CMF实验室 | 不锈钢及其表面处理工艺

发布于 16天前 by inter_stella

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作为一个设计师,对材质的深入把握可以让自己的设计作品锦上添花,而不锈钢是产品中经常应用到的一种材料。不同的不锈钢表面处理工艺,能够让同样的材质凸显不同的视觉效果及手感特征。


01

不锈钢


不锈钢(Stainless Steel)是不锈耐酸钢的简称,耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢;而将耐化学腐蚀介质(酸、碱、盐等化学浸蚀)腐蚀的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同,普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀,而耐酸钢则一般均具有不锈性。"不锈钢"一词不仅仅是单纯指一种不锈钢,而是表示一百多种工业不锈钢,所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。成功的关键首先是要弄清用途,然后再确定正确的钢种。和建筑构造应用领域有关的钢种通常只有六种,它们都含有17~22%的铬,较好的钢种还含有镍。添加钼可进一步改善大气腐蚀性,特别是耐含氯化物大气的腐蚀。

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不锈钢按其组织结构的不同进行分类,主要可分为五大类:马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。

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1.铁素体不锈钢——所有不锈钢均以铁(Fe)和铬(Cr)为基础。铬是不锈钢的基本“组成元素”,因为它可以形成保护性富铬表面薄膜。简单的铁-铬不锈钢即为铁素体不锈钢。室温下碳钢的晶体结构为铁素体,呈体心立方(BCC)结构,在立方体的每个角都有一个铁原子,在立方体的中心也有一个铁原子。这种晶体单元很小,在每立方毫米金属中存在数十亿的此类晶体单元。添加铬(Cr)后,铬原子将取代晶体中的一些铁原子,但晶体结构不变。所以这些钢被称为铁素体不锈钢。铁素体不锈钢的代表性牌号有0Cr11Ti(409)和1Cr17(430)等等。

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2.奥氏体不锈钢——向铁素体不锈钢中加入适量具有奥氏体形成能力的镍元素(Ni),就会使晶体结构从体心立方结构的铁素体转变为面心立方(FCC)结构的奥氏体,这种晶体结构的根本转变赋予奥氏体不锈钢不同于铁素体不锈钢的优异性能。奥氏体不锈钢例如300系不锈钢,是用途最广泛的不锈钢。

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3.马氏体不锈钢——如果铁-铬不锈钢中的碳(C)含量高,则钢可进行淬火和回火处理,形成马氏体不锈钢。马氏体是自奥氏体转变而来的相变产物,高温下为奥氏体,室温和低温下组织为马氏体,Fe-Cr-C马氏体不锈钢的晶体结构为体心四方,而低碳,特别是超低碳 Fe-Cr-Ni马氏体不锈钢的晶体结构则为体心立方。Fe-Cr-C马氏体不锈钢的代表性牌号有1Cr13(410)等;Fe-Cr-Ni马氏体不锈钢的代表性牌号有1Cr17Ni2(431)、00Cr13Ni5Mo等等。


4.双相不锈钢——双相不锈钢介于铁素体和奥氏体不锈钢之间,双相不锈钢中大约50%是铁素体,大约50%是奥氏体。

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5.沉淀硬化不锈钢——沉淀硬化不锈钢(PH)是在室温下,钢的基体组织可以是马氏体、奥氏体以及铁素体,经适宜热处理,在基体上沉淀(析出)碳化物和金属间化合物等进一步使不锈钢硬化和强化的一类不锈钢。代表性牌号有0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH,AISI 630),0Cr17Ni7Al(17-7PH,AISI 631)等。


02

不锈钢的主要特性


1.焊接性——产品用途的不同对焊接性能的要求也各不相同。一类餐具对焊接性能一般不做要求,甚至包括部分锅类企业。但是绝大多数产品都需要原料焊接性能好,像二类餐具、保温杯、钢管、热水器、饮水机等。

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2.耐腐蚀性——绝大多数不锈钢制品要求耐腐蚀性能好,像厨具、热水器、饮水机等,有些国外商人对产品还做耐腐蚀性能试验:用 NACL 水溶液加温到沸腾,一段时间后倒掉溶液,洗净烘干,称重量损失,来确定受腐蚀程度。

