表3—3 不同金属丝刷轮的主要用途
金属丝类型 材 料 规 格 很 细 黄铜丝 细 中、粗 很 粗 镍—银丝 同 上 主 要 用 途 得到细致的缎面 得到缎面 得到粗糙的缎面，进行丝纹刷光 对浸蚀后的铜、黄铜、铸铁表面进行清理 使用场合基本与上相同，但用于要求用金属丝刷轮 处理后仍保持白色的软金属零件的加工，因为黄铜 丝刷轮加工后会留下黄色 得到缎面，进行丝纹刷光 丝纹刷光 表面清理，去毛刺 使用场合与钢丝刷轮相似，但可防止零件表面变色 和生锈，因价贵而少用
思考题
1.材料表面工程技术为什么能得到社会 的重视获得迅速发展？ 2.表面工程技术的目的和作用是什么？ 3.为什么说表面工程是一个多学科的边 缘学科？
第二章 表面改性处理中的预处理
预处理概述
表面预处理进行处理，目的：除去材料表面油污、氧化
物、除去毛刺、毛边。就是恢复材料表面和内部差别的过 程，使表面洁净并处于活性状态！影响涂层性能；影响附 表面预处理就是恢复材料表面和内部差别的过程，使表 着力！ 面洁净并处于活性状态！影响涂层性能；影响附着力！ 技术：化学（碱、表面活性、溶剂）、物理（超声、冲 击、真空）和机械（抛光、磨光）
选择磨料粒子的原则
需要滚光孔壁时，磨料粒子的直径应小于孔径。
零件上有螺纹孔时，磨料粒子的直径应大于螺纹孔径。
不可选用粉状或过大尺寸的磨料。
滚筒装载量
装载量最少不低于30％，最多不高于90％。 滚光液的选择：
碱性水溶液：氢氧化钠、碳酸纳、皂角粉等加少量乳化液；
酸性水溶液：盐酸、硫酸、皂角粉等加少量的缓蚀剂。
6 40～50 40～50
8 15～20
5～10
10 1～ 2 2 ～4
5～10
5～10 2～ 3
10～15
10
60～90
80～95
70
70
10 40～70
60～80
表面清洗： 碱液法：利用碱液与油脂起化学反应除去工件表面上的油污。
碱液应具有：润湿性能好，表面张力低，对固态油污的弥散性 好。
超音速喷丸：速度300-500m/s，效率是普通喷丸的2-4倍， 大型构件。
3 喷砂 用压缩空气将喷砂喷射到工件表面，利用高速喷沙，除 去工件表面锈蚀、氧化皮及其他污物。硬质颗粒高速撞 击工件表面，以除污垢。 。
喷砂（丸） 喷砂分干喷和湿喷两种。
特点：效率高，污染小，可清理各种形状零件，清理质量好。
2 40～60 60 15～30 3～5
40 5 40 40～70 5～10 5～10
抛 光 提高被处理零件表面光亮度。工件仅 依靠化学浸蚀作用而达到抛光的过程称 为化学抛光。 1 化学抛光
零件浸在抛光液内，通过化学介质对 金属表面凸出部分的溶解降低表面粗糙 度，提高零件表面光亮度。 特点：产生一些有害气体，适合处理 形状复杂的零件，生产效率高。
(1)有机溶剂除油：如汽油、苯、四氯化碳等。一般在常温下 脱脂。 方法：（3）浸泡-蒸洗 工件通过蒸汽区进入热溶剂中浸泡， 上升到蒸汽中至不在其表面冷凝为止，形状复杂、带沟槽和 不通孔的工件。
表面清洗：脱脂处理
1
溶剂法(有机溶剂对油脂类物质的溶解作用)
(1)有机溶剂除油：如汽油、苯、四氯化碳等。一般在常温下 脱脂。 方法：（ 4 ）沸腾溶剂 - 浸泡 - 蒸洗 工件进入沸腾溶剂中，刷 除油污和铁屑，转入热溶剂中浸泡降温，上升到蒸汽中至不 在其表面冷凝为止，形状复杂、严重污染的工件。
