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1、产品造型材料与工艺,第六讲,第二章 金属材料及其加工技术,第一节 常用金属材料及其特性 第二节 金属材料成型与工艺性 第三节 金属表面处理与装饰技术,第三节 金属表面处理与装饰技术,一、金属材料的表面改性处理 1 铝及铝合金的氧化与着色处理 2 钢铁的氧化与磷化处理 3 铜及铜合金的氧化处理 4 金属热处理 二、金属材料的表面被覆装饰技术 1 镀层装饰技术 2 涂层装饰技术 3 搪瓷被覆技术 三、金属表面精加工处理,金属表面处理与装饰的作用？,保护产品外观美，延长使用寿命 美化、装饰产品 产品造型设计师要了解表面处理与装饰技术的特点，会正确合理的选用。,通过阳极氧化工艺使得水壶表面增加了一层绚
2、丽的色彩，增添了生活的色彩，也增加了产品的附加值。,一、金属材料的表面改性处理,什么是化学转化膜技术？ 指金属表面的原子层与某些特定介质的阴离子反应后，在金属表面生成膜层，该膜层叫转化膜。 转化膜可分为： 电化学转化膜。 化学转化膜：氧化膜、铬酸盐膜、磷酸盐膜。 特点：基体金属直接参与成膜反应膜与基体结合力大. 应用：电绝缘，防腐，着色、装饰，应用极广。,铝制品阳极氧化工艺流程: 铝工件-机械预处理-上挂具-脱脂-水洗-碱洗- 水洗-中和-水洗-阳极氧化-水洗-着色-去离子水洗 封闭-烘干-下挂具,铝及铝合金的氧化与着色处理,1 铝及铝合金的电化学氧化 定义 铝及铝合金零件在电解液中进行电化学
3、氧化，因零件作为阳极，故也称铝阳极氧化 氧化膜的性质 多孔性 吸附性好 硬度高、耐磨 电绝缘、绝热 是有机涂料的良好底层,铝及铝合金的氧化与着色处理,1 铝及铝合金的电化学氧化 电化学氧化溶液的种类：以酸性电解液居多，有硫酸、铬酸、磷酸、草酸等，其中硫酸应用最广（硫酸阳极化）,铝及铝合金的氧化与着色处理,2 铝及铝合金的化学氧化 定义 指不用外来电流而仅把工件置入适当溶液中，使其表面生成人工氧化膜。一般将铝件浸入含有碱溶液和碱金属的铬酸盐溶液中，铝和溶液生成Al2O3和Al(OH)3的波膜，厚度0.54um。 特点： 强度差，易磨损，抗蚀性也差，质柔软，一般不易单独使用。 但吸附性好，一般作为
4、表面涂装的底层。 生产效率高、成本低、不耗电能、不需专门设备，适合大批量生产，在面饰中大量采用。,铝及铝合金的氧化与着色处理,3 铝及铝合金氧化膜的着色 （1）化学染色法 （2）整体着色法 （3）电解着色法 （4）干涉着色法,铝及铝合金的氧化与着色处理,3 铝及铝合金氧化膜的着色 （1）化学染色法 把氧化后的制件用有机染料或无机染料的水溶液来染色。 特点：目前多用有机染料，其色彩丰富、鲜艳,铝及铝合金的氧化与着色处理,3 铝及铝合金氧化膜的着色 （2）整体着色法（无机着色法） 用硫酸和有机酸的混合物作氧化溶液，通以直流电，阳极氧化与着色同步进行 特点：着色膜对阳光和风化作用稳定性好；不足：耗电
5、量大、成本高，已渐被电解着色取代,3 铝及铝合金氧化膜的着色 （3）电解着色法 先在硫酸溶液常规阳极氧化，阳极氧化后的多孔性氧化膜在金属盐的着色液中电解着色。 特点：比染色法耐晒性好，比整体着色法能耗小、工艺条件易控制,3 铝及铝合金氧化膜的着色 （4）干涉着色法 由电解着色法发展而来，在阳极氧化和电解着色两步法之间加一扩孔步骤，即先进性硫酸阳极化，然后磷酸阳极化，再电解着色 特点：颜色是由于氧化膜的上表面反射的光和氧化膜与铝基体界面折射的光产生干涉的结果,铝的电解着色,阳极氧化 材料：铝合金 阳极氧化染色艳丽、色域宽广，染色后的产品颜色明亮、有光泽感，现被广泛运用在数码等产品中。,铝制品阳极
6、氧化工艺流程: 铝工件机械与处理上挂具脱脂水洗碱洗 水洗中和水洗阳极氧化水洗着色去离子水洗 封闭烘干下挂具,钢铁的氧化与磷化处理,1 钢铁的氧化处理 钢铁的化学氧化（发蓝） 将钢铁零件浸在浓碱溶液中煮沸，在金属表面生成稳定的四氧化三铁的过程。四氧化三铁氧化膜呈蓝黑色，故又称“发蓝” 常温发黑:浸入硫酸和硫酸铜溶液,用脱水缓蚀剂、石蜡封闭。 特点： 简便、经济。 膜厚0.5-1.6um,吸附性好，发蓝后可浸油或填充处理，进一步提高膜层的耐蚀性。 膜薄，不影响零件的装配尺寸；对表面光洁要求高或抛光的精密件，发蓝后表面既亮又黑，可防护和装饰。 一般不产生氢脆现象，适用于高强钢薄钢片、氢脆敏感弹簧件等
