金属注射成型工艺常用表面处理及其效果

金属注射成型工艺常用表面处理及其效果

引言

金属注射成型（Metal Injection Molding，MIM）作为一种先进的近净成型技术，能够将金属粉末与粘结剂混合后注射成型，再经脱脂、烧结等工序获得高精度、复杂形状的金属零件。然而，成型后的零件表面状态往往难以直接满足实际应用的需求，需要进行适当的表面处理。表面处理不仅可以改善零件的外观，还能显著提升其耐腐蚀性、耐磨性、硬度等性能，拓宽金属注射成型零件的应用领域。

常用表面处理方法

机械抛光

机械抛光是通过使用抛光轮、砂纸等工具，对零件表面进行磨削和研磨，以去除表面的划痕、瑕疵，降低表面粗糙度，提高表面光泽度。在金属注射成型零件的表面处理中，机械抛光是一种较为基础且常用的方法。对于一些对外观要求较高的装饰性零件，如珠宝配件、电子产品外壳等，机械抛光能够使其表面呈现出镜面般的光泽，提升产品的美观度。其操作相对简单，成本较低，但对操作人员的技术要求较高，且难以处理复杂形状零件的所有表面，容易出现抛光不均匀的情况。

应用案例：在某知名品牌的高端手表制造中，其金属注射成型的表壳与表带部件采用了机械抛光处理。经过精细的机械抛光后，表壳与表带表面光亮如镜，能够清晰倒映周围事物，显著提升了手表整体的奢华质感与精致度，满足了消费者对于高端手表外观的严苛审美需求。

化学镀

化学镀是在不外加电流的情况下，利用还原剂将镀液中的金属离子还原并沉积在零件表面形成镀层的过程。在金属注射成型工艺中，化学镀镍是较为常见的一种方式。化学镀镍层具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和均匀性，无论零件形状多么复杂，都能在其表面获得厚度均匀的镀层。对于一些在潮湿、腐蚀环境中使用的零件，如汽车零部件、医疗器械等，化学镀镍可以有效提高零件的使用寿命。此外，化学镀镍层还具有一定的硬度和低摩擦系数，能够改善零件的表面性能，提高其工作效率。

应用案例：某汽车发动机中的喷油嘴部件采用金属注射成型工艺制造后，进行了化学镀镍处理。在汽车发动机高温、高压且伴有燃油腐蚀的恶劣环境下，经化学镀镍的喷油嘴展现出卓越的耐腐蚀性，其使用寿命相比未处理部件延长了约 30%，同时化学镀镍层的低摩擦系数使得喷油过程更加顺畅，优化了燃油喷射效果，提升了发动机的整体性能。

电镀

电镀是利用电解原理在零件表面沉积一层金属或合金的表面处理方法。常见的电镀金属有铬、锌、铜等。镀铬能够赋予零件良好的装饰性和耐腐蚀性，其镀层光亮、坚硬，可有效提高零件的表面硬度和耐磨性，常用于五金工具、卫浴洁具等产品的表面处理。镀锌则主要用于防止钢铁零件的腐蚀，锌层在大气环境中能够形成致密的氧化膜，对基体金属起到良好的保护作用，广泛应用于建筑、汽车、家电等行业。电镀工艺成熟，镀层种类多样，可以根据不同的使用要求选择合适的电镀金属和工艺参数，但电镀过程中会产生一定的环境污染问题，需要进行严格的废水处理。

应用案例：在建筑领域，金属注射成型的楼梯扶手连接件常采用镀锌处理。这些连接件安装在户外楼梯等位置，长期暴露于自然环境中。镀锌层有效地阻止了连接件的锈蚀，即便在雨水频繁的地区，经多年使用后，连接件表面依然保持良好，未出现明显的锈迹，保障了楼梯扶手结构的稳定性与安全性。在卫浴产品方面，水龙头采用镀铬电镀工艺，镀铬后的水龙头表面光亮美观，不仅提升了产品的装饰性，而且由于镀铬层的高硬度和耐腐蚀性，水龙头在日常频繁使用过程中，不易出现磨损和腐蚀现象，延长了产品的使用寿命。

阳极氧化

阳极氧化主要针对铝及铝合金等金属材料。在特定的电解液中，将零件作为阳极，通过电解作用使其表面形成一层氧化膜。阳极氧化膜具有较高的硬度、良好的绝缘性和耐腐蚀性，同时还可以通过染色等后续处理获得丰富的颜色，增强零件的装饰性。在金属注射成型的铝制零件中，阳极氧化常用于电子设备外壳、航空航天零部件等领域，既能提高零件的防护性能，又能满足产品对外观色彩的多样化需求。阳极氧化膜的厚度和性能可以通过控制电解时间、电流密度等工艺参数进行调整。

