金属的表面预处理技术之表面整平

表面整平主要包括：机械磨光、抛光（机械抛光、化学抛光、电解抛光）、滚光、刷光、喷砂处理等，根据零件表面状况及对零件的具体技术要求采用不同的表面处理工艺。

1、机械磨光

磨光的主要目的是使金属零件粗糙不平的表面平坦、光滑；其次，它还能除去金属零件表面的毛刺和氧化皮、锈以及砂眼、沟纹、气泡等。磨光是用装在磨光机上的弹性磨轮来完成的。磨轮的工作面上用胶粘覆磨料，磨料颗粒像很多小的切削刀刃，当磨轮高速旋转时，将被加工的零件表面轻轻地压向磨轮工作面，使金属零件表面的凸起处受到切削，而变得较平坦，光滑。

磨光适用于一切金属材料，其效果主要取决于磨料的特性、磨轮的刚性和磨轮的旋转速度。磨光所用的磨料通常为人造刚玉和金刚砂。人造刚玉具有一定的韧性，脆性较小，粒子的棱角较多，所以应用较广。

根据磨料的粒度可将其分为若干等级。磨料粒度通常是按筛子的号码来划分的，筛子的号码则用单位面积（平方厘米）上的孔数来表示，筛子的号码越大，筛孔越小。人们以磨料能通过筛子的号码来表示该磨料的粒度。磨料的号数越大，颗粒越细，号数越小，则颗粒越粗。

2、抛光

2.1机械抛光

抛光是一种打磨作用。抛光剂“撕”（磨）去工件表面层原子，下面一层在瞬间内保持它的流动性，并且在凝固之前，由于表面张力的作用而变得平滑。也有人认为抛光是一种表面张力效应，在抛光过程中，由于摩擦而产生的热，能使表面软化或熔融，所以不是简单的机械打磨。在抛光时金属表面层被熔融，但由于衬底金属有高的热导率，表面层又迅速地凝固成非晶态，在凝固之前，由于表面张力和抛光剂的摩擦力作用而变得平滑。

对光洁度要求高的工件，在精细磨光后进行抛光。机械抛光是在抛光机的抛光轮上采用抛光剂进行的，抛光剂有抛光膏和抛光液两类，前者为抛光用磨料与胶黏剂（硬脂酸、石蜡等）的混合物；后者为磨料与油或水乳剂的混合物。

抛光轮高速旋转，将与之接触的工件上的细微不平除去，使之具有镜面般光泽。抛光既用于镀前预处理，也用于镀后对镀层进行精加工，提高表面光洁度。

抛光过程与磨光不同。磨光时有明显的金属屑被切削下来，抛光时则没有，因此抛光并不造成显著的金属损耗。抛光的作用，一方面是高速旋转的抛光轮与工件摩擦时产生的高温使金属表面产生塑性变形，从而填平工件金属表面的细微不平；另一方面，金属表面在周围大气的氧化作用下瞬间形成的极薄氧化膜或其他化合物膜被反复除去，从而得到平整有光泽的表面。

2.2化学抛光

化学抛光是一种可控条件下的化学腐蚀，在特定的抛光溶液中进行化学浸蚀，通过控制金属选择性地溶解而使其表面达到整平和光亮的金属加工过程。与其他抛光技术相比，具有设备简单、成本低、操作简单、效率高以及不受制件形状和结构的影响等优点。与电解抛光相比，化学抛光不需电源，可处理形状较复杂的工件，生产效率较高，但表面加工质量低于电解抛光。

化学抛光反应属于腐蚀微电池的电化学过程。因此，化学抛光的原理与电解抛光相似，在化学溶解过程中，金属表面产生一层氧化膜，这层薄膜控制着继续溶解过程中的扩散速度，在表面的凸起部分，由于黏膜厚度薄，因此溶解速度比凹陷部分快，钢铁零件表面不断形成钝化氧化膜和氧化膜不断溶解，且前者要强于后者。由于零件表面微观的不一致性，表面微观凸起部位优先溶解，且溶解速率大于凹下部位的溶解速率，而且膜的溶解和膜的形成始终同时进行，只是其速率有差异，结果使钢铁零件表面粗糙度得以整平，从而获得平滑光亮的表面。

化学抛光由于对表层有较大的溶解作用，因此也可有效地去除机械磨光时产生的表面损伤层。

2.3电解抛光

电解抛光是将工件置于阳极，在特定的溶液中进行电解，工件表面微观凸出部分电流密度较高，溶解较快；而微观凹入处电流密度较低、溶解较慢，从而达到平整和光亮的目的。电解抛光常用于碳素钢、不锈钢、铝、铜等零件或铜、镍等镀层的装饰性精加工及某些工具的表面精加工，或用于制取高度反光的表面以及用来制造金相试样等。

