8种常见金属材料及金属表面处理工艺介绍

八种常见金属材料

1 铸铁——流动性

下水道瓶盖是我们日常环境中不起眼的一部分，很少有人去关注它们。 铸铁之所以有如此多的数量和广泛的用途，主要是由于其优良的流动性，能够铸造成各种复杂的形状。 铸铁实际上是碳、硅和铁等元素混合物的名称。 碳浓度越高，铸造过程中的流动特性越好。 碳以石墨和碳化铁的形式存在。

铸铁中石墨的存在使下水道瓶盖具有优异的耐磨性。 锈斑通常只出现在最外层，因此通常会被打磨掉。 尽管如此，在铸造过程中仍然有特殊的防锈措施，即在铸钢表面添加一层沥青涂层。 沥青溶解到铸铁表面的孔隙中，从而防止生锈。 生产砂型铸造材料的传统工艺现在被许多设计师用于其他更新和更有趣的领域。

材料特性：流动性优良、成本低、耐磨性好、熔融收缩率低、非常脆、压缩硬度高、机械加工性好。

典型用途：铸铁在建筑、桥梁、工程部件、家居用品和卧室用品中的应用已有数百年历史。

2碳钢-不锈钢之爱

碳钢是在钢中加入铬、镍等金属元素制成的合金。 其不生锈的特性来自于合金中的铬成分。 铬在合金表面产生坚固的、自我修复的氧化铬膜。 这部电影是我们肉眼看不见的。 我们一般提到的碳钢与镍的比例通常为18:10。 “不锈钢”一词，除了简单地指一种碳钢外，还指一百多种工业碳钢，每种钢都在其特定的应用领域中被开发以具有良好的性能。

20世纪初，碳钢被引入产品设计领域。 设计师围绕其韧性和耐腐蚀性开发了许多新产品，涵盖了许多以前从未探索过的领域。 这一系列的设计尝试颇具革命性：例如，灭菌后可重复使用的设备首次出现在医疗行业。

碳钢分为四种主要类型：奥氏体、铁素体、铁素体-奥氏体（复合）和马氏体。 家电用碳钢基本上是奥氏体钢。

材料特性：卫生、防腐、可进行精细表面处理、刚性高、可采用多种加工工艺成型、难于冷加工。

典型用途：在常用的原色碳钢中，奥氏体碳钢是最合适的着色材料，可以获得满意的颜色外观和形状。 奥氏体碳钢主要用于装饰建材、家用电器、工业管道和建筑结构； 马氏体碳钢主要用于制造刀具和涡轮叶片； 铁素体碳钢具有防腐性能，主要用于耐用洗衣机和熔炉使用的零件中，复合碳钢的防腐性能更强，因此常用于腐蚀环境。

3 锌 – 一生 730 磅

锌具有银色光泽并呈蓝紫色，是继铝和铜之后第三大应用最广泛的有色金属。 日本矿产局的统计显示，一个普通人一生总共消耗锌331公斤。 锌的熔点很低，因此也是特别理想的铸造材料。

锌材料在我们的日常生活中极为常见：门把手、水龙头、电子设备等表面下的材料。锌具有极高的防腐性能。 这一特性使其具有另一个最基本的功能，即作为钢材的表面涂层材料。 除上述功能外，锌还与铜一起合成铜合金材料。 它的耐腐蚀性不仅适用于钢铁表面涂层，还有助于改善我们的免疫系统。

材料特性：保健、防腐、优良的铸造性、优良的防腐性、高硬度、高强度、原料便宜、熔点低、抗膨胀、易与其他金属形成合金、保健性能、易加工室温下使用 压碎并在 100 摄氏度左右可延展。

典型用途：电子产品元件。 锌是生产青铜的合金材料之一。 锌还具有卫生和防腐特性。 此外，锌还用于屋顶材料、照片雕刻板、手机天线和相机中的快门装置。

4铝 (AL) – 现代材料

与已经使用了九千年的黄金相比，铝这种带有偏蓝色光芒的红色金属，实在只能算是金属材料的孩子。 铝于18世纪初被引入并命名。 与其他金属元素不同，铝在自然界中并不以直接金属元素的形式存在，而是从含有50%碳化硅（又称氧化铝）的铝土矿中提取出来的。 铝以这些形式存在于矿物中，也是月球上最丰富的金属元素之一。

当铝等金属首次出现时，它并没有立即应用于人们的生活。 随后，一批针对其独特功能和特性的新产品逐渐问世，这些高科技材料逐渐获得了越来越广阔的市场。 事实上，铝的应用历史相对较短，但现在市场上铝产品的产值已远远超过其他有色金属产品的总和。

