金属表面处理

喷砂

喷砂(Sand Blasting)处理

喷砂(Sand Blasting)处理在金属表面的应用是非常普遍的。

目的是用来克服和掩盖铝合金在机械加工过程中产生的一些缺陷以及满足客户对产品外观的一些特殊要求。

原理只是将加速的磨料颗粒向金属表面撞击，而达至除金秀、去毛刺、去氧化层或作表面预处理等，它能改变金属表面的光洁度和应力状态。常用的砂材有玻璃砂、金刚砂、钢珠、碳化硅等

喷砂工艺的好处

喷砂工艺可分为气压喷枪及叶轮抛丸两种，而喷砂工艺的优点在于它能够除披峰、去除在压铸、冲压、火焰切割和锻压后的毛刺，对较薄工件及有毛孔的毛刺效果更好，它可清理砂铸过程残余的砂粒、清理铸铁件或钢材的锈渍、清理热处理、烧悍、热锻、辗压等热工序后的除氧化皮。另外，在涂层应用上，它可把现有的涂料或保护层除去，在覆盖铸件上的缺陷如龟裂或冷纹，提供光泽表面。再加上于表面应力上，它能提供一致性的粗化表面，上油及喷涂效果，在高应力的金属件如弹簧和连接杆经局部被不断敲打，会产生变形并呈现强化现象。此强化效果是需要使用圆形磨料如不金秀钢丸，在高能量的抛丸机或专用强力喷砂机中使用。如要测定机器的表面强化效果，可把Almen测试工件进行抛丸或喷砂处理，然后测出变形量是否符合要求。

气压喷枪的原理

喷枪的气压输入主要分直接压力缸(Direct Pressure Vessel)及间接注射式(PressureInjection)。直接压力缸将磨料放于压力罐，并施以6-7bar大气压力，直接喷出磨料。它的好处是压力大，缺点是当要添加压力罐内的磨料时需要暂停操作。但如需要长时间连续喷砂而不受间断，可使用双压力缸设计，使添加磨料不必停止操作。而间接注射式则利用高速气流吸入磨料，它的好处是添加磨料时不会干扰正常生产，设备简单及投资小，因此最为普遍。

在各喷砂机类型中，最简单的是密封喷砂室式的，操作人员可透过橡胶手套持着工件，脚踏喷枪开关，透过窗口观察喷砂过程，这类喷枪常与叶轮抛丸共同使用，喷枪一般与工件距离150-200mm，处理直径范围约30mm。其次，喷砂亦可分为干式和湿式的，例如真空吸回型(Pressure Vacuum)是属于直接压力型和干式的，它直接吸回磨料，主要用于现场维修工作。 而湿式喷流型(Wet pressure)是属于间接注射式的，它利用液体(水或油性液体)与幼细磨料混合作喷砂步骤，能提供较细致的表面质感。但湿式喷砂有不少缺点，如不适宜于黑色金属工件，因较易造成腐蚀，亦不可使用钢丸作磨料，处理时间较长。所以如工艺参数控制良好，干式喷砂亦可达致大部分湿式喷砂的效果，除非是一些特别工艺或效果。

喷砂不良原因及对策。

抛丸的原理

抛丸是靠叶轮高速旋转，将在叶轮中心的磨料，经过调流块(Regulator)及叶轮推动器(Impeller)预加速，送入叶片区再将磨料高速抛出，速度可超过100m/s，由于抛丸覆盖范围较大，所以不需利用气压，能源效益远高于喷枪。叶轮是抛丸机的心脏，由电动马达直接或间接驱动，每家叶轮生产商均有独特的设计，主要分为单碟和双碟叶轮。

每片叶轮可装上4至8块叶片。单碟叶轮较轻及设计成弧形叶片；双碟式叶轮较重，但较易装卸叶片及准确控制抛出磨料。叶片的形状有直身或弧形设计，直身叶片设计简单，可独立装卸，虽然这种叶片设计可清理的范围(见下文)较小和抛出速度较低，但由于成本低，因此较为普遍。弧形叶片较难装卸和成本较高，但可清理的范围较大及抛出速度较高。

另外，叶轮在抛丸室的摆放位置亦很重要，如覆盖范围、与工件距离、工件移动范围、受磨料二次反弹或其它叶轮的相互覆盖范围、保养更换的方便性等。经验显示倾斜的叶轮对工件覆盖较好，而数个小功率叶轮较一个大功率叶轮在运作时会较灵活和效果更佳。抛丸工艺损耗性很高，其中包括叶轮和内衬钢板等会较易磨损，因此它们的寿命对生产工序很重要。高铬铸钢叶轮如使用48HRC硬度的钢砂，寿命约为800小时，钢丸则为1500小时。加硬了的叶轮寿命可达4000小时。

铝氧化（上色）

铝及铝合金因加工成形容易，比其它金属材料轻，应用越来越广泛。而铝及铝合金化学性质非常活泼，必须进行一定防护处理：如电镀、喷涂有机保护和氧化处理，氧化处理是最容易实现是最常用的防护处理措施。

铝及铝合金的氧化分为化学氧化和电化学氧化（俗称阳极氧化）。铝及其合金的电化学氧化法又称阳极氧化处理，是使铝制品获得抗腐蚀性能和装饰性表面的方法，在工业上广泛使用。该工艺像电镀的逆过程工件为电解电路的阳极，不是将一层材料（金属）加到工件表面上云，而是进行内部的反应，以增加通常存在于铝表面很薄的强保护氧化铝层的厚度。

化学氧化膜比较薄，质软不耐磨，抗蚀能力低于阳极氧化膜。但吸附能力较好，主要作为喷漆和喷塑的底层。铝阳极氧化膜综合性能优于化学氧化膜，应用更广泛，主要特性：

（1） 耐蚀性。膜厚及封孔质量直接影响使用性能。

（2） 硬度和耐磨性。基体硬度为HV100，普通阳极氧化膜可达HV300，而硬质膜则可达HV500，硬度和耐磨性是一致的。

（3） 装饰性。既保持金属的光泽和质感，又可以染色成丰富多彩的彩色。

（4） 有机涂层和电镀层附着性。可有效提高表面层的附着力和耐蚀性。

（5） 电绝缘性。铝是良导电体，而氧化膜则是高电阻的绝缘膜。绝缘击穿电压可达30~200V/um，室温体积电阻率为：109Ω/cm3，250℃时可达1013Ω/cm3

（6） 透明性。铝纯度越高，氧化膜透明度越高。

（7）功能性。利用氧化膜的多孔性，可在微孔中沉积功能性微粒，得到功能性材料。

铝阳极处理–-可产生丰富多变的颜色

将铝质物品放在适当的电解液中，将金属物品于阳极，通过电流使铝的表面得到一层做为保护的氧化膜，其化学变化大致如下：

2Al + 3 [ O ] → Al2O3 + 能量

铝氧化工序：

碱洗——水洗——铬酐漂白——水洗——活化——水洗——铝氧化——水洗——染色——水洗——封闭——水洗——干燥

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