钢铁材料广泛采用磷酸-铬酸酐型抛光溶液，主要成分由磷酸、硫酸和铬酸酐等组成，其中还加入缓蚀剂、光亮剂、增稠剂等添加剂；阴极均用铅材，电源电压均可为12V。近年来，随着不锈钢制品应用范围和产量的不断增大，其电解抛光液的需求量也在不断增加，为防止使用含磷酸和铬酸酐的电解抛光液造成环境污染，我国大力发展环保型不锈钢电解抛光液，已取得明显成效，表3所列就是几种新型不锈钢电解抛光液的溶液组成和工艺条件。

电解抛光与机械抛光相比，由于是通过电化学溶解使被抛光表面得到整平的，所以表面没有变形层产生，也不会夹杂外来物质；同时因电解过程中有氧析出，会使被抛光表面形成一层氧化膜，有利于提高其耐蚀性。此外，对于形状复杂的零件、线材、薄板和细小的零件，机械抛光有困难，可采用电解抛光。电解抛光除有整平作用外，还能除去表面夹杂物，显示出零件表面的裂纹、砂眼、夹杂等缺陷。

3、滚光

滚光常用作大批量小零件镀前的表面准备或镀后的表面修饰。滚光就是将零件和磨料一起放在滚筒机或钟形机中进行滚磨，以除去零件表面的毛刺、粗糙和锈蚀产物，并使表面光洁的一种加工过程。滚光时除了加入磨料外，还经常加入一些化学试剂如酸或碱等，因此，滚光过程的实质是零件和磨料一起滚翻时发生碰撞和摩擦作用，以及化学试剂的作用，而将毛刺、粗糙和锈蚀除去。

滚光可以除去零件表面的油污和氧化皮，使零件表面有光泽，其可以全部或部分代替磨光、抛光，但只适用于大批量且表面粗糙度要求不高的零件。滚光有干法和湿法之分。干法使用沙子、金刚砂、碎玻璃及皮革等作磨料。湿法则使用钢球、碎石块、锯末、碱液、茶仔粉等作磨料。滚光时的转速视零件的特征、滚筒的结构而定，一般在15~50r/min。转速太高时由于离心力大，零件随滚筒转动而不能互相摩擦，起不到滚光作用；转速太低时则效率低。

滚光时如零件表面有大量的油污和锈蚀，应先进行脱脂和浸蚀。当油污较少时，可加入碳酸钠、肥皂、皂荚粉等少量碱性物质或乳化剂一起进行滚光；零件表面有锈时可加入稀硫酸或稀盐酸。当零件在酸性介质中滚光结束后，应立即将酸性液冲洗干净。

4、刷光

刷光是使用金属丝、动物毛、天然或人造纤维制成的刷光轮对工件表面进行加工的方法，主要应用于除去工件表面的氧化皮、锈蚀、焊渣、旧油漆及其他污物；也用于除去零件机械加工后留在表面棱边的毛刺。

常用刷光轮一般由钢丝和黄铜丝等材料制成。零件材质较硬者，应采用刚性大的钢丝刷轮，同时采用较大的转速；反之，采用黄铜丝的刷轮。刷光可分为机械刷光和手工刷光。两者均多采用湿法，一般都采用水作刷光液，对钢铁材料的刷光也有采用3%~5%（质量分数）碳酸钠或磷酸钠溶液。

5、喷砂处理

喷砂是指采用净化的压缩空气，将干砂（如石英砂、钢砂、氧化铝等）流强烈地喷到金属工件表面，磨削掉工件表面的毛刺、氧化皮、锈蚀、积炭、焊渣、型砂、残盐、旧漆膜、污垢等表面缺陷的方法。

喷砂常用作工件表面清理，如清除铸件表面的残砂及高含碳层，以及焊接件的焊缝，消除锈迹和氧化皮。除锈一般用喷砂法和酸洗法，后者易使氢渗入钢铁件内部，增加内应力，降低塑性，而喷砂除锈不产生氢脆。无论是高碳钢、高强度钢，还是弹性零件、黄铜件、不锈钢件和铝件经喷砂后进入下道工序，都可以提高镀层或氧化层的结合力。镀硬铬和涂料的工件常用喷砂清理表面，机床附件及工量具镀乳白铬前多用喷砂来消光。喷砂除锈是各种表面预处理方法中质量最好的一种。它不仅能彻底清除金属表面的氧化皮、锈蚀、旧漆膜、油污及其他杂质，使金属表面显露出均一的金属本色，而且还能使金属表面获得一定的粗糙度，以得到粗糙度均匀的表面，并将机械加工应力变成压应力，提高防腐层与基体金属之间的结合力以及金属自身的耐蚀能力，常用于涂装、热喷涂和塑料的粗糙化处理。除喷砂外，表面粗糙化处理方法还有车螺纹法、滚花法、电火花拉毛法等。

喷砂分为干喷和湿喷两类，湿喷用磨料与水混成砂浆，为防止金属生锈，水中需加入缓蚀剂。干喷效率高，但加工表面较粗糙、粉尘大、磨料破碎多；湿喷对环境污染小，对表面有一定的光饰和保护作用，常用于较精密的加工。

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