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材料的表面處理工藝詳解,直觀易懂!

2024-01-20科學

表面處理是在基體材料表面上人工形成一層與基體的機械、物理和化學效能不同的表層的工藝方法。

表面處理的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。我們比較常用的表面處理方法是,機械打磨、化學處理、表面熱處理、噴塗表面,表面處理就是對工件表面進行清潔、清掃、去毛刺、去油汙、去氧化皮等。今天我們就來了解下表面處理工藝。

常用表面處理的工藝有:

真空電鍍、電鍍工藝、陽極氧化、電解拋光、移印工藝、鍍鋅工藝、粉末噴塗、水轉印、絲網印刷、電泳等。

01.真空電鍍

—— Vacuum Metalizing ——

真空電鍍是一種物理沈積現象。 即在真空狀態下註入氬氣,氬氣撞擊靶材,靶材分離成分子被導電的貨品 吸附形成 一層均勻光滑的仿金屬表面層。

適用材料:

1、很多材料可以進行 真空電鍍,包括金屬,軟硬塑膠,復合材料,陶瓷和玻璃。 其中最常見用於電鍍表面處理的是鋁材,其次是銀和銅。

2、自然材料不適合進行真空電鍍處理 ,因為自然材料本身的水分會影響真空環境。

工藝成本:真空電鍍過程中,工件需要噴塗,裝載,解除安裝和再噴塗,所以人力成本相當高,但是也取決於工件的復雜度和數量。

環境影響:真空電鍍對環境汙染很小,類似於噴塗對環境的影響。



02.電解拋光

—— Electropolishing ——

電拋光是一種電化學過程,其中浸沒在電解質中的工件的原子轉化成離子,並由於電流的透過而從表面移除,從而達到工件表面除去細微毛刺和光亮度增大的效果。

適用材料:

1.大多數金屬都可以被電解拋光,其中 最常用於不銹鋼的表面拋光 (尤其適用於奧氏體核級不銹鋼)。

2. 不同材料不可同時進行電解拋光 ,甚至不可以放在同一個電解溶劑裏。

工藝成本:電解拋光整個過程基本由自動化完成,所以人工費用很低。環境影響:電解拋光采用危害較小的化學物質,整個過程需要少量的水且操作簡單,另外可以延長不銹鋼的內容,起到讓不銹鋼延緩腐蝕的作用。


03.移印工藝

—— Pad Printing ——

能夠在不規則異形物件表面上印刷文字、圖形和圖像 ,現在正成為一種重要的特種印刷。

適用材料:

幾乎所有的材料都可以使用移印工藝,除了比矽膠墊還軟的材質,例如PTFE等。

工藝成本:模具費用低、人力成本低。

環境影響:由於此工藝只局限於溶解性油墨(其中含有害化學物質),所以對環境影響很大。


04.鍍鋅工藝

—— Galvanizing ——

在鋼鐵合金材料的表面鍍一層鋅以起美觀、防銹等作用的表面處理技術 ,表面的鋅層是一種電化學保護層,可以防止金屬腐壞, 主要采用的方法是熱鍍鋅和電鍍鋅。

適用材料:

由於鍍鋅工藝依賴於冶金結合技術,所以只適合鋼和鐵的表面處理。

工藝成本:無模具費用,周期短/人力成本中等,因為工件的表面品質很大程度上取決於鍍鋅前的人工表面處理。

環境影響:由於鍍鋅工藝增長了鋼鐵件40-100年的使用壽命,很好地防止了工件的生銹和腐壞,所以對保護壞境有積極的作用。另外,鍍過鋅的工件在使用壽命到期後,可以重新送返鍍鋅槽,對液態鋅的反復利用不會產生化學或物理廢料。

05.電鍍工藝

—— Electroplating ——

利用電解作用使零件表面附著一層金屬膜的工藝,從而 起到防止金屬氧化,提高耐磨性、導電性、反光性、抗腐蝕性及增進美觀等作用 ,不少硬幣的外層亦為電鍍。

適用材料:

1.大多數金屬可以進行電鍍, 但是不同的金屬具有不同等級的純度和電鍍效率。其中最常見的有: 錫、鉻、鎳、銀、金和銠。

2.最常用於電鍍的塑膠為ABS。

3.鎳金屬不可用於電鍍接觸皮膚的產品,因為鎳對皮膚有刺激性且有毒性。

工藝成本:無模具費用,但需要夾具對零件進行固定/時間成本取決於溫度和金屬種類/人力成本(中-高),取決於具體電鍍件的種類,例如銀器和珠寶的電鍍就需要極高的熟練工人進行操作,因為其對外觀和耐久性的要求很高。

環境影響:大量有毒物質會被用在電鍍過程中,所以需要專業的分流和提取,以確保最小的環境影響。


06.水轉印

—— Hydro Transfer Printing ——

是利用水壓將轉印紙上的彩色紋樣印刷在三維產品表面的一種方式。 隨著人們對產品包裝與表面裝飾要求的提高,水轉印的用途越來越廣泛。

適用材料:

所有的硬材料都適合水轉印,適合噴塗的材料也一定適用於水轉印。最常見的為註塑件和金屬件。

工藝成本:無模具費用,但需要利用夾具將多件產品同時進行水轉印,時間成本一般每周期不會超過10分鐘。

環境影響:和產品噴塗比較而言,水轉印更充分的套用了印刷塗料,減少了廢料泄漏和材料浪費的可能。



07.絲網印刷

—— Screen Printing ——

透過刮板的擠壓,使油墨透過圖文部份的網孔轉移到承印物上 ,形成與原稿一樣的圖文。絲網印刷裝置簡單、操作方便,印刷、制版簡易且成本低廉,適應力強。

常見的印刷品有: 彩色油畫、招貼畫、名片、裝幀封面、商品標牌以及印染紡織品等。

適用材料:

幾乎所有的材料都可以絲網印刷,包括紙張、塑膠、金屬、陶藝和玻璃等。

工藝成本:模具費用低,但是還是取決於顏色的數量,因為每一種顏色都要單獨制版。人力成本偏高,尤其當涉及到多色印刷。

環境影響:淺色絲印油墨對環境影響較小,然而含有PVC和甲醛的油墨具有有害的化學物質,需及時回收和處理以防汙染水資源。



08.陽極氧化

—— Anodic Oxidation ——

主要是鋁的陽極氧化,是利用電化學原理,在鋁和鋁合金的表面生成一層Al2O3(氧化鋁)膜。這層氧化膜具有防護性、裝飾性、絕緣性、耐磨性等特殊特性。

適用材料:

鋁、鋁合金等鋁制品

工藝成本:生產過程中,水、電的消耗是相當大的,特別是在氧化工序。機器本身的熱耗,需要不停地用迴圈水進行降溫,噸電耗往往在1000度左右。

環境影響:陽極氧化在能效方面不算出色,同時在鋁電解生產中,陽極效應還會產生對大氣臭氧層造成破壞性副作用的瓦斯。



09.金屬拉絲

—— Metal Wired ——

是透過研磨產品在工件表面形成線紋,起到裝飾效果的一種表面處理手段。根據拉絲後紋路的不同可分為:直紋拉絲、亂紋拉絲、波紋、旋紋。

適用材料:幾乎所有的金屬材料都可以使用金屬拉絲工藝。

工藝成本:工藝方法簡單,裝置簡單,材料消耗甚少,成本比較低廉,經濟效益高。

環境影響:純金屬制品,表面無油漆和任何化工物質,600度高溫不燃燒,不產生有毒瓦斯,復合消防環保要求。



10.模內裝飾

—— In-Mold Decoration-IMD ——

是將已印刷好圖案的膜片放入金屬模具內,將成型用的樹脂註入金屬模內與膜片接合,使印刷有圖案的膜片與樹脂形成一體而固化成成品的一種成型方法。

適用材料:塑膠表面

工藝成本:只需開一套模具,能降低成本與工時高自動化生產,制程簡化,有一次註塑成型的工法,將成型與裝飾同時達成。

環境影響:該技術綠色環保,避免了傳統的噴漆電鍍帶來的汙染。