7、,发蓝,钢铁的氧化与磷化处理,2 钢铁的磷化处理 将零件进入磷酸盐溶液中进行化学处理，在金属表面生成难溶于水的磷酸盐膜的过程。 特点： 膜厚3-20um,或更厚。膜与金属基体有较好的结合，对大气及各种有机油类、苯、甲苯等气体燃料有很好的耐蚀性； 对润滑油有很好的吸附性，不粘附熔融金属、不影响零件的焊接性能 是高电阻膜层，有很好的电绝缘性 不足：膜机械强度不高，有一定脆性，有氢的析出，应注意氢脆问题，如对高强钢,铜及铜合金的氧化处理,“铜绿”：铜在潮湿的大气和海水条件下容易腐蚀，在水、二氧化碳、氧的作用下生成腐蚀产物碱式碳酸铜。 耐蚀处理方法： 1 过硫酸盐碱性溶液氧化法 2 铜氨溶液化学氧化法
8、 3 古铜色化学氧化铜镀层 4 碱性溶液电化学氧化法,铜及铜合金的氧化处理,1 过硫酸盐碱性溶液氧化法 在由氢氧化钠和过硫酸盐配好的过硫酸钾溶液中经60-65度浸煮，生成黑色氧化膜。,铜及铜合金的氧化处理,2 铜氨溶液化学氧化法 适合含铜52%-68%的黄铜件，所得氧化膜为蓝黑色。 氧化膜质量比过硫酸盐法氧化膜差，为提高防护能力，可再涂以清漆。,铜及铜合金的氧化处理,3 古铜色化学氧化铜镀层 在制件镀铜后，在硫酸溶液中活化，再以过硫酸盐碱性溶液氧化。 色泽雅致、美观大方、古色古香；化学氧化后，可进行机械抛光或滚光，再浸涂清漆，提高防蚀和变色能力,铜及铜合金的氧化处理,4 碱性溶液电化学氧化法
9、以铜制件为阳极，置入氢氧化钠热溶液中，钢或镀镍钢板作为阴极，通以直流电，形成黑色氧化膜。 适用于各种牌号的铜合金。,金属的热处理,在固态下进行加热、保温和冷却以获得所需组织与性能的工艺 分三大类 整体热处理：退火、正火、淬火、回火 表面热处理：表面淬火+回火，气相沉积.高硬度耐磨. 化学热处理：渗碳、渗氮等.耐磨.,整体热处理 （加热保温冷却）,对工件进行整体加热，以改善整体组织和性能的处理工艺 退火：加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却 对钢铁，去内应力，退火温度500-650度。 正火：加热到临界温度以上30-50度，保温适当时间后，在空气中冷却。冷却速度比退火快，组织细小，强度
10、、硬度、韧性都高于退火，且塑性基本不降低 淬火：加热到临界温度以上，保持一定时间后快速冷却,或高硬度的组织 回火:钢件淬硬后加热到临界温度以下某一温度,保温一定时间后冷却到室温.将降低脆性消除残余应力,如不及时回火,工件会变形开裂.,二、金属材料的表面装饰,定义 也称金属材料的表面被覆处理，表面被覆处理层是一种皮膜。 1 镀层装饰技术 电镀、化学镀、真空蒸发沉积镀、气相镀 2 涂层装饰技术 3 搪瓷被覆技术,二、金属材料的表面装饰,1 镀层装饰技术 在制品表面形成具有金属特性的镀层。 作用： 可提高制品的耐蚀性和耐磨性 增强制品的表面色彩、光泽和肌理的装饰效果 提高制品的品位和档次,电镀,通过
11、电解方法在固体表面获得金属沉积层的过程。 目的：改善外观，耐蚀、耐磨 原理：电镀金属作为阳极逐渐溶解，补充镀液中的金属离子，在阴极金属离子还原反应后沉积在工件表面。 镀铬、镍 预处理（活化处理等）电镀后处理（钝化处理等）,镀层装饰 采用电镀、化学镀、真空蒸发沉积镀等方式对金属表面进行处理。 镀层色彩艳丽、色域宽广，装饰效果很好，并且对金属表面起到了防腐蚀、防划伤的保护作用。 镀层装饰在电子产品中应用广泛，丰富绚丽的色彩满足了当今人们追求时尚感、年轻感和个性化的要求。,手机,电镀饰品,二、金属材料的表面装饰,2 涂层装饰技术（简称涂装） 在制品表面形成以有机物为主体的涂层，并干燥成膜的工艺。一般