应用案例：一款新型平板电脑的金属注射成型外壳采用了阳极氧化处理。经过阳极氧化后，外壳表面形成了一层坚硬且具有良好绝缘性的氧化膜，有效防止了外壳因日常使用中的摩擦而产生的划痕，同时增强了对内部电子元件的电磁屏蔽效果。此外，通过染色处理，该平板电脑外壳呈现出独特的深空灰色，不仅符合当下电子产品简约时尚的设计潮流，还提升了产品的辨识度与质感，满足了消费者对于电子产品外观与性能的双重追求。在航空航天领域，飞机发动机的一些铝合金零部件经金属注射成型后进行阳极氧化处理，阳极氧化膜的高硬度和良好的耐腐蚀性，使这些零部件能够在高空复杂的环境下稳定运行，保障了飞机飞行的安全性与可靠性。

喷漆

喷漆是将涂料通过喷枪等工具喷涂在零件表面，形成一层保护膜的表面处理方法。对于金属注射成型零件，喷漆可以提供良好的防腐蚀和装饰效果。涂料的种类繁多，如环氧树脂漆、聚氨酯漆等，可以根据不同的使用环境和装饰要求进行选择。喷漆工艺简单，成本相对较低，适用于各种形状和尺寸的零件。在一些对外观要求较高且需要一定防护性能的产品中，如家具、玩具、电器外壳等，喷漆被广泛应用。通过选择不同颜色和纹理的涂料，还可以使零件表面呈现出多样化的视觉效果。

应用案例：在儿童玩具制造中，许多金属注射成型的玩具车车身采用喷漆处理。选用环保型的彩色聚氨酯漆，不仅为玩具车赋予了鲜艳丰富的色彩，吸引儿童的注意力，而且喷漆形成的保护膜能够有效防止车身金属生锈，即使在儿童频繁玩耍、接触汗水等情况下，也能保持良好的外观与性能。在家具行业，金属注射成型的桌椅腿采用喷漆工艺，通过喷涂木纹纹理的环氧树脂漆，使金属桌椅腿呈现出仿木质的外观效果，既满足了家具整体的设计风格需求，又利用了金属材料的坚固特性，同时喷漆层也对金属桌椅腿起到了防腐蚀和耐磨的保护作用 。

表面处理效果评估

外观效果

经过表面处理后，零件的外观会发生显著变化。机械抛光后的零件表面光滑如镜，光泽度高，能够呈现出金属的质感；化学镀、电镀后的零件表面镀层均匀、光亮，不同的镀层颜色各异，如镀铬层的亮白色、镀锌层的银白色等，既增加了美观性，又提升了产品的档次；阳极氧化后的铝制零件可以获得丰富的颜色，从常见的银色、黑色到鲜艳的彩色，满足了不同用户对外观的个性化需求；喷漆后的零件则可以根据涂料的选择呈现出各种颜色和纹理效果，如高光、哑光、砂纹等，为产品设计提供了更多的创意空间。

耐腐蚀性

耐腐蚀性是衡量表面处理效果的重要指标之一。化学镀镍层、电镀层以及阳极氧化膜等都能在一定程度上提高零件的耐腐蚀性。通过盐雾试验等方法可以对零件的耐腐蚀性进行评估。例如，经过化学镀镍处理的零件在盐雾试验中能够承受较长时间的腐蚀而不出现明显的锈蚀现象，其耐腐蚀性相比未处理的零件有显著提升。镀锌层则通过自身的牺牲阳极保护作用，有效地防止基体金属的腐蚀，在恶劣的大气环境中具有良好的防护性能。阳极氧化膜由于其致密的结构，能够阻止氧气和水分等腐蚀介质与基体金属接触，从而提高零件的耐腐蚀性。

耐磨性

对于一些在摩擦环境中工作的零件，耐磨性至关重要。机械抛光虽然可以降低表面粗糙度，但对提高耐磨性的作用相对有限。化学镀镍层和镀铬层具有较高的硬度，能够显著提高零件表面的耐磨性。在实际应用中，经过化学镀镍或镀铬处理的零件，其磨损速率明显降低，使用寿命得以延长。阳极氧化膜也具有一定的硬度，在一些轻载摩擦场合能够起到保护作用。此外，通过选择合适的涂料和涂装工艺，喷漆也可以在一定程度上提高零件表面的耐磨性能。

硬度

表面处理后的零件硬度通常会发生变化。化学镀镍层、镀铬层等都能增加零件表面的硬度。例如，化学镀镍层的硬度一般在 500 - 1000HV 之间，相比基体金属有较大幅度的提高，这使得零件在承受外力作用时更不易变形和磨损。阳极氧化膜的硬度也较高，能够增强铝及铝合金零件表面的硬度，提高其抗划伤能力。而喷漆对零件硬度的提升相对较小，但可以在一定程度上缓冲外界对零件表面的冲击，保护基体金属。

结论

金属注射成型工艺与合适的表面处理方法相结合，能够显著提升金属零件的性能和外观质量。机械抛光、化学镀、电镀、阳极氧化和喷漆等表面处理方法各有特点和适用范围，通过对这些方法的合理选择和应用，可以满足不同领域对金属注射成型零件的多样化需求。在评估表面处理效果时，需要综合考虑外观效果、耐腐蚀性、耐磨性和硬度等多个方面的因素，以确保表面处理后的零件能够在实际使用中发挥出最佳性能，为相关行业的发展提供有力支持。随着科技的不断进步，金属注射成型工艺和表面处理技术也将不断创新和完善，为金属零件的制造和应用带来更多的可能性。