產(chǎn)品造型材料與工藝第6講金屬表面處理與裝飾技術(shù)

1、產(chǎn)品造型材料與工藝第六講1第二章 金屬材料及其加工技術(shù)第一節(jié) 常用金屬材料及其特性第二節(jié) 金屬材料成型與工藝性第三節(jié) 金屬表面處理與裝飾技術(shù)2種類效果手段表面精加工使表面平滑光亮美觀,具有凹凸肌理機(jī)械加工:切削研磨研削化學(xué)方法:研磨表面清洗蝕刻電化學(xué)拋光表面層改質(zhì)改變材料表面的色彩肌理及硬度,提高金屬表面的耐蝕性耐磨性及著色性能化學(xué)熱處理:滲碳化學(xué)轉(zhuǎn)化膜:電化學(xué)陽極氧化發(fā)黑表面淬火表面被覆改變材料表面的物理化學(xué)性質(zhì),賦予材料新的表面肌理色彩和輝度金屬被覆:電鍍有機(jī)物被覆:涂裝塑料襯里陶瓷被覆:搪瓷景泰藍(lán)3第三節(jié) 金屬表面處理與裝飾技術(shù)一、金屬材料的表面改性處理1 鋁及鋁合金的氧化與著色處理2

2、鋼鐵的氧化與磷化處理3 銅及銅合金的氧化處理4 金屬熱處理二、金屬材料的表面被覆裝飾技術(shù)1 鍍層裝飾技術(shù)2 涂層裝飾技術(shù)3 搪瓷被覆技術(shù)三、金屬表面精加工處理4金屬表面處理與裝飾的作用？保護(hù)產(chǎn)品外觀美，延長使用壽命美化、裝飾產(chǎn)品產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)師要了解表面處理與裝飾技術(shù)的特點(diǎn)，會(huì)正確合理的選用。5通過陽極氧化工藝使得水壺表面增加了一層絢麗的色彩，增添了生活的色彩，也增加了產(chǎn)品的附加值。 6一、金屬材料的表面改性處理什么是化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)？ 指金屬表面的原子層與某些特定介質(zhì)的陰離子反應(yīng)后，在金屬表面生成膜層，該膜層叫轉(zhuǎn)化膜。轉(zhuǎn)化膜可分為：電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜：氧化膜、鉻酸鹽膜、磷酸鹽膜。特點(diǎn)：基體

3、金屬直接參與成膜反應(yīng)膜與基體結(jié)合力大.應(yīng)用：電絕緣，防腐，著色、裝飾，應(yīng)用極廣。7鋁制品陽極氧化工藝流程:鋁工件-機(jī)械預(yù)處理-上掛具-脫脂-水洗-堿洗-水洗-中和-水洗-陽極氧化-水洗-著色-去離子水洗封閉-烘干-下掛具8鋁及鋁合金的氧化與著色處理1 鋁及鋁合金的電化學(xué)氧化定義 鋁及鋁合金零件在電解液中進(jìn)行電化學(xué)氧化，因零件作為陽極，故也稱鋁陽極氧化氧化膜的性質(zhì)多孔性吸附性好硬度高、耐磨電絕緣、絕熱是有機(jī)涂料的良好底層9鋁及鋁合金的氧化與著色處理1 鋁及鋁合金的電化學(xué)氧化電化學(xué)氧化溶液的種類：以酸性電解液居多，有硫酸、鉻酸、磷酸、草酸等，其中硫酸應(yīng)用最廣（硫酸陽極化）1011鋁及鋁合金的氧化與

