金属材料表面处理技术在冶金工程中的应用研究

金属材料表面处理技术在冶金工程中的应用研究

陈洋

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摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。金属材料表面处理技术在冶金工程中应用广泛。金属材料表面处理技术是一种通过物理、化学或电化学方法，在金属材料表面形成一层保护性的涂层、氧化层或改变表面的化学成分、组织结构和性质的技术。这些处理方法包括热浸镀锌、电镀、喷涂、涂覆、热喷涂、化学涂覆、物理气相沉积、电解抛光、电解脱脂、电化学沉积、喷丸等。通过这些处理技术，可以提高金属材料的抗腐蚀性能、耐磨性、导电性、绝缘性、隔热性、光学性等特性，从而延长金属材料的使用寿命，减少维护成本，提高工程结构的可靠性和安全性。因此，金属材料表面处理技术在现代工程领域具有重要的应用价值，并在不断的发展和完善中，为金属材料的应用拓展和性能提升提供了有效的解决方案。

关键词：金属材料；表面处理技术；冶金工程

引言

随着科技的进步和创新，冶金工程领域也在不断发展和演变。新技术的应用为冶金工程带来了广阔的前景和机遇，对提高生产效率、优化工艺流程、改善产品质量具有重要意义。通过对新技术在冶金工程中应用的影响进行深入研究，可以全面了解其对生产效率的提升和质量的改善作用。

1金属材料表面处理技术

金属表面处理是一种对金属材料表面进行物理、化学或机械处理的过程，以改变其表面性能，提高其质量和应用性。根据处理方法的不同，金属表面处理可分为物理处理和化学处理两类。物理处理通过改变表面的形貌和粗糙度来改善性能，包括喷丸、抛光、电解抛光等。化学处理通过在金属表面形成一层化学反应产物来改变其性能，包括镀金属、酸洗、电镀等。金属表面处理在航空航天、汽车、电子、能源等领域得到广泛应用，是制备高性能金属材料的重要环节。金属表面处理的机理可以分为物理机理和化学机理。物理机理是通过物理手段对金属表面进行处理，如喷丸、抛光等，改变表面的形貌和粗糙度，从而改善其性能。化学机理是通过化学反应对金属表面进行处理，如电化学处理、化学镀等，改变表面的化学成分和性能，从而改善其性能。这些机理作用于金属表面，可改变其性能，从而提高金属材料的综合性能。

2金属材料科学合理选择

金属材料在现代工业领域应用十分普遍，对其进行分类主要有有色金属、黑色金属和特种金属，其中有色金属是除了铁、锰和铬之外的一切金属，黑色金属主要是钢铁材料。实际运用时要遵循使用性原则进行合理的选择，确保选择金属材料可以保证产品完成后规定的功能，同时预测材料在加工成型过程中可能出现的安全问题，并提前做好相应防护工作，有效保障金属材料的加工质量。另外尽可能地选择不添加任何涂层镀层的原材料，以防止对环境造成污染，并且这一材料使用以后也难以进行回收利用。

3金属材料表面处理技术在冶金工程中的应用

抗腐蚀性能：合适的电镀或涂层技术可以显著提高金属材料的抗腐蚀性能，降低腐蚀速率，从而延长金属材料的使用寿命。摩擦和磨损性能：涂层、喷丸等表面处理技术可以显著改善金属材料的摩擦和磨损性能，减小摩擦系数和磨损率，提高材料的耐磨性能。导电性和绝缘性：不同的表面处理技术可以显著改变金属材料的导电性和绝缘性能，提高导电性或绝缘性，以适应不同的应用需求。

3.1金属材料电化学处理

这种处理方法可以在金属材料表面形成特定的化学成分或化合物，从而改变金属材料的性能。一项实验研究中表明，通过采用电化学处理技术，在含有腐蚀性介质的环境中，将金属材料的腐蚀速率从原来的2.5mm/a降低到0.5mm/a，减少了80%以上。电镀技术是一种常用的金属材料电化学处理技术。通过在金属材料表面通过电化学反应，沉积一层金属或合金，从而形成一种新的表面涂层。电镀涂层可以提供金属材料表面的装饰性、耐磨性、耐腐蚀性等性能，被广泛应用于汽车、家电、电子等领域。

