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高精密 高難度 電鍍技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者
1 前言
表面處理是依靠機(jī)械表面加工、化學(xué)處理，表面熱處理，噴涂等方法，在材料表面上形成一層與原有基底材料機(jī)械、物理和化學(xué)性能不同的表層的工藝方法。之所以要對(duì)材料表面進(jìn)行技術(shù)處理，其目的是提高材料表面的力學(xué)性能、化學(xué)性能或其他特殊功能要求。
目前表面技術(shù)門(mén)類(lèi)繁多 , 有表面覆蓋技術(shù)如電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂等，表面改性技術(shù)如噴丸強(qiáng)化、激光表面處理等，復(fù)合表面技術(shù)如熱噴涂與噴丸復(fù)合等。表面技術(shù)在冶金、機(jī)械、電子、軍事等各行業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪斜粡V泛應(yīng)用 , 很多歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在表面技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上也越來(lái)越重視。
2 常見(jiàn)金屬表面處理技術(shù)
2.1 鋁及鋁合金表面處理技術(shù)
2.1.1 鍍層技術(shù)
鋁及鋁合金可以采取鍍層技術(shù)，進(jìn)行表面處理。鍍層技術(shù)就是通過(guò)電鍍（常選用Zn、Cr 涂層）、化學(xué)鍍（Ni、Ni－P 合金層）等方法在材料表面獲得金屬或復(fù)合金屬鍍層。電鍍時(shí)，一般要先經(jīng)過(guò)預(yù)處理，先在鋁基底上鍍上一層銅，之后再在銅上電鍍上所需金屬鍍層。電鍍后，表層細(xì)膩光滑度高，但是對(duì)環(huán)境有一定的污染?；瘜W(xué)鍍是利用氧化還原的反應(yīng)機(jī)理，鎳離子通過(guò)還原劑次磷酸鹽的作用，被還原為金屬鎳，沉積在金屬表面并直至所需厚度。
2.1.2 轉(zhuǎn)化膜技術(shù)
鋁及鋁合金還可以采用轉(zhuǎn)化膜技術(shù)。轉(zhuǎn)化膜處理就是通過(guò)鋁及鋁合金的外層原子與腐蝕液中的介質(zhì)在特定條件下發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用，從而在金屬表面形成一層比原有氧化膜層附著力更好的膜層。轉(zhuǎn)化膜處理方法常見(jiàn)的有化學(xué)氧化法、陽(yáng)極氧化處理、稀土轉(zhuǎn)化膜等。
化學(xué)氧化處理后金屬新的膜層在耐磨性表現(xiàn)上差強(qiáng)人意，厚度較薄、承載能力不大。采用陽(yáng)極氧化法在生成新的膜層的過(guò)程中耗時(shí)較長(zhǎng)，但是若采取脈沖電流與直流電流相疊加的方法可使得膜層性能得到一定改觀。采用稀土轉(zhuǎn)化膜的方法，無(wú)污染性，操作簡(jiǎn)便。
2.1.3 高能束表面強(qiáng)化
鋁及鋁合金也可采用高能束表面強(qiáng)化的方法。主要包括微弧氧化、等離子注入、激光強(qiáng)化三種。
微弧氧化法可以在鋁合金表面形成一層氧化陶瓷轉(zhuǎn)化膜，膜層致密度高，與基底材料結(jié)合力強(qiáng)。工藝簡(jiǎn)單，前后無(wú)污染物，有“清潔工藝”之稱。其他優(yōu)點(diǎn)有：孔隙率低，從而提高了陶瓷層的耐腐蝕能力；含高溫轉(zhuǎn)變相，使陶瓷層硬度高、耐磨性好；陶瓷層在基體原位生長(zhǎng)，膜層與基體結(jié)合緊密，不易脫落等。
等離子注入法是一種新興的表面改性方法，可用于表面形狀不規(guī)則的工件，可批量生產(chǎn)。激光表面強(qiáng)化法使得金屬表面的強(qiáng)化層更加致密，力學(xué)性能和化學(xué)性能更為優(yōu)越。
2.2 鎂及鎂合金表面處理技術(shù)
鎂及鎂合金材料目前常用的表面處理方法主要有表面改性和表面涂層技術(shù)。
2.2.1 表面改性技術(shù)
（1）EB-PVD 技術(shù)：即為電子束氣相沉積技術(shù)。針對(duì)鎂合金表面處理，EB-PVD 技術(shù)是一種較為成熟的技術(shù) , 但也存在一些缺陷。一方面 ,EB-PVD 技術(shù)對(duì)真空設(shè)備要求極高 ; 另一方面 , 針對(duì)一些外形較為復(fù)雜的工件難以實(shí)現(xiàn)理想的處理效果 ; 最后 ,此項(xiàng)處理技術(shù)不能夠大批量應(yīng)用。