4、著色處理2 鋁及鋁合金的化學(xué)氧化定義 指不用外來電流而僅把工件置入適當(dāng)溶液中，使其表面生成人工氧化膜。一般將鋁件浸入含有堿溶液和堿金屬的鉻酸鹽溶液中，鋁和溶液生成Al2O3和Al(OH)3的波膜，厚度0.54um。特點(diǎn)：強(qiáng)度差，易磨損，抗蝕性也差，質(zhì)柔軟，一般不易單獨(dú)使用。但吸附性好，一般作為表面涂裝的底層。生產(chǎn)效率高、成本低、不耗電能、不需專門設(shè)備，適合大批量生產(chǎn)，在面飾中大量采用。12鋁及鋁合金的氧化與著色處理3 鋁及鋁合金氧化膜的著色（1）化學(xué)染色法（2）整體著色法（3）電解著色法（4）干涉著色法13鋁及鋁合金的氧化與著色處理3 鋁及鋁合金氧化膜的著色（1）化學(xué)染色法把氧化后的制件用有機(jī)

5、染料或無機(jī)染料的水溶液來染色。特點(diǎn)：目前多用有機(jī)染料，其色彩豐富、鮮艷14鋁及鋁合金的氧化與著色處理3 鋁及鋁合金氧化膜的著色（2）整體著色法（無機(jī)著色法）用硫酸和有機(jī)酸的混合物作氧化溶液，通以直流電，陽極氧化與著色同步進(jìn)行特點(diǎn)：著色膜對(duì)陽光和風(fēng)化作用穩(wěn)定性好；不足：耗電量大、成本高，已漸被電解著色取代153 鋁及鋁合金氧化膜的著色（3）電解著色法先在硫酸溶液常規(guī)陽極氧化，陽極氧化后的多孔性氧化膜在金屬鹽的著色液中電解著色。特點(diǎn)：比染色法耐曬性好，比整體著色法能耗小、工藝條件易控制163 鋁及鋁合金氧化膜的著色（4）干涉著色法由電解著色法發(fā)展而來，在陽極氧化和電解著色兩步法之間加一擴(kuò)孔步驟，即

6、先進(jìn)性硫酸陽極化，然后磷酸陽極化，再電解著色特點(diǎn)：顏色是由于氧化膜的上表面反射的光和氧化膜與鋁基體界面折射的光產(chǎn)生干涉的結(jié)果17鋁的電解著色18陽極氧化材料：鋁合金 陽極氧化染色艷麗、色域?qū)拸V，染色后的產(chǎn)品顏色明亮、有光澤感，現(xiàn)被廣泛運(yùn)用在數(shù)碼等產(chǎn)品中。鋁制品陽極氧化工藝流程:鋁工件機(jī)械與處理上掛具脫脂水洗堿洗水洗中和水洗陽極氧化水洗著色去離子水洗封閉烘干下掛具19鋼鐵的氧化與磷化處理1 鋼鐵的氧化處理鋼鐵的化學(xué)氧化（發(fā)藍(lán)） 將鋼鐵零件浸在濃堿溶液中煮沸，在金屬表面生成穩(wěn)定的四氧化三鐵的過程。四氧化三鐵氧化膜呈藍(lán)黑色，故又稱“發(fā)藍(lán)”常溫發(fā)黑:浸入硫酸和硫酸銅溶液,用脫水緩蝕劑、石蠟封閉。特點(diǎn)：

7、簡便、經(jīng)濟(jì)。膜厚0.5-1.6um,吸附性好，發(fā)藍(lán)后可浸油或填充處理，進(jìn)一步提高膜層的耐蝕性。膜薄，不影響零件的裝配尺寸；對(duì)表面光潔要求高或拋光的精密件，發(fā)藍(lán)后表面既亮又黑，可防護(hù)和裝飾。一般不產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，適用于高強(qiáng)鋼薄鋼片、氫脆敏感彈簧件等20發(fā)藍(lán)21鋼鐵的氧化與磷化處理2 鋼鐵的磷化處理將零件進(jìn)入磷酸鹽溶液中進(jìn)行化學(xué)處理，在金屬表面生成難溶于水的磷酸鹽膜的過程。特點(diǎn)：膜厚3-20um,或更厚。膜與金屬基體有較好的結(jié)合，對(duì)大氣及各種有機(jī)油類、苯、甲苯等氣體燃料有很好的耐蝕性；對(duì)潤滑油有很好的吸附性，不粘附熔融金屬、不影響零件的焊接性能是高電阻膜層，有很好的電絕緣性不足：膜機(jī)械強(qiáng)度不高，有一

