表面处理- · 科普中国网

简介

一般国内所说的表面处理有两种解释，一种为广义的表面处理，即包括前处理、电镀、涂装、化学氧化、热喷涂等众多物理化学方法在内的工艺方法；另一种为狭义的表面处理，即只包括喷砂、抛光等在内的即我们常说的前处理部分。以下我们所说的主要是狭义的表面处理。

工件在加工、运输、存放等过程中，表面往往带有氧化皮、铁锈制模残留的型砂、焊渣、尘土以及油和其他污物。要涂层能牢固地附着在工件表面上，在涂装前就必须对工件表面进行清理，否则，不仅影响涂层与金属的结合力和抗腐蚀性能，而且还会使基体金属在即使有涂层防护下也能继续腐蚀，使涂层剥落，影响工件的机械性能和使用寿命。因此工件涂漆前的表面处理是获得质量优良的防护层，延长产品使用寿命的重要保证和措施。

历史

表面处理属于最古老的技术，自从地球上有人类，表面处理就是人类最早掌握的一种技术。原始人类的生活极其艰苦，过着群居的生活，为了生存，他们制造石器工具，应用研磨技术使石器具有锋利刃口，产生“尖劈”效果。到了新石器时代，原始人使用的石器通体经过研磨，表面细腻光滑，注重装饰效果，已成为时代主流。

在原始社会里，与研磨石器同等重要的是原始涂装技术。原始人类已具有爱美意识，在旧石器时代晚期，他们就利用矿石染料对个人自娱小物品进行彩绘涂装。到了新石器时期，陶器的发明使原始彩涂技术发展到顶峰，形成历史上有名的彩陶艺术，揭开了表面处理涂装技术的序幕。

方法

涂装前表面处理

为了把物体表面所附着的各种异物（如油污、锈蚀、灰尘、旧漆膜等）去除，提供适合于涂装要求的良好基底，以保证涂膜具有良好的防腐蚀性能、装饰性能及某些特种功能，在涂装之前必须对物体表面进行预处理。人们把进行这种处理所做的工作，统称为涂装前（表面）处理或（表面）预处理。

手工处理

如刮刀、钢丝刷或砂轮等。用手工可以除去工件表面的锈迹和氧化皮，但手工处理劳动强度大、生产效率低，质量差，清理不彻底。

化学处理

主要是利用酸性或碱性溶液与工件表面的氧化物及油污发生化学反应，使其溶解在酸性或碱性的溶液中，以达到去除工件表面锈迹氧化皮及油污，再利用尼龙制成的毛刷辊或304#不锈钢丝（耐酸碱溶液制成的钢丝刷辊清扫干净便可达到目的。化学处理适应于对薄板件清理，但缺点是：若时间控制不当，即使加缓蚀剂，也能使钢材产生过蚀现象，对于较复杂的结构件和有孔的零件，经酸性溶液酸洗后，浸入缝隙或孔穴中的余酸难以彻底清除，若处理不当，将成为工件以后腐蚀的隐患，且化学物易挥发，成本高，处理后的化学排放工作难度大，若处理不当，将对环境造成严重的污染。随着人们环保意识的提高，此种处理方法正被机械处理法取代。

机械处理

主要包括钢丝刷辊抛光法、抛丸法和喷丸法。

抛光法也就是刷辊在电机的带动下，刷辊以与轧件运动相反的方向在板带的上下表面高速旋转刷去氧化铁皮。刷掉的氧化铁皮采用封闭循环冷却水冲洗系统冲掉。

抛丸法清理是利用离心力将弹丸加速，抛射至工件进行除锈清理的方法。但抛丸灵活性差，受场地限制，清理工件时有些盲目性，在工件内表面易产生清理不到的死角。设备结构复杂，易损件多，特别是叶片等零件磨损快，维修工时多，费用高，一次性投入大。

用喷丸进行表面处理，打击力大，清理效果明显。但喷丸对薄板工件的处理，容易使工件变形，且钢丸打击到工件表面（无论抛丸或喷丸）使金属基材产生变形，由于四氧化三铁和三氧化二铁没有塑性，破碎后剥离，而油膜与其材一同变形，所以对带有油污的工件，抛丸、喷丸无法彻底清除油污。

在现有的工件表面处理方法中，清理效果最佳的还数喷砂清理。喷砂适用于工件表面要求较高的清理。但是我国目前通用喷砂设备中多由铰龙、刮板、头号式提升机等原始笨重输砂机械组成。用户需要施建一个深地坑及做防水层来装置机械，建设费用高，维修工作量及维修费用极大，喷砂过程中产生大量的矽尘无法清除，严重影响操作工人的健康并污染环境。

