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淺析金屬表面處理與環(huán)境保護(hù)論文
摘 要：本文通過(guò)理論研究和對(duì)金屬表面處理行業(yè)的調(diào)研、分析，闡述了各種主要金屬表面處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)、鍍涂層性能、外觀效果以及各種處理方法對(duì)環(huán)境的影響。結(jié)合本人多年從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作和表面處理工作方面的經(jīng)驗(yàn)，給出了在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)采用的表面處理方法的建議。
關(guān)鍵詞：金屬表面處理；環(huán)境保護(hù)；鍍涂層；裝飾
一、金屬表面處理概述
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)生活用品及工業(yè)設(shè)備的制造質(zhì)量也發(fā)生了改變，對(duì)其產(chǎn)品不僅要求耐蝕、耐用，也要求外觀潔凈、漂亮，能賞心悅目，甚至有一定的觀賞價(jià)值。因此，目前表面處理技術(shù)已在各種制造業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。
表面處理技術(shù)始終在為金屬材料的保駕護(hù)航、增值添彩發(fā)揮著巨大的作用。一方面，它能顯著降低金屬（特別是鋼鐵）的腐蝕速度，為社會(huì)節(jié)約大量的財(cái)富，并可通過(guò)處理使之獲得亮麗的外觀。另一方面，表面處理技術(shù)還能設(shè)法賦予金屬各種與電、磁、光、聲、化學(xué)、機(jī)械等有關(guān)的新功能。由于材料的功能多半都體現(xiàn)在其表面層上，因而有可能讓一些低廉的金屬材料經(jīng)過(guò)表面處理而獲得耐磨、減摩、磁化、導(dǎo)電、易焊接、化學(xué)催化等特殊功能，得以身價(jià)倍增。這就是說(shuō)，金屬表面處理技術(shù)既能為其它加工工藝提供平整、清潔、美觀的表面，又能獨(dú)立地形成具有重要價(jià)值的新型表面材料。它對(duì)制造業(yè)發(fā)展所起到的作用是不容忽視的。
金屬表面處理技術(shù)涵蓋面極廣，涉及的學(xué)科也很多，而且這些學(xué)科彼此距離相當(dāng)遠(yuǎn)，幾乎沒(méi)有誰(shuí)能精通表面處理技術(shù)中的所有內(nèi)容。此外，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和需求的增長(zhǎng)，還會(huì)有更新的技術(shù)陸續(xù)不斷地加入到此行列之中。不過(guò)，象這樣一門(mén)龐雜而重要的綜合性技術(shù)，在學(xué)術(shù)界卻長(zhǎng)期未獲得應(yīng)用的關(guān)注。本文所涉及的內(nèi)容意在為各位同行提供一些在表面處理方面的選擇方法、原則、應(yīng)用實(shí)例等，希望對(duì)各位同行有借鑒的價(jià)值，并能起到拋磚引玉的作用。
二、金屬表面處理在機(jī)械設(shè)計(jì)中的地位
在機(jī)械設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者要考慮眾多的設(shè)計(jì)要素，諸如：使用性能、機(jī)械原理、制造工藝
設(shè)備外觀等。而在更多的情況下，考慮更多的是機(jī)械零件的功能，從而就涉及到了零件的熱處理要求、表面涂、鍍要求等表面處理要求。它們是保證金屬零件的強(qiáng)度和表面硬度以及表面質(zhì)量和外觀的重要措施。因此，金屬表面處理在機(jī)械設(shè)計(jì)中起著十分重要的作用。
三、金屬表面處理的必要性
鋼鐵是全球產(chǎn)量最多的金屬，鋼鐵的機(jī)械強(qiáng)度高，加工性能好，可以很容易加工成各種各樣的制品而被廣泛應(yīng)用在各個(gè)方面，各種機(jī)械設(shè)備、建筑材料及日常生活用具的制造都離不開(kāi)鋼鐵，最大的如數(shù)十萬(wàn)噸油輪，最小的如細(xì)釘都由鋼鐵制造，但鋼鐵易生銹腐蝕，所以很早就利用堿使鋼鐵表面氧化變色，使其變成槍黑色或藍(lán)色，既耐腐蝕又有一定光澤的顏色，但是由于鋼鐵缺乏著色元素，除了用堿液氧化著色外，很難獲得其他的顏色，從而影響了鋼鐵制品的美觀及使用價(jià)值，特別是一些工藝品過(guò)去都用銅和其他有色金屬制作。隨后發(fā)現(xiàn)鋼鐵表面可以鍍上各種顏色的金屬鍍層增加了裝飾效果，特別是著色工藝技術(shù)的發(fā)展，鋼鐵可以先鍍上其他金屬鍍層，如銅、鎳、鉻、鋅等，然后再把鍍層著色，使得鋼鐵的應(yīng)用范圍大大增加，近年來(lái)還利用浸漬技術(shù)使鋼鐵表面無(wú)需電鍍就可沉積一層薄層并進(jìn)行著色，降低了鋼鐵表面著色的成本，使鋼鐵可以做成各種需要著色或裝飾美觀的日用工藝品。其外形可以做成與銅或鋁合金等其他制品一樣，因此藝術(shù)裝飾工藝在鋼鐵制品上得到廣泛的應(yīng)用，鋼鐵通過(guò)裝飾處理也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及實(shí)用價(jià)值。
不銹鋼的特點(diǎn)是防腐性能好，根據(jù)使用環(huán)境和條件的不同，可選擇不同類(lèi)型的不銹鋼材料。但由于不銹鋼材料大都使用稀有金屬，價(jià)格昂貴，差不多相當(dāng)于普通碳鋼的5～10倍。不銹鋼和優(yōu)質(zhì)碳鋼相比強(qiáng)度和硬度都較低，在很多方面不銹鋼不能代替碳鋼。而碳鋼在加工成零件后就要進(jìn)行必要的表面處理，因此鋼鐵零件的表面處理是不可缺少的。