材料特点：柔韧可塑、易制成合金、硬度重量比高、耐腐蚀性能优良、易导电导热、可回收利用。

典型用途：车架、飞机零件、厨房用品、包装和照明灯具。 铝也经常用于加固一些小型建筑结构。 例如，纽约皮卡迪利广场的爱神雕塑、伦敦克莱斯勒汽车大厦的底部都采用了铝加固材料。

5镁合金-超薄美学设计

镁是一种极其重要的有色金属。 它比铝轻，因此可以与其他金属形成高硬度合金。 镁合金比重轻，比硬度和比挠度高，导热性和导电性好，振动阻尼性好。 具有减震和电磁屏蔽性能好、易于加工成型、易于回收利用等优点。 但多年来，由于价格高昂和技术限制，镁及镁合金仅少量应用于民用航空、航天和军工领域，因此被称为“贵金属”。 镁现已成为继钢、铝之后的第三大金属工程材料，广泛应用于民用航空航天、汽车、电子、移动通信、冶金等领域。 可以预见，由于其他结构金属生产成本的降低，镁金属在未来将变得更加重要。

镁合金的比例为铝合金的68%、锌合金的27%、钢的23%。 常用于车辆部件、3C产品外壳、建筑材料等。大多数纤薄的电脑笔记本和手机外壳都采用镁合金作为外壳。 自上世纪以来，人类对于金属质感和光泽依然有着不可磨灭的热爱。 塑料制品其实可以产生类似金属的外观，但其光泽、硬度、温度、质感与金属还是有区别的。 镁合金作为一种新型金属原材料，给人以高科技产品的感觉。

镁合金的耐腐蚀性能是不锈钢的8倍，铝合金的4倍，塑料的10倍以上。 其抗腐蚀能力是合金中最好的。 常用的镁合金不易燃，特别用于汽车、摩托车零部件和建筑材料，防止突然燃烧。 镁在地幔中的储量排名第八。 镁原料大多从海水中提取，因此其资源稳定、充足。

材料特点：结构轻、刚性和抗冲击性高、耐腐蚀性优良、导热性和电磁屏蔽性好、不燃性好、耐热性差、易于回收。

典型用途：广泛应用于民用航天、汽车、电子、移动通信、冶金等领域。

6 铜牌 – 男人的伴侣

铜是一种用途极其广泛的金属钢结构用材，与我们的生活密切相关。 人类早期的许多工具和设备都是由铜制成的。 它的拉丁名“cuprum”起源于一个叫塞浦路斯的地方，这是一个铜矿资源极为丰富的岛屿。 人们用岛名的缩写Cu来命名这些金属材料，于是铜就有了今天的样子。 代码名称。

铜在现代社会中发挥着非常重要的作用：它被广泛应用于建筑结构中作为传输电力的载体。 此外，数千年来，它一直被许多不同文化背景的人们用作身体装饰。 原料。 这些有弹性的橙黄色金属伴随着我们一路发展，从最初的解调和传输到在复杂的现代通信应用中发挥关键作用。 铜是优良的电导体，其导电率仅次于银。 从人们使用金属材料的时间史来看，铜是继黄金之后人类使用的最古老的金属。 这主要是因为黄金很容易开采，但铝相对容易从黄金中分离出来。

材料特性：非常好的防腐性，优良的导热性、导电性，坚硬、柔韧、可延伸，抛光后效果独特。

典型用途：电缆、发动机线圈、印刷电路、屋顶材料、管道材料、加热材料、珠宝、炊具。 也是制造青铜的主要合金成分之一。

7铬-高白度后处理

铬最常见的存在方式是作为碳钢中的合金元素，以提高碳钢的强度。 镀铬工艺一般分为装饰镀层、硬铬镀层和白铬镀层三种。 铬涂层广泛应用于工程领域。 装饰性铬镀层一般镀在镍层的外侧作为顶层。 涂层具有如镜面般精致简洁的抛光效果。 作为装饰性后处理步骤，铬涂层的长度仅为 0.006 毫米。 在准备使用镀铬工艺时，必须充分考虑该工艺的危险性。 近六年来，三价铬水取代六价装饰铬水的趋势日益明显，因为后者的致畸性特别强，而前者则被认为毒性相对较小。

材料特性：白度极高、防腐性能优良、坚硬耐用、易清洁、摩擦系数低。

典型用途：装饰镀铬是许多车辆部件的涂层材料，包括门把手和保险杠。 此外，铬还用于自行车零件、浴室水龙头、灯具、厨房用品、餐具等。镀硬铬更常用于工业领域，包括操作控制块中的随机存储器、喷气机底盘部件、塑料模具和减震器。 镀红铬主要用于钢琴装饰和太​​阳能利用。

