淺析機械工程材料的表面處理方法

劉吉寶

摘要：隨著我國機械經濟體制的發展，機械材料的浪費現象也更加嚴重，機械材料的鋪張浪費，給我國綜合國力的增長帶來了嚴重影響。為了有效促進我國經濟的快速發展，使我國經濟在全球經濟中占有重要地位，本文將對機械工程材料的表面處理方法進行研究。

關鍵詞：機械工程；材料表面；處理方法

前言：對機械材料的表面進行綜合處理，一方面能夠延長機械材料的使用壽命，提高機械材料的重復使用率，另一方面又能夠減少機械材料的浪費現象的發生，保障了我國機械企業的經濟效益。機械工程材料的表面處理方法主要有表面覆蓋層強化法、化學轉化膜技術法等，綜合分析機械工程材料的表面處理方法對我國機械經濟的發展具有重要意義。

1機械工程材料概述

1.1機械材料的發展歷史

機械工程材料屬于工藝材料的一種，是指用于制造各種機械零件或者機械構件在制造過程中的工藝材料，是機械加工的重要組成部分。機械材料的發展具有悠久的歷史，在鋼、鐵等材料未被發現之前，人類最早使用的機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步，火被人們發明出來，隨著火種的發明，人們又逐漸的摸索出燒瓷制造術，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，我國勞動人們發現了青銅，青銅也是我國最早開始使用的金屬材料。隨著人類文明的進一步深化，煉鋼和煉鐵技術的發展為機械材料的使用帶來了前所未有的機遇，現階段我國主要使用的機械材料是鋼或者鐵，也有一小部分使用高分子材料。二十世紀以來，國內外的很多機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。進入二十一世紀以來，國內外的材料工作者主要研究高分子材料在機械中的使用[1]。

1.2機械材料的分類

1.2.1按金屬性質劃分

機械工程材料的涉及的范圍很廣，按照金屬性質劃分主要為金屬材料和非金屬材料。金屬材料在機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熱性質，導電性能也比較強，用來制作機械零件的硬度比較高，金屬材料的化學性質比較穩定，被廣泛使用在我國機械工程的零件制作中。非金屬材料主要包括陶瓷、玻璃、水泥等無機非金屬材料，和有機高分子材料，除此之外，還要兩者混合的符合材料，由于復合材料結合了有機高分子材料和無機非金屬材料的優點，所以具有比一般材料優越的綜合性能，被當做一種新型材料應用在工程制作中。

1.2.2按使用類型劃分

機械工程材料按用途劃分的種類比較多，有結構鋼組成的結構材料，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的耐蝕材料。按使用類型劃分的機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。

2機械工程材料表面處理方法的重要意義

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

3機械工程材料的表面強化處理方法

3.1表面覆蓋層強化法

表面覆蓋層強化法是使得機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。在機械材料的表面鍍上一種特殊化學成分或者物理成分的物質，能夠使得原本的機械材料具有一些特殊的功能和性質。比如，在機械材料表面鍍上防氧化劑，就能提高機械材料表面的抗氧化能力，以提高材料表面的強度。在我國現階段的機械材料加工中，工程技術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械材料表面的硬度，熱噴涂方法是將所要使用的機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械材料的表面上，以增強機械材料的耐磨性和耐腐蝕性，還能延長機械材料的使用壽命[3]。

3.2機械材料表面形變強化法

表面強化法是讓機械材料表層產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生一定的形變，這種方式只適用于強度適中的金屬材料，能夠提高材料本身的彈性形變能力，提高零件的彈性，增強機械零件的抗疲勞能力。表面形變強化法不僅能夠提高技術材料表面的強度和硬度，還能改變金屬材料的形狀，當機械零件變形時，可以利用此方法將變形的零件回歸到原本的形狀，大大節約了金屬材料費用，提高了機械材料的重復利用率。還需注意的是，表面強化法是一種冷處理方式，對一些不能進行加熱處理的金屬材料具有良好的處理效果[4]。

4機械工程材料的表面防護處理

4.1電鍍法

電鍍工程材料表面防護法是利用金屬材料的陰陽極的導電性進行金屬零件的處理。電鍍的使用方法要根據金屬的性質進行選擇，鉻、鋅、銅、錫、金等材料要相對應的選擇適合材料性質的電鍍方法，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，提高金屬零件的強度和硬度[5]。