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3.抛光性能——当今社会不锈钢制品在生产时一般都经过抛光这一工序,只有少数制品如热水器、饮水机内胆等不需要抛光,因此这就要求原料的抛光性能很好。影响抛光性能的因素主要有以下几点:①原料表面缺陷。如划伤、麻点、过酸洗等。②原料材质问题。硬度太低,抛光时就不易抛亮(BQ 性不好),而且硬度太低,在深拉伸时表面易出现桔皮现象,从而影响 BQ 性。硬度高的 BQ 性相对就好。③经过深拉伸的制品,变形量极大的区域表面也会出小的黑点和 RIDGING,从而影响 BQ性。

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4.耐热性能——耐热性能是指高温下不锈钢仍能保持其优良的物理机械性能。

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5.耐腐蚀性——当钢中铬量原子数量不低于 12.5%时,可使钢的电极电位发生突变,由负电位升到正的电极电位,阻止电化学腐蚀。

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03

不锈钢的物理性能


与碳钢比较:1.碳钢的密度略高于铁素体和马氏体型不锈钢,而略低于奥氏体型不锈钢;2.电阻率按碳钢、铁素体型、马氏体型和奥氏体型不锈钢排序递增;3.线膨胀系数大小的排序也类似,奥氏体型不锈钢最高而碳钢最小;4.碳钢、铁素体型和马氏体型不锈钢有磁性,奥氏体型不锈钢无磁性,但其冷加工硬化生成马氏体相变时将会产生磁性,可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。


奥氏体型不锈钢与碳钢相比,具有下列特点:1.高的电阻率,约为碳钢的5倍;2.大的线膨胀系数,比碳钢大40%,并随着温度的升高,线膨胀系数的数值也相应地提高;3.低的热导率,约为碳钢的1/3。


04

不锈钢表面处理工艺


1.喷砂(喷丸)处理——采用压缩空气为动力,以形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂)高速喷射到需处理工件表面,使工件表面的外表或形状发生变化。喷砂在工程与表面工艺方面都有很强的应用,如:提高粘接件粘度、去污、优化机加工后的表面毛刺、表面哑光处理。喷砂工艺比手工打磨要均匀而高效,这种方法的不锈钢处理,打造出产品的低调、耐用的特征。

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2.化学处理——采用化学或电化学处理使不锈钢表面生成一层稳定化合物方法的统称,像我们常说的电镀便是用电化学处理的。单独或混合使用酸溶液、阳极溶解(电解)等进行除锈,使用磷酸盐处理、铬酸盐处理、发黑、阳极氧化等使金属表面生成一层保护膜,均属于此种方法。这种方法能够达到复杂的花纹效果,打造复古或是现代的设计需求。

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3.镜面处理——简单来讲就是对不锈钢表面进行抛光,抛光手法分为物理抛光和化学抛光。也可以在不锈钢表面进行局部抛光,抛光的等级分为普通抛光,普通6K,精磨8K,超强精磨10K效果。镜面给人以高档简约,时尚未来的感觉。

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4.表面着色——不锈钢着色不仅赋予不锈钢制品各种颜色,增加产品的花色品种,而且提高产品耐磨性和耐腐蚀性。表面着色的方法有很多种,系统来说分为:1、化学氧化着色法;2、电化学氧化着色法;3、离子沉积氧化物着色法;4、高温氧化着色法;5、气相裂解着色法。

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5.表面拉丝处理——拉丝工艺是不锈钢产品常用的一种手法,可根据装饰需要,制成直纹、乱纹、螺纹、波纹和旋纹等几种。不锈钢表面拉丝给人超好的手感、细腻的光泽、耐磨的表面以及个性的纹理效果。在电子设备、厨房电器、机械设备方面都有广泛运用。

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6.喷涂——不锈钢喷涂与上面讲到的着色有实质性的不同,根据材料的不同,有些喷漆可能会破坏不锈钢表面氧化层。但喷涂可以用简单的工艺达到不同色彩的不锈钢材质产品、也可以运用不同的喷漆来改变不锈钢的手感。像我们日常用的不锈钢水杯就会采用喷涂的工艺。

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05

不锈钢在产品中的应用

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本篇文章部分图片素材来源自网络




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