四、金屬表面處理的分類(lèi)及其作用
金屬表面處理分為功能性和裝飾性表面處理。
（一） 功能性表面處理包括：
1． 金屬熱處理，包括：淬火、正火、調(diào)質(zhì)、碳、氮共滲等。其作用在于提高金屬表面硬度、韌性、耐磨性能等。
2． 功能性鍍層，如：鍍硬鉻、化學(xué)鍍鎳等。其作用在于提高金屬表面硬度、耐磨性、防腐及裝飾功能。
3． 其他表面處理方法，包括：機(jī)械滾壓、等離子注入等，其作用在于提高金屬零件表
面硬度和耐磨性。
�。ǘ� 裝飾性表面處理包括：裝飾鍍鉻、鍍鎳、鍍鋅、鍍鈦，還有磷化氧化、表面噴涂等。
其作用在于提高金屬表面的防腐性能和裝飾要求。
五、各種金屬表面處理方法簡(jiǎn)介
1．電鍍：眾所周知，鍍銅、鍍鋅、鍍鎳、鍍鉻等均屬于電鍍，在過(guò)去和現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，發(fā)揮了十分重要的作用。但是電鍍中存在著氰化物，重金屬離子是影響環(huán)境的致命因素。
2．化學(xué)鍍：化學(xué)鍍是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種不需要電極新型鍍種，其鍍層的綜合性能明顯優(yōu)于電鍍。該鍍種中不含氰化物，重金屬離子只要適當(dāng)控制就可以達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)家支持的項(xiàng)目，很有發(fā)展前景，是未來(lái)取代電鍍的環(huán)保鍍種。
3．噴涂：噴涂的種類(lèi)很多，有高溫涂料和常溫涂料；有金屬涂料和非金屬涂料；有有機(jī)涂料和無(wú)機(jī)涂料。用戶可以根據(jù)產(chǎn)品的用途和使用環(huán)境選擇不同的涂料。高溫涂料如：靜電環(huán)氧、聚脂等粉末涂料；無(wú)機(jī)涂料如：水性漆它是未來(lái)噴涂行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，其原因主要是考慮涂層的性能和環(huán)保方面的問(wèn)題。
六、環(huán)保綜述
所有金屬的表面處理無(wú)一不涉及到對(duì)環(huán)境的影響，只是表面處理的方法不同，對(duì)環(huán)境的影響程度不同，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理，有些方法可以達(dá)到國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)，而有些卻很難達(dá)到國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)。
前處理工序一般都需要除油和除銹。除油是堿性的，除銹是酸性的，不論是殘液還是漂洗水，中和后生成鹽和水，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理即可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
在金屬表面處理過(guò)程中，對(duì)環(huán)境和人類(lèi)生存影響最大的是重金屬離子，我國(guó)政府在多年以前已采取了多方面的措施限制電鍍行業(yè)的發(fā)展，但就我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀，要實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)，達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，還有大量的工作要做。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)鎳的出現(xiàn)，不僅在鍍層的質(zhì)量方面有所提高，而且在環(huán)境保護(hù)方面得以改善。水性漆的出現(xiàn)，使得噴涂行業(yè)
添加了一名很有潛力的成員，它避免了油漆涂料有機(jī)溶劑等有害易揮發(fā)物質(zhì)的出現(xiàn)，使環(huán)境污染得以減輕。
六、結(jié)束語(yǔ)
我國(guó)現(xiàn)已成為制造業(yè)大國(guó)，金屬表面處理是不可缺少的專(zhuān)業(yè)，而怎樣選擇表面處理既保證質(zhì)量，又能在處理過(guò)程中的排放物對(duì)周邊的環(huán)境污染小便成為我們的當(dāng)務(wù)之急。化學(xué)鍍的出現(xiàn)及發(fā)展為金屬鍍層提供了一種良好的思路；無(wú)溶劑涂料（包括環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨脂、水性漆等）的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，使得表面噴涂行業(yè)形成了百家爭(zhēng)鳴的局面，而且有不斷擴(kuò)大之勢(shì)。另外隨著廢水、廢氣處理技術(shù)的進(jìn)步，使得處理成本也有所降低。總之設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮涂鍍層的外觀、質(zhì)量、使用性能等眾多因素，同時(shí)還應(yīng)兼顧處理過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響，選擇合適的表面處理方法。
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