3.2金属材料防腐蚀处理

金属材料放置在自然条件下，表面会因氧化形成致密的氧化层，有利于保护材料不被腐蚀。当氧化层被破坏时，本体金属暴露在环境中，发生系列电化学反应从而锈蚀。通常腐蚀依据腐蚀形态可分为全面腐蚀和局部腐蚀，局部腐蚀包括点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀破裂和腐蚀疲劳等。涂镀阴极性金属镀层能有效地防护基材金属的腐蚀。但如果金属镀层存在孔隙，在一定条件下，会使得镀层具有电化学活性，最易产生孔蚀。在镀层表面，蚀孔初期面积很小，难以用肉眼察觉，且分布不规律，经过环境条件的长期影响，会出现蚀穿金属的现象。金属防腐有两种方式，一种是改变金属本身结构，通常选择向原有金属中加入其他元素形成耐腐蚀的新型合金。研究发现，在镁合金中加入混合稀土可以引起α-Mg晶粒尺寸减小，从而提高镁合金抗腐蚀的能力；另一种是通过表面处理技术将基材金属保护起来。表面处理方式有电镀、化学镀、阳极氧化、有机涂层和化学转化膜。电镀利用电解原理使得镀液中的待镀金属在阴极还原，于被镀材料表面形成沉积层实现对基材的防护。化学镀则利用还原剂使得金属离子在基材金属上发生还原从而生成防护镀层来提高基材的耐蚀性和耐磨性。化学转化膜和阳极氧化技术常用作铝合金和镁合金的表面防护技术，前者在表面发生化学和电化学反应形成致密的隔离层，与金属之间有良好的结合力；后者则是通过外加电流生成防护性氧化层。

3.3金属材料涂层处理

通过在金属材料表面涂覆一层特定性能的涂层，可以改变金属材料的表面性能，如硬度、耐磨性、耐腐蚀性等，通过在金属材料表面进行电镀涂层处理，成功将金属材料的腐蚀速率从原来的1.2mm/a降低到0.12mm/a，降低了90%以上。热喷涂技术是一种常用的金属材料涂层处理技术。热喷涂技术通过将涂层材料在高温下熔化或半熔化，然后以高速气流喷射到金属材料表面，从而形成涂层。热喷涂技术可以被用于钢铁、铝合金、镁合金等各种金属材料。热喷涂涂层具有优良的附着力、耐磨性、耐腐蚀性等性能，被广泛应用于航空航天、能源、汽车等领域。

4冶金工程领域新技术应用的优化措施

（1）可持续发展问题。为了应对环境挑战，冶金工程领域应加大对绿色技术的研发和应用。通过提高能源利用效率、降低废水和废气排放，可以减少对环境的负面影响。引入清洁能源和循环利用技术，如太阳能和风能，可减少对传统能源的依赖。在新技术应用过程中，还应加强环境评估和监测工作，全面评估新技术对环境的影响，并根据评估结果制定相应的应对措施，这有助于最大限度地减少环境污染和生态破坏。通过绿色冶金技术的研发和应用，可以实现经济增长和环境保护的双重效益，为冶金工程领域的可持续发展做出贡献。（2）)人才培养和技能转型。加大对冶金工程领域相关专业的教育培养力度，开展适应新技术应用的课程和培训班，为从业人员提供技能培训和转型机会，使其适应新技术的应用。与职业培训机构合作，开展定制化的培训计划，以满足企业需求。

结语

金属材料表面处理技术在冶金工程中具有广泛的应用前景。通过对金属材料表面进行处理，可以改善其性能，延长其使用寿命，并满足不同的工程需求。目前，金属材料表面处理技术正朝着自动化和智能化的方向发展，同时也在工业4.0的背景下得到了广泛应用。未来，随着科技的进步，金属材料表面处理技术将继续为冶金工程领域带来更多的创新和发展机会。

参考文献

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[2]李成洋，王建华.冶金工程中金属材料表面处理技术的应用研究进展[J].冶金信息,2020,32(4):30-35.

[3]韩锐，刘志宏，张立权.金属材料表面处理技术的研究进展与应用[J].金属工艺,2021,44(7):1-8.