
  工件作為一個電極放入導電的水溶性或水乳化的塗料中,與塗料中另一電極構成解電路。在電場作用下,塗料溶液中已離解成帶電的樹脂離子,陽離子向陰極移動,陰離子向陽極移動。這些帶電荷的樹脂離子,連同被吸附的顏料粒子一起電泳到工件表面,形成塗層,這一過程稱為電泳。
  2、靜電噴塗
  在直流高電壓電場作用,霧化的帶負電的油漆粒子定向飛往接正電的工件上,從而獲得漆膜的過程,稱為靜噴塗。

5 表面處理 -表面處理的進一步發展

  目前表面處理一些傳統方法,如堆焊、熱噴塗、電刷渡等工藝往往適應不了現代工業的需求。如一些對溫度特別敏感的金屬零部件,會使零件表面達到很高溫度,造成零件變形或產生裂紋,影響零件的尺寸精度和正常使用,嚴重時還會導致軸斷裂;電刷渡雖無熱影響,但渡層厚度不能太厚,污染嚴重,應用也受到了極大的限制。目前西方國家針對上述方法的弊端研製出高分子複合材料的現場表面處理方法,其中比較成熟的有福世藍技術體系。材料所具有的綜合性能及在任何時間內可機械加工的優越性,不但完全滿足修復后的使用要求及精度,還可以降低設備在運行中承受的衝擊震動,延長使用壽命。因材料是「變數」關係,當外力衝擊材料時,材料會變形吸收外力,並隨著軸承或其它部件的脹縮而脹縮,始終和部件保持緊配合,降低磨損的幾率,針對大型設備的磨損,也可採用「模具」或「配合部件」針對損壞的設備進行現場修復,避免設備的整體拆卸,還可以最大限度地保證部件配合尺寸,滿足設備的生產運行要求,延長設備的使用壽命,確保企業的安全連續生產。在國內表面處理的應用中,高分子複合材料也起到了越來越重要的作用。
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