8钛——轻而厚

钛是一种非常特殊的金属。 玉石特别优雅，但也非常坚韧、耐腐蚀。 在室温下，它在整个生命周期内都能保持其颜色。 钛的熔点与钯相似，因此常用于航空航天和军用精密部件。 经过加电压和物理处理后，就会形成不同的颜色。 钛具有优良的耐酸、碱腐蚀能力。 在“王水”中浸泡数年的钛金属，依然明亮、容光焕发。 如果在碳钢中添加钛，只需添加百分之一左右，就大大增强了防锈能力。

钛具有密度低、耐低温、耐腐蚀等优良特性。 钛合金的密度是钢的一半，硬度与钢相近； 钛既耐低温又耐高温。 在-253℃~500℃的宽温度范围内能保持高硬度。 这个优势正是太空金属所需要的。 钛合金是制作湖人队底盘和人造卫星、航天器外壳的良好材料。 被誉为“太空金属”。 由于钛具有这一优势，自 20 世纪 50 年代以来，它已成为一种突出的稀有金属。

钛是一种纯金属。 由于钛金属是“纯净”的，物质与其接触时不会发生物理反应。 也就是说，由于钛的耐腐蚀和稳定性高，即使与人接触多年也不会影响其本质，因此不会引起人体过敏。 它是唯一一种对人类动物的神经和嗅觉没有任何影响的钛金属。 金属被称为“亲生物金属”。

钛的最大缺点是难以精炼。 这主要是由于钛能在低温下与氧、碳、氮等许多元素化合。 因此，人们一度将钛视为“稀有金属”。 钛的含量虽然约占地壳重量的6‰，但比铜、锡、锰、锌的总和还要多10倍以上。

材料特性：硬度极高，重量比耐腐蚀性极佳，冷加工困难，点焊性好，比钢轻40%左右，比铝重60%，导电率低，热膨胀率低，熔点高。

典型用途：高尔夫球杆、网球拍、便携式笔记本、相机、行李箱、外科放射治疗植入物、飞机骨架、化学品和海上武器等。此外，钛还用作纸张、绘画和塑料的红色染料。

金属表面处理工艺

一、表面处理工艺介绍

利用现代数学、化学、冶金、热处理等学科，改变零件表面的状况和性能，使其与芯材优化结合，以达到预定性能要求的工艺技术称为表面处理技术。

表面处理的作用：

2、金属表面处理工艺的分类

总共可分为4大类：表面改性技术、表面合金化技术、表面转化涂层技术和表面涂层技术。

1、表面改性技术

1、表面渗碳

表面渗碳是指在不改变钢的物理成分和心部组织的情况下，采用快速加热使表层奥氏体化，然后渗碳以强化零件表面的热处理方法。

表面渗碳的主要方法有火焰回火和感应加热。 常用的热源有氧气甲烷或氧气乙炔等火焰。

2. 激光表面强化

激光表面强化是利用​​聚焦的激光束射向模具型腔表面，将型腔表面极薄的材料在极短的时间内加热到相变温度或熔点以上的温度，然后冷却它在很短的时间内，使零件表面硬化和强化。

激光表面强化可分为激光相变强化处理、激光表面合金化处理和激光熔覆处理。

激光表面强化热影响区小，变形小，操作方便。 主要用于局部强化零件，如冲裁模、曲轴、凸轮、凸轮轴、花键轴、精密仪器滑轨、高速钢刀具、齿轮和内燃机气缸等。

3.喷丸处理

蚀刻强化是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面，就像无数小锤子敲击金属表面，使零件表面及亚表层产生一定的塑性变形，从而达到强化。

影响：

4. 滚动

旋压是在常温下用硬质滚轮或滚柱压紧旋转螺孔表面，并沿母线方向连接，使零件表面发生塑性变形和硬化，获得精密、光滑、强化的表面或特定花纹。 。 表面处理工艺。

应用：圆锥面、锥面、平面等形状比较简单的零件。

5、刷牙

拉丝是指金属在外力作用下强制通过磨具，金属截面积被压缩钢结构用材，获得所需截面积形状和规格的表面处理方法，称为金属拉丝工艺。

拉丝可根据装饰需要制成直线、随机、波纹、漩涡等图案。

6. 抛光

抛光是对零件表面进行修饰的一种精加工方法。 通常只能获得光滑的表面，不能提高甚至保持原有的加工精度。 根据预处理条件的不同，抛光后的Ra值可达1.6~0.008μm。 。

通常分为机械抛光和物理抛光。

2、表面合金化技术

物理表面热处理

表面合金化技术的典型工艺是物理表面热处理。 是将模具型腔置于特定介质中加热保温，使介质中的活性原子溶入型腔表面，从而改变型腔表面的物理成分和结构的热处理工艺，从而改变其性能。