国外多使用吸砂机作为输送沙量的机械，吸砂机实际上就是一台超大型吸尘器，用较粗的输送管将料斗与吸砂机连接，将沙料吸入储料罐，吸砂机的特点是施工难度和工艺较斗提机简单，而且方便容易控制，较少需要维护，但是耗电量大，吸砂机目前国内也有几家专门制作吸砂机的厂商，但是技术相对不够成熟，所以绝大多数表面处理企业主要还是使用斗式提升机。

需要做喷抛工艺的工厂在选用输砂设备和除尘设备的时候一定要充分考虑到生产的实际情况，尽量选择功率相对于生产需要更大的设备，由于抛丸做业的设备一般损耗较快，长期使用之后这样或那样的问题会很多影响生产，选用功率较大的设备会大大减少以后维护所浪费的时间和费用。除尘设备功率不够不仅损害工人健康，而且严重影响喷砂房的能见度，粉尘排不出去也影响沙料本身的质量，影响工件表面粗糙度。

手工喷砂房要根据实际情况设计相对于容纳工件较宽敞的空间，不能太拘谨否则影响工人手工作业，同时照明条件一定要好，对于较干燥的地区完全可以把抛沙放在室外进行。1

等离子处理

等离子又名电浆，是由带正电的正粒子、负粒子（其中包括正离子，负离子、电子、自由基和各类活性基团等）组成的集合体，其中正电荷和负电荷电量相等故称等离子体，是除固态、液态、气态之外物质存在的第四态—等离子态。

等离子表面处理器由等离子发生器，气体输送管路及等离子喷头等部分组成，等离子发生器产生高压高频能量在喷嘴钢管中被激活和被控制的辉光放电中产生低温等离子体，借助压缩空气将等离子喷向工件表面，当等离子体和被处理物体表面相遇时，产生了物体变化和化学反应。表面得到了清洁，去除了碳化氢类污物，如油脂，辅助添加剂等，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团(羟基、羧基)，这些基团对各类涂敷材料具有促进其粘合的作用，在粘合和油漆应用时得到了优化。在同样效果下，应用等离子体处理表面可以得到非常薄的高张力涂层表面，有利于粘结、涂覆和印刷。不需其他机器、化学处理等强烈作用成份来增加粘合性。