表面清洗：脱脂处理 方法：浸泡用溶剂不断搅拌浸洗工件或用溶剂喷淋工件，直到 工件表面油污除净为止。 蒸洗：将有机溶剂装在密闭容器底部，工件挂在溶剂上面，加 热溶剂使溶剂蒸气在工件表面冷凝成液体，已将油污洗下落 回容器底部。 联合： 特点：脱脂速度快、效果好，但溶剂易挥发、易燃、有毒性， 使用时应注意通风。
很 细 钢 丝 细、中 粗、很粗 不锈钢丝 同 上
2 滚光 工件和磨料、化学溶液一起在滚筒旋转滚动 （ 滚 筒 转 速 30~60 转 / 分钟） ，使工件和磨料之间发生滚动摩擦，起到清 除污垢的目的。多用于小零件成批处理 特点：清理效率高，适用于大批量的小型零件。
磨料的选择 滚光磨料有浮石、石英砂、花岗石，皮革角、贝壳、 铁屑，钢砂和陶瓷碎片等 。
3 喷丸 犹如小锤反复击打表面，使表面产生塑性变形，并产生 一定厚度的冷作硬化层。强化层与基体材料组织结构和 应力状态不同，位错和亚晶粒，控制疲劳源的产生，提 高了材料的疲劳强度和残余压应力？。 可抵消引起疲劳破坏的循环拉应力，抑制疲劳源的产生， 延缓疲裂纹的扩展，提高疲劳强度。 喷丸清理的也有粗化零件表面的作用，可提高涂层结合 强度。 喷丸对金属表面还有强化的作用。
(1)有机溶剂除油：如汽油、苯、四氯化碳等。一般在常温下 脱脂。 方法：浸泡用溶剂不断搅拌浸洗工件或用溶剂喷淋工件，直到 工件表面油污除净为止。蒸洗、联合
表面清洗：脱脂处理
1
溶剂法(有机溶剂对油脂类物质的溶解作用)
(1)有机溶剂除油：如汽油、苯、四氯化碳等。一般在常温下 脱脂。 方法：（ 1 ）单一蒸洗 将有机溶剂装在密闭容器底部，工件 挂在溶剂上面，加热溶剂使溶剂蒸气在工件表面冷凝成液体， 已将油污洗下落回容器底部。
吸入式喷砂机外形
压力式喷砂机外形
吸入式喷砂枪
吸入式：压缩空气在喷枪的射吸室造成负压，吸入并随气流 从喷嘴喷出。结构简单，吸入量有限，粗化效果差。 压入式：压力和自重，压入喷砂管，由压缩空气推动，加速， 高速喷出，速度快，量大，效率高，适合大型工件。
喷砂设备
表面清洗：脱脂处理 去除被处理零件表面的油污。皂化性油（与碱反应）和非 皂化性油 1 溶剂法(有机溶剂对油脂类物质的溶解作用)
化学抛光
含量％ 硝酸 硫酸 盐酸 过氧化氢 磷酸 草酸 冰乙酸 氟化氢铵 尿素 苯甲酸 铬酐 乙醇 酸性橙黄染料 水 PH 温度 (℃) 时间 (min) 常见金属化学抛光工艺规范 钢 铁 不锈钢 铜及铜合金 铝及铝合金 1 2 3 4 5 6 7 8 40mL 180 50~60 60~65 60 500 0.1 100~110 230mL 100 40~50 70mL 30~50 70~80 430~47 550 0 800 25~40 270 20 20 30 1~1.5 2 5~10 2~3 660mL 2.1 15~30 15~30 2~30 0.5~2 70~85 2~5 50~80 3~20 室温 1~2 20~45 0.5~1.5 90~110 1~2 室温 0.5~1 60～70
表面清洗：脱脂处理
1
溶剂法(有机溶剂对油脂类物质的溶解作用)
(1)有机溶剂除油：如汽油、苯、四氯化碳等。一般在常温下 脱脂。 方法：（2）喷淋-蒸洗 工件在蒸汽区受喷淋后，停留在蒸汽 中至不在其表面冷凝为止，形状复杂、带沟槽和不通孔的工 件。
