淺析機(jī)械工程材料的表面處理方法

劉吉寶

摘要：隨著我國機(jī)械經(jīng)濟(jì)體制的發(fā)展，機(jī)械材料的浪費現(xiàn)象也更加嚴(yán)重，機(jī)械材料的鋪張浪費，給我國綜合國力的增長帶來了嚴(yán)重影響。為了有效促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使我國經(jīng)濟(jì)在全球經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，本文將對機(jī)械工程材料的表面處理方法進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程；材料表面；處理方法

前言：對機(jī)械材料的表面進(jìn)行綜合處理，一方面能夠延長機(jī)械材料的使用壽命，提高機(jī)械材料的重復(fù)使用率，另一方面又能夠減少機(jī)械材料的浪費現(xiàn)象的發(fā)生，保障了我國機(jī)械企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)械工程材料的表面處理方法主要有表面覆蓋層強(qiáng)化法、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)法等，綜合分析機(jī)械工程材料的表面處理方法對我國機(jī)械經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。

1機(jī)械工程材料概述

1.1機(jī)械材料的發(fā)展歷史

機(jī)械工程材料屬于工藝材料的一種，是指用于制造各種機(jī)械零件或者機(jī)械構(gòu)件在制造過程中的工藝材料，是機(jī)械加工的重要組成部分。機(jī)械材料的發(fā)展具有悠久的歷史，在鋼、鐵等材料未被發(fā)現(xiàn)之前，人類最早使用的機(jī)械材料主要是自然材料，自然材料能夠從自然中獲取，而且材料資源比較廣，獲取的方法也比較簡便，例如，石頭、泥土、獸皮等。隨著人類文明的不斷進(jìn)步，火被人們發(fā)明出來，隨著火種的發(fā)明，人們又逐漸的摸索出燒瓷制造術(shù)，能夠燒制出陶器或者瓷器等，這一時期就主要使用陶器和瓷器。到西周時期，我國勞動人們發(fā)現(xiàn)了青銅，青銅也是我國最早開始使用的金屬材料。隨著人類文明的進(jìn)一步深化，煉鋼和煉鐵技術(shù)的發(fā)展為機(jī)械材料的使用帶來了前所未有的機(jī)遇，現(xiàn)階段我國主要使用的機(jī)械材料是鋼或者鐵，也有一小部分使用高分子材料。二十世紀(jì)以來，國內(nèi)外的很多機(jī)械材料專家致力于研究提高鋼鐵等材料的使用性能和加工性能。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，國內(nèi)外的材料工作者主要研究高分子材料在機(jī)械中的使用[1]。

1.2機(jī)械材料的分類

1.2.1按金屬性質(zhì)劃分

機(jī)械工程材料的涉及的范圍很廣，按照金屬性質(zhì)劃分主要為金屬材料和非金屬材料。金屬材料在機(jī)械工程中占有重要地位，主要是因為金屬材料具有很好的導(dǎo)熱性質(zhì)，導(dǎo)電性能也比較強(qiáng)，用來制作機(jī)械零件的硬度比較高，金屬材料的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，被廣泛使用在我國機(jī)械工程的零件制作中。非金屬材料主要包括陶瓷、玻璃、水泥等無機(jī)非金屬材料，和有機(jī)高分子材料，除此之外，還要兩者混合的符合材料，由于復(fù)合材料結(jié)合了有機(jī)高分子材料和無機(jī)非金屬材料的優(yōu)點，所以具有比一般材料優(yōu)越的綜合性能，被當(dāng)做一種新型材料應(yīng)用在工程制作中。

1.2.2按使用類型劃分

機(jī)械工程材料按用途劃分的種類比較多，有結(jié)構(gòu)鋼組成的結(jié)構(gòu)材料，也有工具鋼組成的共模具材料，還要不銹鋼組成的耐腐蝕性較強(qiáng)的耐蝕材料。按使用類型劃分的機(jī)械工程材料的用途由制造材料的成分決定，由耐磨鋼組成的材料就具有很好的耐磨性質(zhì)。

2機(jī)械工程材料表面處理方法的重要意義

用于制造機(jī)械產(chǎn)品的材料的質(zhì)量和性能在很大程度上決定了機(jī)械產(chǎn)品的安全性和可靠性，一般情況下，制作機(jī)械產(chǎn)品的材料的造價過高，而機(jī)械工程材料表面容易受雨水或者化學(xué)藥劑的侵蝕，不利于機(jī)械工程材料很好的發(fā)揮功能，因此，必要的機(jī)械工程材料表面處理方法變得尤為重要。機(jī)械工程材料表面處理方法能夠減少機(jī)械工程施工過程中的材料成本，降低機(jī)械工程造價的成本，有利于機(jī)械工程發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，從而促進(jìn)我國機(jī)械經(jīng)濟(jì)體制的智能化、可持續(xù)性發(fā)展[2]。