4.2電鍍法的應用途徑

電鍍法是機械工程材料中常用的一種表面處理方法，工程技術人員利用電鍍法鍍能夠準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量，鍍層與被電鍍的金屬材料之間能夠緊密的結合。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性，能夠防止大氣或者其他環境對金屬的腐蝕，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層，起到抗腐蝕的作用；第二種是電鍍法的修復性鍍層。利用電鍍法能夠修復金屬零件的磨損部位，從而彌補零件的尺寸偏差值，此外，電鍍法還能增大金屬零件的尺寸，彌補工件的磨損面，大大提高工件的重復使用率；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，達到了實用性與美觀性相結合的目的。隨著我國科學技術的不斷發展，電鍍技術的應用范圍也在不斷擴大，不僅僅能夠使用于金屬材料，還能應用在塑料、玻璃等非金屬材料[6]。

4.3化學鍍

化學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，就能使得機械工程材料表面在催化的作用下還原出金屬鍍層。化學鍍的應用材料的范圍非常廣，主要包括金屬和非金屬，導體和半導體等材料，在機械工程材料的表面處理方法中，最常用的是化學鍍鎳和化學鍍銅。

4.4化學轉化膜技術方法

4.4.1氧化處理

氧化處理的化學轉化膜技術中常用的一個方法，采用化學或者電化學的方法使得機械工程材料的表面形成一種氧化膜，提高機械工程材料表面的抗腐蝕性，美化材料表面的外觀。鋼、鐵、鋁以及鋁合金等機械工程材料是比較適用氧化處理方法的。將鋼、鐵等機械工程零部件放入事先配好的氧化還原液中，適當的進行加熱，讓零部件在加熱的條件下發生氧化還原反應，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。鋁以及鋁合金的機械工程材料的氧化處理主要包括化學氧化法和陽極氧化法。化學氧化法是將機械工程零件放入實現準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

涂料涂裝法是在機械工程材料的表面涂上一層具有防腐性質的材料，將材料與大氣中的物質隔開，以達到防腐蝕的目的。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，主要應用在一些大型的機械工程材料中。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的靈活性，當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，還可以在機械工程材料表面涂上不同類型的防銹油，防止機械設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，這種方法的適應范圍極大，操作方式也比較簡單，能夠最大限度的保護金屬的性質不被破壞，提高金屬材料的耐腐蝕性。

5機械工程材料表面裝飾加工方法

5.1表面拋光方法

機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械設備或者化學手段，將凹凸不平的機械工程材料按照工程技術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上，加入適量的添加劑，這種添加劑能夠在金屬材料表面產生光亮的效果，從而在金屬表面形成一層光亮的鍍層，提高了機械工程金屬材料的亮度。

結論：總之，機械工程材料表面的處理方法的選擇要根據不同的需要，這樣才能更好的發揮機械材料在機械工程經濟發展中的作用。除上述的幾種方法外，工程技術人員還要不斷研究新的機械工程表面處理方法，以此延長機械工程材料的使用時間，促進機械工程的可持續發展。

參考文獻：

[1]郭澤鴻.激光—微弧氧化處理對純鈦表面生物活性影響的研究[D].南方醫科大學，2013.

[2]賴春花.噴砂酸蝕鈦種植體表面接觸成骨現象及其影響因素的動物學實驗研究[D].南方醫科大學，2014.

[3]賈芳.磷酸和氟化鈉對純鈦表面酸蝕后的滲氫效果以及對其生物學行為影響的探討[D].南方醫科大學，2014.

[4]王敬旭.激光酸蝕聯合納米管與噴砂酸蝕的鈦種植體表面的對比性研究[D].南方醫科大學，2014.

[5]劉偉珍.紫外線光催化不同表面形貌純鈦帽植入兔顱骨早期成骨效能初步研究[D].南方醫科大學，2013.

[6]李俊磊.基于激光表面處理的民機復合材料結構膠結修理研究[D].中國民用航空飛行學院，2016.

[7]賈曉瑞.超細晶純鈦材料表面微弧氧化處理及其生物安全性研究[D].第四軍醫大學，2015.

[8]李少冰.紫外線輻照對噴砂酸蝕純鈦表面生物學活性影響的體外實驗研究[D].南方醫科大學，2012.