12、分三步：前处理、涂敷、涂层干燥。 作用： 保护：防腐蚀、划伤、脏污； 装饰：色彩、光泽、肌理； 特殊作用：隔热、绝缘、耐辐射、阻尼、杀菌、吸收雷达波、隔音、导电等 缺点：工艺不当，易出现劣化、脱落、起泡、膜下浸蚀等,二、金属材料的表面装饰,3 搪瓷被覆技术 公元前3世纪在埃及已有了铜器表面的搪瓷技术。 后来发展为景泰蓝工艺，工业上称搪瓷。 用玻璃质材料在金属制品表面形成一被覆层，然后在800度左右进行一定时间的烧制而成。铁、铜、铝、不锈钢以及金、银都可被覆搪瓷和景泰蓝。 不足：受到冲击、急剧温度变化，易剥落,新技术 层压塑料薄膜 用层压法把塑料薄膜粘结在钢板上。 利用粘结剂将钢材基件和塑料薄膜
13、粘结在一起，膜层上可以压制图案、花纹。 丙烯酸树脂薄膜：20年不退色、脱落，75um厚，主要用于建筑装饰层压于镀锌钢板 氯乙烯薄膜：优良的韧性、耐候性、抗腐蚀，膜色彩鲜艳、品种繁多，厚200um，用于钢板和钢带，各工业部门都有应用 聚乙烯薄膜：100-300um厚,可压制或印刷花纹，有良好的绝缘性和抗刮伤性，建筑上用于隔墙材料，仪表工业用于外罩 聚氯乙烯薄膜：良好的耐候性、耐热性和耐化学药品性能，最高持续工作温度100度，后12-100um,可在镀锌钢板和铝板上层压，有很强的抗老化性能，用于建筑装饰面板和室外器材，20年不退色、脱落和开裂,热浸涂层 将金属制件浸入另一种低熔点熔融金属中获得金属
14、涂层的一种方法。 作为涂层的金属有：锌、锡、铝、铅，基体材料主要有钢铁、铸铁、铜 “纯熔融金属熔融金属与基体金属的合金层基体金属”：标准热浸涂层组织 合金层硬度一般比基体金属还要硬，耐相当大的冲击及摩擦,热浸涂层 热浸锌层：经济、实用，有良好的耐磨性和耐蚀性，用于在室外暴晒使用的钢材，热浸镀锌板 热浸锡层：在有机酸中稳定、无毒、不易变色，多用于包装工业和食品罐头工业 热浸涂铅： 主要用于包覆电缆及汽车汽油箱 热浸镀铝：用于汽车底盘等耐常温大气腐蚀,暂时性防护涂层 指当需要使用金属材料或制件时，可很容易地将防护层除掉，恢复原有金属的表面色彩、光泽和肌理，没有任何损伤或痕迹。 涂层：防锈油、防锈纸
15、、可剥性塑料等非金属材料,三、精加工处理,1 切削与研削加工 2 研磨 3 蚀刻,1 切削和研削 研削：利用砂轮对金属表层进行加工的方法。 行磨 高精度切削加工,2 研磨 通过坚硬细微的研磨料进行的机械研磨 通过电解金属表面溶解而进行的电解研磨 通过试剂作用引起的金属化学溶解而进行的化学研磨 电解研磨和化学研磨：金属表面凸部选择性溶解而使表面平滑。,表面研磨抛光 利用机械或手工，用研磨材料对金属表面进行处理。 经过加工处理后的金属表面细腻、光感强烈，给人以精致和高品质的感觉。 图中产品的材料自上而下分别是不锈钢、钛合金、银。对于不同材质的金属，由于其硬度的不同，研磨抛光使用的研磨材料也不同。
16、其中，高级的银器均由手工打磨而成。由于银的硬度很低，又属于贵重金属，银器的研磨抛光非常考验手艺。做工精良的银器由于其美丽的光泽，常给人优雅高贵的感觉。,茶壶 打火机 容器,表面金属拉丝 金属拉丝分为直纹、乱纹、波纹和螺旋纹四种。其中直纹拉丝在产品设计中应用最为广泛。 直纹金属拉丝效果给人以强烈的速度感、科技感和时尚感，在现代产品设计，尤其是电子产品设计中应用非常广泛。例如在数码相机、手机、笔记本、MP3、MP4等中十分常见，凸显了产品时尚、简约、现代的特性。,数码相机,3 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的凹凸模样的一种加工方法。 用耐药品浸蚀膜（隔离模式掩蔽膜）覆盖整个金属表面，然后用机械或化学方法去除要求凹下去的部位的膜，最后进入药液进行溶解。 例如 17世纪发明的铜板画：涂蜡硝酸液浸蚀；,金属刻蚀画,表面蚀刻 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液而形成凹凸纹样的加工方法。 表面蚀刻适用于细节的处理和加工表面装饰性纹饰，有较高的加工随意度，可以加工各种复杂纹样，在产品设计中应用广泛，有很强的装饰性。,手机,金属材料表面处理