3機(jī)械工程材料的表面強(qiáng)化處理方法

3.1表面覆蓋層強(qiáng)化法

表面覆蓋層強(qiáng)化法是使得機(jī)械材料表面覆蓋一些特殊的涂層，例如鍍覆層和氣相沉積層。在機(jī)械材料的表面鍍上一種特殊化學(xué)成分或者物理成分的物質(zhì)，能夠使得原本的機(jī)械材料具有一些特殊的功能和性質(zhì)。比如，在機(jī)械材料表面鍍上防氧化劑，就能提高機(jī)械材料表面的抗氧化能力，以提高材料表面的強(qiáng)度。在我國現(xiàn)階段的機(jī)械材料加工中，工程技術(shù)人員主要使用金屬熱噴涂或者表面氣相沉淀等工藝方法，不同的工藝方法能夠不同程度的提高機(jī)械材料表面的硬度，熱噴涂方法是將所要使用的機(jī)械材料的涂層高溫熔化掉，然后將熔化的材料以高速氣流的方式霧化成極其微小的顆粒，然后在高速的情況下，將霧化的顆粒噴在機(jī)械材料的表面上，以增強(qiáng)機(jī)械材料的耐磨性和耐腐蝕性，還能延長機(jī)械材料的使用壽命[3]。

3.2機(jī)械材料表面形變強(qiáng)化法

表面強(qiáng)化法是讓機(jī)械材料表層產(chǎn)生冷塑性變形的材料處理方法，這種處理方法的原理是利用金屬的冷化變形原理，通過滾壓或者擠壓的方式讓金屬材料的表面產(chǎn)生一定的形變，這種方式只適用于強(qiáng)度適中的金屬材料，能夠提高材料本身的彈性形變能力，提高零件的彈性，增強(qiáng)機(jī)械零件的抗疲勞能力。表面形變強(qiáng)化法不僅能夠提高技術(shù)材料表面的強(qiáng)度和硬度，還能改變金屬材料的形狀，當(dāng)機(jī)械零件變形時，可以利用此方法將變形的零件回歸到原本的形狀，大大節(jié)約了金屬材料費用，提高了機(jī)械材料的重復(fù)利用率。還需注意的是，表面強(qiáng)化法是一種冷處理方式，對一些不能進(jìn)行加熱處理的金屬材料具有良好的處理效果[4]。

4機(jī)械工程材料的表面防護(hù)處理

4.1電鍍法

電鍍工程材料表面防護(hù)法是利用金屬材料的陰陽極的導(dǎo)電性進(jìn)行金屬零件的處理。電鍍的使用方法要根據(jù)金屬的性質(zhì)進(jìn)行選擇，鉻、鋅、銅、錫、金等材料要相對應(yīng)的選擇適合材料性質(zhì)的電鍍方法，將金屬零件作為陰極，浸泡在想要實施電鍍的金屬材料的鹽溶液中，之后通上直流電，在直流電場的作用下，將金屬鹽溶液中的陽離子分離出來，讓后沉積在金屬表面，以此形成一個極為牢固的鍍層，提高金屬零件的強(qiáng)度和硬度[5]。

4.2電鍍法的應(yīng)用途徑

電鍍法是機(jī)械工程材料中常用的一種表面處理方法，工程技術(shù)人員利用電鍍法鍍能夠準(zhǔn)確的控制好金屬材料的鍍層的厚度，不同加熱或者冷卻就能很好的提高鍍層的質(zhì)量，鍍層與被電鍍的金屬材料之間能夠緊密的結(jié)合。電鍍法主要有三個利用途徑；第一種是利用電鍍法鍍出來的金屬材料具有很好的防護(hù)性，能夠防止大氣或者其他環(huán)境對金屬的腐蝕，例如，鋼鐵、鋅、鎳、鉻等材料很容易被大氣中的成分氧化、腐蝕。利用電鍍法能夠在這些金屬表面鍍上一層防護(hù)層，起到抗腐蝕的作用；第二種是電鍍法的修復(fù)性鍍層。利用電鍍法能夠修復(fù)金屬零件的磨損部位，從而彌補(bǔ)零件的尺寸偏差值，此外，電鍍法還能增大金屬零件的尺寸，彌補(bǔ)工件的磨損面，大大提高工件的重復(fù)使用率；第三種是用來裝飾，電鍍法的裝飾性鍍層能夠提高金屬工件的美觀度，同時還兼具防腐的功能，達(dá)到了實用性與美觀性相結(jié)合的目的。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電鍍技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，不僅僅能夠使用于金屬材料，還能應(yīng)用在塑料、玻璃等非金屬材料[6]。