等离子表面处理在印刷包装行业

1.解决覆膜开胶问题

2.解决UV，上光油开胶问题

3.饮料瓶，果酱瓶粘帖封签，满足牢固及可靠性

等离子表面处理在汽车及船舶制造领域

1. 汽车密封条粘接表面处理，粘接更紧密，隔音，防尘

2. 汽车车灯粘接工艺中应用，粘接牢固，防尘，防潮

3. 汽车内饰表面喷涂，印刷前处理，不褪色，不掉漆

4. 汽车刹车片、油封、保险杠涂装前处理，粘接无缝

5. 船舶制造各材料粘接前处理，粘接完美

等离子表面处理在陶瓷表面

1．陶瓷涂层前处理，不用底涂，涂层牢固

2.陶瓷上釉前处理，附着力增强

线缆工业等离子表面处理

1. 特种线缆印字，喷码印字效果好

2. 光缆印字，牢度可与激光标识相媲美

3. 交纤印字，印字清晰耐磨

等离子在医疗生物材料中的应用

1. 人体植入材料的表面处理，满足相容性

2. 医疗耗材的亲水处理

3. 医疗设备消毒处理

4. 医疗导管表面处理后的粘接，粘结更加牢固

等离子在纺织印染工业中的应用

1. 纤维素纤维处理，提高染色性能上染率

2. 蛋白质纤维处理，增加亲水性，吸附性

3. 合成纤维处理，增加吸湿性，去静电

等离子在塑料表面处理

1. 管材表面处理，增加印字的附着力

2. 玩具表面处理，有利粘接，印刷等

3. 饮料瓶盖，化妆品表面印刷，粘接

4. 日用品及家用电器等离子处理

5. 鞋子粘接前处理，保证牢固不开胶

数码产品等离子表面处理

1. 手机、笔记本外壳粘接，外壳不掉漆，文字不褪色

2. 手机按键和笔记本键盘粘接，键盘文字不掉漆

3. 手机壳和笔记本外壳的涂装，不掉漆

4. LCD柔性薄膜电路贴合，贴合更牢固

5. 元件绑定前处理，保证粘合牢固

橡塑行业表面处理

1. 能够进行印刷、粘合、涂覆等操作

玻璃产品粘接前的等离子处理

1. 挡风玻璃粘接前处理，粘接更防潮，隔音

2. 实验室细菌培养皿亲水，附着力处理，细菌生产均匀

3. 显示屏粘接前处理

等离子金属表面改性

1. 提高金属表面的附着力

2. 提高金属表面抗腐蚀能力

3. 提高金属的硬度和磨损特性

日用品及家用电器等离子处理

1. 涂层前表面处理，涂层更牢固

2. 印字前表面处理，印字不脱落

3. 粘接前表面处理，粘接稳定

4. 高档家具表面处理，不用打磨，直接刷漆，不掉漆

技术分类

根据使用的方法不同，可将表面处理技术分为下述种类。

电化学法

这种方法是利用电极反应，在工件表面形成镀层。其中主要的方法是：

（一）电镀

在电解质溶液中，工件为阴极，在外电流作用下，使其表面形成镀层的过程，称为电镀。镀层可为金属、合金、半导体或含各类固体微粒，如镀铜、镀镍等。

（二）氧化

在电解质溶液中，工件为阳极，在外电流作用下，使其表面形成氧化膜层的过程，称为阳极氧化，如铝合金的阳极氧化。

钢铁的氧化处理可用化学或电化学方法。化学方法是将工件放入氧化溶液中，依靠化学作用在工件表面形成氧化膜，如钢铁的发蓝处理。

化学方法

这种方法是无电流作用，利用化学物质相互作用，在工件表面形成镀覆层。其中主要的方法是：

（一）化学转化膜处理

在电解质溶液中，金属工件在无外电流作用，由溶液中化学物质与工件相互作用从而在其表面形成镀层的过程，称为化学转化膜处理。如金属表面的发蓝、磷化、钝化、铬盐处理等。

（二）化学镀

在电解质溶液中，工件表面经催化处理，无外电流作用，在溶液中由于化学物质的还原作用，将某些物质沉积于工件表面而形成镀层的过程，称为化学镀，如化学镀镍、化学镀铜等。

热加工法

这种方法是在高温条件下令材料熔融或热扩散，在工件表面形成涂层。其主要方法是：

（一）热浸镀

金属工件放入熔融金属中，令其表面形成涂层的过程，称为热浸镀，如热镀锌、热镀铝等。

（二）热喷涂

将熔融金属雾化，喷涂于工件表面，形成涂层的过程，称为热喷涂，如热喷涂锌、热喷涂铝等。

（三）热烫印

将金属箔加温、加压覆盖于工件表面上，形成涂覆层的过程，称为热烫印，如热烫印铝箔等。

（四）化学热处理

工件与化学物质接触、加热，在高温态下令某种元素进入工件表面的过程，称为化学热处理，如渗氮、渗碳等。

（五）堆焊

以焊接方式，令熔敷金属堆集于工件表面而形成焊层的过程，称为堆焊，如堆焊耐磨合金等。

真空法

这种方法是在高真空状态下令材料气化或离子化沉积于工件表面而形成镀层的过程。其主要方法是。

（一）物理气相沉积（PVD）

在真空条件下，将金属气化成原子或分子，或者使其离子化成离子，直接沉积到工件表面，形成涂层的过程，称为物理气相沉积，其沉积粒子束来源于非化学因素，如蒸发镀溅射镀、离子镀等。

（二）离子注入

高电压下将不同离子注入工件表面令其表面改性的过程，称为离子注入，如注硼等。

（三）化学气相沉积（CVD）

低压（有时也在常压）下，气态物质在工件表面因化学反应而生成固态沉积层的过程，称为化学气相镀，如气相沉积氧化硅、氮化硅等。

其它方法

主要是机械的、化学的、电化学的、物理的方法。其中的主要方法是：

（一）涂装

闲喷涂或刷涂方法，将涂料（有机或无机）涂覆于工件表面而形成涂层的过程，称为涂装，如喷漆、刷漆等。

（二）冲击镀

用机械冲击作用在工件表面形成涂覆层的过程，称为冲击镀，如冲击镀锌等。

（三）激光表面处理

用激光对工件表面照射，令其结构改变的过程，称为激光表面处理，如激光淬火、激光重熔等。

（四）超硬膜技术

以物理或化学方法在工件表面制备超硬膜的技术，称为超硬膜技术。如金刚石薄膜，立方氮化硼薄膜等。

（五）电泳及静电喷涂

1、电泳

工件作为一个电极放入导电的水溶性或水乳化的涂料中，与涂料中另一电极构成解电路。在电场作用下，涂料溶液中已离解成带电的树脂离子，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。这些带电荷的树脂离子，连同被吸附的颜料粒子一起电泳到工件表面，形成涂层，这一过程称为电泳。

