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表面处理的基础知识

基础知识分享

2024-04-23 16:31:13 | 3792

CNC 完成切削之后,零件虽已达到尺寸外形要求,但金属材料会存在易锈蚀、耐磨不足、外观达不到要求等问题,这时需要根据需求对零部件进行相应的表面处理工艺。

 

表面处理属于后置加工工序,在不改动零件基体材质的前提下,通过化学、电化学、物理手段改变零件表层状态,实现防锈防腐、提升耐磨、外观美化、绝缘或导电等效果。

 

大部分表面处理会产生镀层 / 膜层,带来微量尺寸变化,在设计阶段时就要定义表面处理工艺,提前在图纸预留对应余量,避免加工完成后再临时追加表面处理。

 

一、阳极氧化(铝合金专用)
适用材料 仅铝合金(6061、6063、7075等)适用,碳钢、不锈钢、铜材等无法做阳极氧化。
工艺简述 用电化学反应,在铝零件表面生成一层致密氧化铝保护膜,分为普通阳极氧化、硬质阳极氧化两类。
核心作用 防腐防锈、提升表面耐磨性;可染色实现黑色、本色等外观;膜层具备绝缘性能。
工艺特点 & 设计提示

1. 普通阳极氧化膜层 5‑12μm;硬质阳极氧化膜层 20‑80μm,耐磨性能更强;

2. 氧化会向外生长膜层,膜层一半长在基体内部、一半向外凸起,会让外形尺寸变大,尖角易产生膜层堆积;

3. 螺纹孔径会因为膜层生长而变小;盲孔容易滞留药水,必要时设计排水孔。

 

二、电镀

电镀包含镀锌、镀镍、镀铬等,是依靠电解作用,在工件表面沉积一层金属镀层。

2.1 镀锌

适用材料

碳钢结构件

工艺简述

电解沉积锌层,分为白锌、彩锌

核心作用

低成本防腐防锈

加工特点 & 设计提示

2.1.1 镀层具备厚度,会改变零件实际尺寸;

2.1.2 不适合高摩擦工况;

2.1.3 细牙螺纹需要做遮蔽防护,避免镀层堵孔。

2.2 镀镍(光亮 / 半光镍) 

适用材料

碳钢、铜件

工艺简述

工件表面沉积镍金属镀层

核心作用

防锈、提升表面光洁度,焊接性能良好

加工特点 & 设计提示

2.2.1 镀层均匀致密;

2.2.2 配合尺寸需要考虑镀层余量。 

2.3 镀铬(装饰铬 / 硬铬) 

适用材料

碳钢、部分铜件

工艺简述

电解沉积铬层;装饰铬侧重外观,硬铬侧重耐磨性能

核心作用

装饰铬实现镜面光亮外观;硬铬大幅提升表面硬度、耐磨损

加工特点 & 设计提示

2.3.1 硬铬镀层厚,对尺寸影响大,精密配合位置必须预留镀层余量;

2.3.2 硬铬镀层内应力大,薄壁零件容易变形。

 

三、不锈钢钝化

适用材料

304、316 等不锈钢零件

工艺简述

化学药剂清除工件表面游离铁元素,在基材表面生成钝化保护膜,无额外镀层

核心作用

提升不锈钢抗腐蚀防锈能力

加工特点 & 设计提示

3.1 几乎不改变零件尺寸,外观几乎无变化;

3.2 无法修补基体材料缺陷;

3.3 碳钢不适用钝化工艺。

3.4 多用于食品、流体、医疗类零部件。

 

四、喷砂

适用材料

铝合金、碳钢、不锈钢均可

工艺简述

高压气流带动砂料冲击工件表面,物理击打形成哑光磨砂纹理

核心作用

去除切削刀纹、氧化皮,统一哑光外观;常作为阳极氧化前预处理工序

加工特点 & 设计提示

4.1 仅改变表面肌理,本身不具备防锈能力;

4.2 喷砂后工件表面活性变高,碳钢喷砂完成后,必须尽快做防锈处理,否则更容易生锈

 

五、喷涂

适用材料

绝大多数金属材料

工艺简述

将涂料喷涂至工件表面,高温固化形成防护涂层

核心作用

强防腐能力,色彩选择丰富

加工特点 & 设计提示

5.1 喷塑涂层厚度更大,防腐效果优于普通喷漆;

5.2 螺纹、精密配合面在做喷涂时必须做遮蔽,涂层会侵占尺寸。

 

六、其它常用表面处理工艺

6.1 发黑(发蓝)

适用材料

适用于碳钢、合金钢,铝、不锈钢、铜等无法做发黑处理

工艺简述

化学反应生成黑色氧化膜,不会在表面生成额外的金属镀层

核心作用

获得哑黑色金属外观,可做短期防锈,膜层极薄不影响公差

加工特点 & 设计提示

6.1.1 膜层极薄,尺寸几乎无变化,不会影响零部件装配和使用;

6.1.2 必须配合防锈油使用;

6.1.3 仅适合干燥室内环境,潮湿工况防锈能力不足,成本较低。

6.2 化学镀镍

适用材料

碳钢、部分有色金属

工艺简述

化学置换生成镍镀层,不需要通电

核心作用

防腐耐磨,复杂型腔、深孔也可以获得均匀镀层

加工特点 & 设计提示

镀层均匀,成本高于普通电镀,适合异形复杂零件。

6.3 贵金属镀层

适用材料

铜材为主

工艺简述

电解沉积贵金属(银、金)薄层

核心作用

优化导电性能

加工特点 & 设计提示

多用于导电端子、射频零部件,加工成本高。

6.4 导电氧化

适用材料

仅铝合金(6061、7075、5052 等)

工艺简述

铝合金浸泡在铬酸盐化学药液中,依靠化学反应在铝表面生成一层极薄的铬酸盐转化膜,全程不需要通电

核心作用

保留导电性能(阳极氧化膜绝缘);提供短期防锈;膜层极薄,几乎不改变零件尺寸。

加工特点 & 设计提示

6.4.1 不能替代阳极氧化,耐腐蚀性差,不适合户外潮湿环境单独使用;

6.4.2 黄色导电氧化外观呈浅金黄,无色导电氧化基本保持铝本色;

6.4.3 螺纹、薄壁、精密配合件非常适合选用,不会影响装配公差;

6.4.4 膜层不耐摩擦,不能用作耐磨工作面;

6.4.5 RoHS 注意:传统导电氧化含六价铬,环保要求场景需要选用三价铬导电氧化。

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