（2）化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)：鎂合金用到的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜基本上是含鉻轉(zhuǎn)化膜。這種轉(zhuǎn)化膜有較強(qiáng)的防腐蝕效果，但是毒性較大。因此 , 尋找一種無(wú)鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理工藝 , 是今后表面處理的研究重點(diǎn)。通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜表面處理得到的轉(zhuǎn)化膜厚度相對(duì)較薄、韌性不足孔洞較多 , 因此不能用作長(zhǎng)期保護(hù)膜。
（3）陽(yáng)極氧化技術(shù)：鎂合金的陽(yáng)極氧化膜的外層孔洞較多，內(nèi)層致密但厚度較差。鎂合金陽(yáng)極氧化膜必須經(jīng)過(guò)封閉, 否則耐腐性差。
（4）加弧輝光等離子表面處理技術(shù)：加弧輝光等離子表面處理技術(shù)是在雙輝離子處理技術(shù)基礎(chǔ)上通過(guò)引入冷陰極電弧源而研制出的一種新型離子滲金屬技術(shù)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是處理速度快、滲層均勻、成分可控、成本低等。缺陷是難于大批量生產(chǎn)，設(shè)備維護(hù)復(fù)雜。
（5）微弧氧化技術(shù)：經(jīng)微弧氧化處理的鎂合金制品，不僅抗蝕性能優(yōu)異，更由于氧化鎂陶瓷層的高阻抗特性而避免了鎂合金與其它金屬間的高溫“連接腐蝕”，解決了鎂合金在汽車(chē)等交通行業(yè)應(yīng)用的表面保護(hù)技術(shù)難題。
2.2.2 表面涂層處理
（1）合金表面噴涂納米和陶瓷涂層材料：與傳統(tǒng)涂層相比 , 納米結(jié)構(gòu)涂層在強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、耐磨、抗熱疲勞等方面均有顯著提高。在鎂合金表面進(jìn)行等離子弧噴涂 , 形成的陶瓷涂層可以提高表面的硬度、耐磨性及耐腐蝕性能。
（2）激光輔助熱噴涂工藝：激光輔助熱噴涂工藝即 Protal 技術(shù)。Protal 技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，不管是在機(jī)械行業(yè)還是航空工業(yè)和能源業(yè)，都可得到充分的應(yīng)用。但是該種方法也存在一些缺陷 , 如 Protal 工藝是如何讓涂層和基體間產(chǎn)生高結(jié)合強(qiáng)度，尚未得出一個(gè)全面的結(jié)論 ;Protal 工藝成本高，設(shè)備維護(hù)代價(jià)大;Protal 工藝處理的零部件外形不能過(guò)于復(fù)雜，否則處理起來(lái)有難度。
（3）表面電鍍：利用電鍍進(jìn)行表面處理是目前是鎂合金表面處理的一種較為成熟的方法 , 操作簡(jiǎn)便，推廣性強(qiáng)。但電鍍也有缺陷 , 例如若鍍件的外形不規(guī)則，則容易導(dǎo)致鍍層厚度不均勻; 另外 , 在浸鋅、氰化物鍍銅的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生毒性。
2.3 鈦及鈦合金表面處理技術(shù)
（1）電鍍：鈦合金基體上有一層致密的氧化物薄膜 , 電鍍不易進(jìn)行 , 所以電鍍前必須對(duì)鈦合金表面進(jìn)行預(yù)處理。
（2）交流微弧氧化：針對(duì)鈦合金表面，經(jīng)過(guò)交流微弧氧化技術(shù)獲得的氧化膜耐磨性較好、結(jié)合力高于10MPa；經(jīng)40次循環(huán)的熱轟動(dòng)下，依舊穩(wěn)定，表明通過(guò)微弧氧化處理過(guò)的鈦合金具有極好的耐熱及抗沖擊性能
（3）表面氧化處理：表面氧化處理后的氧化膜硬度較大。
（4）離子注入：: 離子注入法的優(yōu)勢(shì)是：結(jié)合度高，強(qiáng)度較大；可以較大程度保證工件的精度；工藝重復(fù)性好等。
（5）涂層技術(shù)：在鈦合金基體上加一種均勻的銅合金涂層，可以有效改善鈦合金表面的抗氧化性。
3 結(jié)語(yǔ)
隨著人類(lèi)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 , 鋁合金、鎂合金、鈦合金應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展 , 人們必將不斷探索金屬及合金表面強(qiáng)化的技術(shù)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，將納米技術(shù)、等離子體技術(shù)、高頻電磁技術(shù)、激光技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)不斷融入表面處理手段中，開(kāi)發(fā)出更便捷更環(huán)保的表面技術(shù)，幫助我們獲得具有耐超高溫、超高強(qiáng)度、超塑性、超耐磨性、多功能的常用合金。
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