2、静电喷涂

在直流高电压电场作用，雾化的带负电的油漆粒子定向飞往接正电的工件上，从而获得漆膜的过程，称为静喷涂。

发展前景

目前表面处理一些传统方法，如堆焊、热喷涂、电刷渡等工艺往往适应不了现代工业的需求。如一些对温度特别敏感的金属零部件，会使零件表面达到很高温度，造成零件变形或产生裂纹，影响零件的尺寸精度和正常使用，严重时还会导致轴断裂；电刷渡虽无热影响，但渡层厚度不能太厚，污染严重，应用也受到了极大的限制。目前西方国家针对上述方法的弊端研制出高分子复合材料的现场表面处理方法，其中比较成熟的有福世蓝技术体系。材料所具有的综合性能及在任何时间内可机械加工的优越性，不但完全满足修复后的使用要求及精度，还可以降低设备在运行中承受的冲击震动，延长使用寿命。因材料是“变量”关系，当外力冲击材料时，材料会变形吸收外力，并随着轴承或其它部件的胀缩而胀缩，始终和部件保持紧配合，降低磨损的几率，针对大型设备的磨损，也可采用“模具”或“配合部件”针对损坏的设备进行现场修复，避免设备的整体拆卸，还可以最大限度地保证部件配合尺寸，满足设备的生产运行要求，延长设备的使用寿命，确保企业的安全连续生产。在国内表面处理的应用中，高分子复合材料也起到了越来越重要的作用。4

专业术语

表面处理之专业术语

在涂装前，除去基底表面附着物或生成的异物，以提高基底表面与涂层的附着力或赋予表面以一定的耐蚀性能的过程，又能叫前处理。

1机械预处理 mechanical pretreatment

在涂装前，使用手工工具，动力工具或喷、抛丸、粒等，以除去基底表面异物的过程。

2 化学预处理 chemical pretreatment

在涂装前，使用化学方法除去基底表面异物或形成转化膜的过程。

3 电化学预处理electrochemical pretreatment

在涂装前，使用电化学方法除去基底表面异物或形成转化膜的过程。

4 脱脂 degreasing

除去基底表面油污的过程。

5 化学脱脂 chemical degreasing

利用化学方法除去基底表面油污的过程。

6 电化学脱脂 electrochemical degreasing

利用电化学方法除去基底表面油污的过程。

7 浸泡脱脂 soak degreasing

将工件浸入清洗剂进行的，不加外电流的清洗。

8 喷淋脱脂 spray degreasing

将脱脂剂喷淋于工件上除去油污的过程。

9 超声波脱脂 ultrasonic degreasing

借助于超场振动加速除去工件表面油污的过程。

10 除锈 derusting

除去钢铁基底表面的锈蚀产物的过程。

11 修整 trim

除去基底上毛刺、结瘤、焊渣、锐边，使适于涂装的过程。

12 酸洗 pickling

用酸液洗去基底表面锈蚀物和轧皮的过程。

13 火焰清理 fiamo cleaning

短暂地用还原性火焰烧钢结构，接着用动力钢丝刷进行清理的过程。

14 手工工具清理 hand tool cleaning

利用手工工具除去基底表面异物的过程。

15 动力工具清理 power tool cleaning

利用动力工具除去基底表面异物的过程。

16 喷射处理 blasting

利用高速磨料流的冲击作用清理和粗化基底表面的过程。

17 干喷射处理 dry blasting

利用高速干磨料流的冲击作用清理和粗化基底表面的过程。利用喷嘴周围的真空系统除去废磨料或磨屑的叫真空干喷射处理。

18 湿喷射处理 wet blasting

利用磨料与水的混合物的高速流的冲击作用清理和粗化表面的过程。

19 喷砂 sand blasting

利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基底表面的过程。

20 喷丸 shot blasing

利用高速丸流的冲击作用清理和强化基底表面的过程。

21 锈蚀等级 rusting grade

钢铁表面锈蚀程度的分级。

22 除锈等级 derusting grade

钢铁表面锈蚀物除去程度的分级。

23 磨料 abrasive

用作喷射处理介质的天然或合成固体材料。

24 棱角砂 grit

喷射清理用的呈棱角或不规则形状的粒子的一种磨料。

25 丸料 shot

喷射处理用的呈球状的一种磨料。

26 除旧漆 depainting

去除旧的损坏的涂膜，以准备再涂装的过程。

27 表面调整 surface conditioning

把表面转化为能在以后的工序中得到成功处理的适当状态的过程。

28 转处理 conversion treatment

产生一种由基底表面金属的化合物组成的膜的化学或电化学过程。

29磷化 phosphating

利用含磷酸或含磷酸盐的溶液在基底金属表面形成一种不溶性磷酸盐膜的过程。

30 铬酸盐钝化 chromating

利用六价铬或三价铬化合物的酸液在基底金属表面形成铬酸盐转化膜的过程。

31 钝化 passivating

使基底金属表面产生钝态的过程。

32 多合一处理 integral treatment

除油、除锈或除油、除锈和磷化一道进行的过程。

33 暂时保护 temporary protection

经过表面预处理的基底表面，在未涂规定的涂层之前，在其清洁度未变化时进行的临时性保护。

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