8、定脆性，有氫的析出，應(yīng)注意氫脆問題，如對(duì)高強(qiáng)鋼222324銅及銅合金的氧化處理“銅綠”：銅在潮濕的大氣和海水條件下容易腐蝕，在水、二氧化碳、氧的作用下生成腐蝕產(chǎn)物堿式碳酸銅。耐蝕處理方法：1 過硫酸鹽堿性溶液氧化法2 銅氨溶液化學(xué)氧化法3 古銅色化學(xué)氧化銅鍍層4 堿性溶液電化學(xué)氧化法25銅及銅合金的氧化處理1 過硫酸鹽堿性溶液氧化法 在由氫氧化鈉和過硫酸鹽配好的過硫酸鉀溶液中經(jīng)60-65度浸煮，生成黑色氧化膜。26銅及銅合金的氧化處理2 銅氨溶液化學(xué)氧化法適合含銅52%-68%的黃銅件，所得氧化膜為藍(lán)黑色。氧化膜質(zhì)量比過硫酸鹽法氧化膜差，為提高防護(hù)能力，可再涂以清漆。27銅及銅合金的氧化處理3

9、 古銅色化學(xué)氧化銅鍍層在制件鍍銅后，在硫酸溶液中活化，再以過硫酸鹽堿性溶液氧化。色澤雅致、美觀大方、古色古香；化學(xué)氧化后，可進(jìn)行機(jī)械拋光或滾光，再浸涂清漆，提高防蝕和變色能力2829銅及銅合金的氧化處理4 堿性溶液電化學(xué)氧化法以銅制件為陽極，置入氫氧化鈉熱溶液中，鋼或鍍鎳鋼板作為陰極，通以直流電，形成黑色氧化膜。適用于各種牌號(hào)的銅合金。30金屬的熱處理在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織與性能的工藝分三大類整體熱處理：退火、正火、淬火、回火表面熱處理：表面淬火+回火，氣相沉積.高硬度耐磨.化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮等.耐磨.31整體熱處理 （加熱保溫冷卻）對(duì)工件進(jìn)行整體加熱，以改善整體組織和

10、性能的處理工藝退火：加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻對(duì)鋼鐵，去內(nèi)應(yīng)力，退火溫度500-650度。正火：加熱到臨界溫度以上30-50度，保溫適當(dāng)時(shí)間后，在空氣中冷卻。冷卻速度比退火快，組織細(xì)小，強(qiáng)度、硬度、韌性都高于退火，且塑性基本不降低淬火：加熱到臨界溫度以上，保持一定時(shí)間后快速冷卻,或高硬度的組織回火:鋼件淬硬后加熱到臨界溫度以下某一溫度,保溫一定時(shí)間后冷卻到室溫.將降低脆性消除殘余應(yīng)力,如不及時(shí)回火,工件會(huì)變形開裂.32二、金屬材料的表面裝飾定義 也稱金屬材料的表面被覆處理，表面被覆處理層是一種皮膜。1 鍍層裝飾技術(shù)電鍍、化學(xué)鍍、真空蒸發(fā)沉積鍍、氣相鍍2 涂層裝飾技術(shù)3 搪瓷