表面清洗：脱脂处理
1
溶剂法(有机溶剂对油脂类物质的溶解作用)
磨光 粘有金刚砂或氧化铝等磨料的磨轮在高速旋转下
磨削金属表面，除去表面的划痕、毛刺、焊缝、砂眼、 氧化皮、腐蚀痕和锈斑等宏观缺陷、提高表面的平整度 的过程！
较高硬度材料均可作为磨料：例如石英砂、金刚砂
速度越大表面越光滑，但太大磨损消耗、太小速度慢！
机械打磨
(2)
（ 3 ）金属轮、刷（刷光）：用金属丝摩擦金属表面，水、表面 活性剂溶液冲洗绣斑、毛刺等氧化皮等。 特点：手工操作，劳动强度大，有粉尘污染。
常用金属高温碱液脱脂的工艺规范
含量（g/L） 氢氧化钠(NaOH) 碳酸钠(Na2CO3) 磷酸钠(Na3PO412H2O) 碳酸氢钠(NaHCO3) 焦磷酸钠(Na4P2O710H2O) 硅酸钠(Na2SiO3) 表面活性剂 OP 乳化剂 海鸥洗涤剂(mL/L) pH 值 温度(℃) 1 50～100 20～40 30～40 钢 2 20 20 20 铁 3 20～30 30～40 30～40 铜及铜合金 4 5 10～15 20～30 10～20 50～70 10～20 铝及铝合金 7 15～20 5～10 10～15 10～15 1～2
氢氧化钠(NaOH) 碳酸钠(Na2CO3) 磷酸钠(Na3PO412H2O) 硅酸钠(Na2SiO3) 30～50 表面活性剂 40％线性烷基磺酸钠 三聚磷酸钠(Na5P3O10) 温度(℃) 80 70～80 电流密度(A／dm3) 10 2～5 阴极脱脂时间(min) l 阳极脱脂时间(min) 0． 2～0． 5 5～10
(2) 水溶性清洗剂
由表面活性剂、缓蚀剂等组成。用超声波清洗效果更好。 特点：可在常温下脱脂，加温脱脂效果更好。使用安全、无 污染、价格低。
2 化学法（1）
利用碱溶液对皂化性油脂的皂化作用和表面活性物质对非皂 化性油脂的乳化作用，除去工件表面上的各种油污。乳化作用： 非皂化性油脂和乳化剂作用生成乳浊液的过程，变成微小油珠， 与表面脱离并分布溶液中。
水玻璃：有较强的乳化能力和一定的皂化能力。但残留在 工件表面上的水玻璃较难洗净，应与磷酸三钠配合使用。
化学法（2） 乳化剂：分子具有亲水基团和憎水(亲油)基团，在除油过程 中，其憎水基团指向油污而亲水基团指向溶液，降低油－溶液 界面张力，油污以极细小的油珠脱离零件表面进入溶液中成乳 浊液。
粘污层、吸附层、氧化层和变形层 良好的表面清洁度
预处理的目的： 清除被处理材料表面附着的杂质，使 处理后的材料本体表面的原子能和处理 介质（气相或液相）的原子相接触，原 子直接在材料本体上沉积或向材料内部 扩渗；
有利于提高覆盖层与基体材料之间的 结合强度和生长层的质量 :结晶粗细、 致密性、组织缺陷、平整性
特点：脱脂效果好，速度快。阴极 脱脂易引起高强钢氢脆；阳极脱脂易 对有色金属产生腐蚀。
电化学法（2）
含量（g/L） 表4—5 钢 l 10～30 电化学脱脂液的组成和工艺规范 铁 铜及其合金 3 50 4 40 1 5 70～90 3～8 5～8 0.3～0.5 60 5～10 l 4 10～15 20～30 50～70 10～15 5 5～10 10～20 20～30 1～2 6 25 23 40 2 10 铝及其合金 7 10 8 0～5 0～20 20～30