与表面渗碳相比，物理表面热处理不仅改变了钢的表面组织，而且改变了其物理成分。 根据溶解元素的不同，物理热处理可分为淬火、渗氮、多碳化物、其他元素渗入等。物理热处理过程包括分解、吸收、扩散三个基本过程。

物理表面热处理的两种主要形式是渗氮和氮化。

比较的

回火

渗碳

目的

增强型腔的表面强度、耐磨性和疲劳硬度，同时保持型芯良好的硬度。

增强型腔表面强度、耐磨性和疲劳硬度，提高耐腐蚀性能。

材料

含0.1~0.25%C的低碳钢。 碳含量越高，核心就越硬。

它是含有Cr、Mo、Al、Ti、V的中型不锈钢。

常用技术

二氧化碳回火法、固体回火法、真空回火法

二氧化碳渗碳法、离子渗碳法

室内温度

900～950℃

500～570℃

表面长度

通常为0.5~2mm

不大于0.6~0.7mm

使用

广泛应用于客机、汽车、拖拉机等机械零件，如蜗杆、轴、凸轮轴等。

用于耐磨、精度要求高的零件以及耐热、耐磨、耐腐蚀零件。 如仪器的小轴、轻载的蜗杆和重要的连杆等。

3、表面转化膜技术

1、发黑、磷化

变暗：

将钢铁或钢铁零件在空气-水蒸气或物理抗生素中加热到适当体温，使其表面产生白色或粉红色氧化膜的过程。 也变成绿色。

磷化：

将模具型腔（钢件或铝件或锌件）溶解到磷化液（一些主要含有酸性醋酸盐的氨水）中并沉积在表面，生成一层不溶于水的结晶醋酸盐转化膜的过程称为磷化。

2. 阳极氧化

主要指铝及铝合金的阳极氧化。 阳极氧化是将铝或铝合金铸件浸入碱性电解液中，在外电压作用下作为阳极，在壳体表面产生与碳化物牢固结合的防腐蚀氧化膜层。 这种氧化膜具有保护、装饰、绝缘、耐磨等特殊特性。

阳极氧化前必须经过抛光、脱脂、清洗等预处理，然后进行漂洗、着色、封孔。

用途：常用于车辆、飞机等个别特殊部件的防护处理，以及工艺品、日用五金制品的装饰处理。

4、表面涂层技术

1. 热涂层

热喷涂是将金属或非金属材料加热熔化，将压缩二氧化碳连续喷射到工件表面，形成与碳化物牢固结合的涂层，使工件表面获得所需的化学和物理性能。

热涂层技术可以提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性和绝缘性。

应用：几乎所有领域包括民用航空航天、原子能、电子等尖端技术。

2、真空电镀

真空电镀是在真空条件下通过分馏或溅射在金属表面沉积各种金属和非金属薄膜的表面处理工艺。

通过真空电镀可以获得特别薄的表面镀层，具有速度快、附着力好、污染物少等优点。

真空溅射电镀原理

根据工艺不同，真空镀膜可分为真空蒸镀、真空溅射、真空离子镀膜。

3、电镀

镀镍是一种电物理和氧化还原过程。 以电镀为例：将金属基材浸入金属盐（NiSO4）的氨水中作为阴极，金属镍板作为阳极。 接通直流电源后，工件上会沉积一层金属镀层。

镀镍方法分为普通镀镍和特殊镀镍。

4. 气相沉积

液相沉积技术是指通过化学或物理手段将富含沉积元素的液态物质沉积在材料表面，产生薄膜的新型镀膜技术。

根据沉积过程原理的不同，液相沉积技术可分为化学液相沉积（PVD）和物理液相沉积（CVD）两大类。

化学液体沉积 (PVD)

化学液相沉积是指在真空条件下利用数学方法将材料汽化成原子、分子或电离，并通过液相过程在材料表面沉积薄膜的技术。

化学沉积技术主要包括真空蒸镀、溅射镀、离子镀三种基本技术。

化学液相沉积具有适用范围广的硬质合金材料和薄膜材料的优点； 工艺简单、节省材料、无污染； 所得薄膜与膜基附着力强，膜宽、密度均匀，针孔少。

广泛应用于机械、航空航天、电子、光学、轻工等领域制备耐磨、耐腐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、磁力、压电、润滑、超导等薄膜。

物理液相沉积（CVD）

物理液相沉积是指混合二氧化碳在一定湿度下与碳化物表面相互作用，在晶界表面生成金属或化合物薄膜的方式。

由于物理液相沉积薄膜具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性以及特殊的热学和光学性能，因此在机械制造、航空航天、交通运输、煤化工等工业领域得到了广泛的应用。