11、被覆技術(shù)33二、金屬材料的表面裝飾1 鍍層裝飾技術(shù)在制品表面形成具有金屬特性的鍍層。作用：可提高制品的耐蝕性和耐磨性增強(qiáng)制品的表面色彩、光澤和肌理的裝飾效果提高制品的品位和檔次34電鍍通過電解方法在固體表面獲得金屬沉積層的過程。目的：改善外觀，耐蝕、耐磨原理：電鍍金屬作為陽極逐漸溶解，補(bǔ)充鍍液中的金屬離子，在陰極金屬離子還原反應(yīng)后沉積在工件表面。鍍鉻、鎳預(yù)處理（活化處理等）電鍍后處理（鈍化處理等）35鍍層裝飾采用電鍍、化學(xué)鍍、真空蒸發(fā)沉積鍍等方式對(duì)金屬表面進(jìn)行處理。鍍層色彩艷麗、色域?qū)拸V，裝飾效果很好，并且對(duì)金屬表面起到了防腐蝕、防劃傷的保護(hù)作用。鍍層裝飾在電子產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，豐富絢麗的色彩滿

12、足了當(dāng)今人們追求時(shí)尚感、年輕感和個(gè)性化的要求。手機(jī)36電鍍飾品3738二、金屬材料的表面裝飾2 涂層裝飾技術(shù)（簡稱涂裝）在制品表面形成以有機(jī)物為主體的涂層，并干燥成膜的工藝。一般分三步：前處理、涂敷、涂層干燥。作用：保護(hù)：防腐蝕、劃傷、臟污；裝飾：色彩、光澤、肌理；特殊作用：隔熱、絕緣、耐輻射、阻尼、殺菌、吸收雷達(dá)波、隔音、導(dǎo)電等缺點(diǎn)：工藝不當(dāng)，易出現(xiàn)劣化、脫落、起泡、膜下浸蝕等39404142二、金屬材料的表面裝飾3 搪瓷被覆技術(shù)公元前3世紀(jì)在埃及已有了銅器表面的搪瓷技術(shù)。后來發(fā)展為景泰藍(lán)工藝，工業(yè)上稱搪瓷。用玻璃質(zhì)材料在金屬制品表面形成一被覆層，然后在800度左右進(jìn)行一定時(shí)間的燒制而成。鐵

13、、銅、鋁、不銹鋼以及金、銀都可被覆搪瓷和景泰藍(lán)。不足：受到?jīng)_擊、急劇溫度變化，易剝落434445新技術(shù) 層壓塑料薄膜用層壓法把塑料薄膜粘結(jié)在鋼板上。利用粘結(jié)劑將鋼材基件和塑料薄膜粘結(jié)在一起，膜層上可以壓制圖案、花紋。丙烯酸樹脂薄膜：20年不退色、脫落，75um厚，主要用于建筑裝飾層壓于鍍鋅鋼板氯乙烯薄膜：優(yōu)良的韌性、耐候性、抗腐蝕，膜色彩鮮艷、品種繁多，厚200um，用于鋼板和鋼帶，各工業(yè)部門都有應(yīng)用聚乙烯薄膜：100-300um厚,可壓制或印刷花紋，有良好的絕緣性和抗刮傷性，建筑上用于隔墻材料，儀表工業(yè)用于外罩聚氯乙烯薄膜：良好的耐候性、耐熱性和耐化學(xué)藥品性能，最高持續(xù)工作溫度100度，后1

14、2-100um,可在鍍鋅鋼板和鋁板上層壓，有很強(qiáng)的抗老化性能，用于建筑裝飾面板和室外器材，20年不退色、脫落和開裂46熱浸涂層將金屬制件浸入另一種低熔點(diǎn)熔融金屬中獲得金屬涂層的一種方法。作為涂層的金屬有：鋅、錫、鋁、鉛，基體材料主要有鋼鐵、鑄鐵、銅“純?nèi)廴诮饘偃廴诮饘倥c基體金屬的合金層基體金屬”：標(biāo)準(zhǔn)熱浸涂層組織合金層硬度一般比基體金屬還要硬，耐相當(dāng)大的沖擊及摩擦47熱浸涂層熱浸鋅層：經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，有良好的耐磨性和耐蝕性，用于在室外暴曬使用的鋼材，熱浸鍍鋅板熱浸錫層：在有機(jī)酸中穩(wěn)定、無毒、不易變色，多用于包裝工業(yè)和食品罐頭工業(yè)熱浸涂鉛： 主要用于包覆電纜及汽車汽油箱熱浸鍍鋁：用于汽車底盤等耐常溫