4.3化學(xué)鍍

化學(xué)鍍能夠還原出金屬鍍層，將金屬離子浸泡在適量的還原劑溶液中，就能使得機(jī)械工程材料表面在催化的作用下還原出金屬鍍層?；瘜W(xué)鍍的應(yīng)用材料的范圍非常廣，主要包括金屬和非金屬，導(dǎo)體和半導(dǎo)體等材料，在機(jī)械工程材料的表面處理方法中，最常用的是化學(xué)鍍鎳和化學(xué)鍍銅。

4.4化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)方法

4.4.1氧化處理

氧化處理的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)中常用的一個方法，采用化學(xué)或者電化學(xué)的方法使得機(jī)械工程材料的表面形成一種氧化膜，提高機(jī)械工程材料表面的抗腐蝕性，美化材料表面的外觀。鋼、鐵、鋁以及鋁合金等機(jī)械工程材料是比較適用氧化處理方法的。將鋼、鐵等機(jī)械工程零部件放入事先配好的氧化還原液中，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行加熱，讓零部件在加熱的條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，以此，在金屬材料的表面形成一種緊密的氧化膜，改善零部件的性能。鋁以及鋁合金的機(jī)械工程材料的氧化處理主要包括化學(xué)氧化法和陽極氧化法?；瘜W(xué)氧化法是將機(jī)械工程零件放入實現(xiàn)準(zhǔn)備好的弱堿或者弱酸溶液中，使得零件表面與氧化膜緊密的結(jié)合在一起，提高零件的抗腐蝕能力和耐磨損的能力。

4.4.2鋼鐵的磷酸鹽處理

鋼鐵的磷酸鹽處理是將機(jī)械工程工件浸泡在人工配好的磷酸鹽溶液中，以此，在工件的表面形成一種不溶于水的磷酸鹽薄膜，這種磷酸膜具有極高的抗氧化能力，而且具有耐高溫的特點，即使在200或者300℃的溫度下，依然具有很高的耐腐蝕性。

4.5涂料涂裝法

涂料涂裝法是在機(jī)械工程材料的表面涂上一層具有防腐性質(zhì)的材料，將材料與大氣中的物質(zhì)隔開，以達(dá)到防腐蝕的目的。在我國，常用的涂料有紅丹漆、酚醛樹脂漆等，涂料法的操作成本低廉，操作過程也比較簡單，主要應(yīng)用在一些大型的機(jī)械工程材料中。除了涂料以外，塑料薄膜也具有很好的抗腐蝕能力，不僅如此，涂塑料法還具有很強(qiáng)的靈活性，當(dāng)不想使用塑料薄膜時，可以隨時將防腐蝕塑料薄膜揭掉。除了涂涂料和涂塑料以外，還可以在機(jī)械工程材料表面涂上不同類型的防銹油，防止機(jī)械設(shè)備常年不使用的情況下生銹[7]。

4.6包裹法

包裹法就是在機(jī)械工程材料的表面包裹一層耐腐蝕的材料，這種方法的適應(yīng)范圍極大，操作方式也比較簡單，能夠最大限度的保護(hù)金屬的性質(zhì)不被破壞，提高金屬材料的耐腐蝕性。

5機(jī)械工程材料表面裝飾加工方法

5.1表面拋光方法

機(jī)械工程材料表面處理方法不僅要具有實用性，還要具備一定的美觀性，表面拋光法就能利用一些機(jī)械設(shè)備或者化學(xué)手段，將凹凸不平的機(jī)械工程材料按照工程技術(shù)人員需要的外形磨制出來，即可以將材料不整齊的位置磨平，又可以在金屬材料的表面形成一種鍍層裝飾，兼具實用性和美觀性[8]。

5.2鍍光亮方法

鍍光亮的方法是在普通電鍍的基礎(chǔ)上，加入適量的添加劑，這種添加劑能夠在金屬材料表面產(chǎn)生光亮的效果，從而在金屬表面形成一層光亮的鍍層，提高了機(jī)械工程金屬材料的亮度。

結(jié)論：總之，機(jī)械工程材料表面的處理方法的選擇要根據(jù)不同的需要，這樣才能更好的發(fā)揮機(jī)械材料在機(jī)械工程經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用。除上述的幾種方法外，工程技術(shù)人員還要不斷研究新的機(jī)械工程表面處理方法，以此延長機(jī)械工程材料的使用時間，促進(jìn)機(jī)械工程的可持續(xù)發(fā)展。

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