工业设计师的材料库——铝和铝合金
发布时间：
2021-09-15 14:14
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在工业设计中，铝合金和铝材料是一种非常常见的材料，在设计的过程中需要我们了解铝材的一些材料特性和加工方法，下面一起来了解一下铝材的表面处理工艺。
铝常用的表面处理方法：
1. 抛光：克服缺陷去毛刺和使表面光亮的作用。
2.喷砂：喷砂的目的是用来克服和掩盖铝合金在机械加工过程中产生的一些缺陷以及满足客户对产品外观的一些特殊要求。有玻璃砂、钨砂等，呈现不同感觉。类似毛玻璃的粗燥质感，细的砂型同样可以表现出高档的产品。
3.电镀：比较常见，同时有打磨后电镀的处理工艺
4.车纹：是模具成型后再次加工的处理方式，使用车床加工出纹路。成体表现为非常规则的纹理特征。
5.擦纹：有叫做拉丝。表现相似于车纹，都是表面形成流畅的连续纹路，不同的是，车纹表现为环状纹路，擦纹表现为直线
6.批花：我们经常看到有些金属铭牌，上面的产品或者公司标示有倾斜或者直体丝状条纹，此为批花工艺
7.批边：类似抛光、电镀效果，但是加工方式不同，效果不同。加工方式为机械加工，呈现极亮的光芒效果
8.氧化(上色)：氧化的用途分两方面：增强物理特性;可以达到上色目的。
9.钻石切割
拉丝
拉丝可根据装饰需要，制成直纹、乱纹、螺纹、波纹和旋纹等几种。
直纹拉丝是指在铝板表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。它具有刷除铝板表面划痕和装饰铝板表面的双重作用。直纹拉丝有连续丝纹和断续丝纹两种。连续丝纹可用百洁布或不锈钢刷通过对铝板表面进行连续水平直线磨擦(如在有靠现装置的条件下手工技磨或用刨床夹住钢丝刷在铝板上磨刷)获取。改变不锈钢刷的钢丝直径，可获得不同粗细的纹路。断续丝纹一般在刷光机或擦纹机上加工制得。制取原理：采用两组同向旋转的差动轮，上组为快速旋转的磨辊，下组为慢速转动的胶辊，铝或铝合金板从两组辊轮中经过，被刷出细腻的断续直纹。
乱纹拉丝是在高速运转的铜丝刷下，使铝板前后左右移动磨擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。这种加工，对铝或铝合金板的表面要求较高。
波纹一般在刷光机或擦纹机上制取。利用上组磨辊的轴向运动，在铝或铝合金板表面磨刷，得出波浪式纹路。
旋纹也称旋光，是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床上，用煤油调和抛光油膏，对铝或铝合金板表面进行旋转抛磨所获取的一种丝纹。它多用于圆形标牌和小型装饰性表盘的装饰性加工。
螺纹是用一台在轴上装有圆形毛毡的小电机，将其固定在桌面上，与桌子边沿成60度左右的角度，另外做一个装有固定铝板压茶的拖板，在拖板上贴一条边沿齐直的聚酯薄膜用来限制螺纹宽度。利用毛毡的旋转与拖板的直线移动，在铝板表面旋擦出宽度一致的螺纹纹路。
喷砂
喷砂(Sand Blasting)处理
喷砂(Sand Blasting)处理在金属表面的应用是非常普遍的。
目的是用来克服和掩盖铝合金在机械加工过程中产生的一些缺陷以及满足客户对产品外观的一些特殊要求。
原理只是将加速的磨料颗粒向金属表面撞击，而达至除金秀、去毛刺、去氧化层或作表面预处理等，它能改变金属表面的光洁度和应力状态。常用的砂材有玻璃砂、金刚砂、钢珠、碳化硅等
喷砂工艺的好处
喷砂工艺可分为气压喷枪及叶轮抛丸两种，而喷砂工艺的优点在于它能够除披峰、去除在压铸、冲压、火焰切割和锻压后的毛刺，对较薄工件及有毛孔的毛刺效果更好，它可清理砂铸过程残余的砂粒、清理铸铁件或钢材的锈渍、清理热处理、烧悍、热锻、辗压等热工序后的除氧化皮。另外，在涂层应用上，它可把现有的涂料或保护层除去，在覆盖铸件上的缺陷如龟裂或冷纹，提供光泽表面。再加上于表面应力上，它能提供一致性的粗化表面，上油及喷涂效果，在高应力的金属件如弹簧和连接杆经局部被不断敲打，会产生变形并呈现强化现象。此强化效果是需要使用圆形磨料如不金秀钢丸，在高能量的抛丸机或专用强力喷砂机中使用。如要测定机器的表面强化效果，可把Almen测试工件进行抛丸或喷砂处理，然后测出变形量是否符合要求。
气压喷枪的原理
喷枪的气压输入主要分直接压力缸(Direct Pressure Vessel)及间接注射式(PressureInjection)。直接压力缸将磨料放于压力罐，并施以6-7bar大气压力，直接喷出磨料。它的好处是压力大，缺点是当要添加压力罐内的磨料时需要暂停操作。但如需要长时间连续喷砂而不受间断，可使用双压力缸设计，使添加磨料不必停止操作。而间接注射式则利用高速气流吸入磨料，它的好处是添加磨料时不会干扰正常生产，设备简单及投资小，因此最为普遍。
铝氧化(上色)
铝及铝合金因加工成形容易，比其它金属材料轻，应用越来越广泛。而铝及铝合金化学性质非常活泼，必须进行一定防护处理：如电镀、喷涂有机保护和氧化处理，氧化处理是最容易实现是最常用的防护处理措施。
铝及铝合金的氧化分为化学氧化和电化学氧化(俗称阳极氧化)。铝及其合金的电化学氧化法又称阳极氧化处理，是使铝制品获得抗腐蚀性能和装饰性表面的方法，在工业上广泛使用。该工艺像电镀的逆过程工件为电解电路的阳极，不是将一层材料(金属)加到工件表面上云，而是进行内部的反应，以增加通常存在于铝表面很薄的强保护氧化铝层的厚度。
化学氧化膜比较薄，质软不耐磨，抗蚀能力低于阳极氧化膜。但吸附能力较好，主要作为喷漆和喷塑的底层。铝阳极氧化膜综合性能优于化学氧化膜，应用更广泛，主要特性：
(1) 耐蚀性。膜厚及封孔质量直接影响使用性能。
(2) 硬度和耐磨性。基体硬度为HV100，普通阳极氧化膜可达HV300，而硬质膜则可达HV500，硬度和耐磨性是一致的。
(3) 装饰性。既保持金属的光泽和质感，又可以染色成丰富多彩的彩色。
(4) 有机涂层和电镀层附着性。可有效提高表面层的附着力和耐蚀性。
(5) 电绝缘性。铝是良导电体，而氧化膜则是高电阻的绝缘膜。绝缘击穿电压可达30~200V/um，室温体积电阻率为：109Ω/cm3，250℃时可达1013Ω/cm3
(6) 透明性。铝纯度越高，氧化膜透明度越高。
(7)功能性。利用氧化膜的多孔性，可在微孔中沉积功能性微粒，得到功能性材料。
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