15、大氣腐蝕48暫時(shí)性防護(hù)涂層指當(dāng)需要使用金屬材料或制件時(shí)，可很容易地將防護(hù)層除掉，恢復(fù)原有金屬的表面色彩、光澤和肌理，沒有任何損傷或痕跡。涂層：防銹油、防銹紙、可剝性塑料等非金屬材料49三、精加工處理1 切削與研削加工2 研磨3 蝕刻501 切削和研削研削：利用砂輪對(duì)金屬表層進(jìn)行加工的方法。行磨高精度切削加工 512 研磨通過堅(jiān)硬細(xì)微的研磨料進(jìn)行的機(jī)械研磨通過電解金屬表面溶解而進(jìn)行的電解研磨通過試劑作用引起的金屬化學(xué)溶解而進(jìn)行的化學(xué)研磨電解研磨和化學(xué)研磨：金屬表面凸部選擇性溶解而使表面平滑。52表面研磨拋光利用機(jī)械或手工，用研磨材料對(duì)金屬表面進(jìn)行處理。經(jīng)過加工處理后的金屬表面細(xì)膩、光感強(qiáng)烈，給人

16、以精致和高品質(zhì)的感覺。圖中產(chǎn)品的材料自上而下分別是不銹鋼、鈦合金、銀。對(duì)于不同材質(zhì)的金屬，由于其硬度的不同，研磨拋光使用的研磨材料也不同。其中，高級(jí)的銀器均由手工打磨而成。由于銀的硬度很低，又屬于貴重金屬，銀器的研磨拋光非?？简?yàn)手藝。做工精良的銀器由于其美麗的光澤，常給人優(yōu)雅高貴的感覺。茶壺打火機(jī)容器53表面金屬拉絲金屬拉絲分為直紋、亂紋、波紋和螺旋紋四種。其中直紋拉絲在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛。直紋金屬拉絲效果給人以強(qiáng)烈的速度感、科技感和時(shí)尚感，在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)，尤其是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用非常廣泛。例如在數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、筆記本、MP3、MP4等中十分常見，凸顯了產(chǎn)品時(shí)尚、簡約、現(xiàn)代的特性。數(shù)碼相機(jī)

17、543 蝕刻利用化學(xué)藥品的作用使被加工金屬表面的特定部位浸蝕溶解而形成的凹凸模樣的一種加工方法。用耐藥品浸蝕膜（隔離模式掩蔽膜）覆蓋整個(gè)金屬表面，然后用機(jī)械或化學(xué)方法去除要求凹下去的部位的膜，最后進(jìn)入藥液進(jìn)行溶解。例如 17世紀(jì)發(fā)明的銅板畫：涂蠟硝酸液浸蝕；55金屬刻蝕畫56表面蝕刻利用化學(xué)藥品的作用使被加工金屬表面的特定部位浸蝕溶液而形成凹凸紋樣的加工方法。表面蝕刻適用于細(xì)節(jié)的處理和加工表面裝飾性紋飾，有較高的加工隨意度，可以加工各種復(fù)雜紋樣，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，有很強(qiáng)的裝飾性。手機(jī)5758金屬材料表面處理的分類種類效果手段表面精加工使表面平滑光亮美觀,具有凹凸肌理機(jī)械加工:切削研磨研削化學(xué)方法:研磨表面清洗蝕刻電化學(xué)拋光表面層改質(zhì)改變材料表面的色彩肌理及硬度,提高金屬表面的耐蝕性耐磨性及著色性能化學(xué)熱處理:滲碳化學(xué)轉(zhuǎn)化膜:電化學(xué)陽極氧化發(fā)黑表面淬火表面被覆改變材料表面的物理化學(xué)性質(zhì),賦予材料新的表面肌理色彩和輝度金屬被覆:電鍍有機(jī)物被