医用仪器金属材料表面处理工艺研究

蔡润鑫

摘 要：金属材料是医用仪器应用最广泛的材料之一。由于金属具有较高的机械强度和韧性，耐热性、耐久性好，不易老化，不易受损，性质变化小等特点而被广泛应用；但随着医疗器械使用环境、安全性、美观性的要求不断提升，金属材料的弊端也随着涌现，防腐性、绝缘性差，材料表面不美观等问题也限制了金属材料应用范围的扩大；因此，对医疗仪器金属材料进行表面处理，改善其工艺性能尤为重要。

关键词：金属材料，表面处理

（一）金属表面层改质

金属材料防腐性和绝缘性差的缺点不仅严重影响医疗仪器的使用寿命，同时也会给使用者带来不可估量的安全隐患。改变材料原有的表面性质，可以提高原有材料的耐腐性、耐磨性、绝缘性等。

金属材料表面改质的处理方法可分为两种：物理方法和化学方法。

1.物理方法

1.1喷漆

喷漆可掩盖熔接痕等缺陷，略有光泽。喷漆是很多产品生产的最后一道工序，协调的色彩、光亮的漆膜，既能起到美观装饰作用，又能对工件表面起到良好的保护作用。

1.2热喷涂

热喷涂是利用有燃料气或电弧等提供的热量，经喷枪将丝（棒）状或粉末状喷涂材料加热到熔化状态，并通过高速气流进一步雾化、加速，然后喷射到经过制备的工件表面而形成图层的方法。热喷涂可分为电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂、爆炸喷涂等。

通过喷涂，金属表面可获得特殊的性能，如耐高热、隔热、导电、绝缘、防辐射等。

1.3电镀

电镀是利用外加电流作用从电解液中析出金属，并在物件表面沉积而获得金属覆盖层的方法。保护性镀层，用于防止锈蚀或腐蚀，如镀锌、镀镉、镀锡、镀铅等；工作—保护性鍍层，除了防止零件免受腐蚀外，主要用于提高零件的抗机械磨损与表面硬度；保护—装饰性镀层，防腐及使制品具有经久不变的光泽外观。

1.4喷砂

喷砂处理是利用高速喷出的砂丸和铁丸，对金属表面进行撞击，以提高金属的部分力学性能和改变表面状态的工艺方法。喷砂可提高金属的机械强度以及耐磨性、抗疲劳和腐蚀性等，也可用于表面消光、去氧化皮和消除铸、锻、焊件的残余应力等。

2.化学方法

2.1磷化

磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑作用。薄膜本身硬度、强度较低，有一定脆性。

2.2氧化

氧化是将黑色金属置于硝酸钠或亚硝酸钠的氢氧化钠浓溶液中进行处理，使工件表面生成一层很薄的氧化膜的过程。也叫发蓝或发黑。钢铁的氧化膜由磁性氧化铁组成，厚度约为0.5微米到1.5微米，一般为蓝黑色，有一定的防护能力，不影响工件的尺寸精度。膜层黑亮，有一定的装饰作用，氧化也用于铝、铜、镁等有色金属及合金，以提高抗腐蚀性或作为油漆底层。

2.3钝化

钝化是将金属置于亚硝酸盐、硝酸盐、铬酸盐或重铬酸盐溶液中进行处理，使工件表面生成一层铬酸盐钝化膜的过程。也叫铬酸盐处理。钝化膜由三价铬与六价铬的化合物以及基体金属的铬酸盐组成。外观随合金成分、膜厚变化，由无色至彩虹色或棕黄色。膜层具有耐蚀性与装饰性，与基体紧密结合，起隔离保护作用。可用于锌、镉镀层的后处理，用于铝合金、镁合金、铜及铜合金的防护；也可用于保护金属在防腐施工前不再生锈，并提高漆膜的附着力。

（二）改善金属材料外观

随着科学技术的进步和人们生活水平的提高，人们不再满足于单一的外观和颜色，渴望产品外观呈现色泽鲜艳的各种颜色以及良好的触摸感，因此，需要表面处理技术即可提高材料的物理性能、化学性能，又可使材料表面具有更好的触觉、视觉特性。

材料表面处理工艺可分为三类：表面精加工、表面层改质、表面被覆。

1.表面精加工

将材料加工成平滑、光亮、美观和具有凹凸肌理的表面状态。通常采用切削、研磨、蚀刻、喷砂、抛光等方法。使用不同的工具和方法在金属表面进行加工，从而形成不同形状的肌理和装饰效果。

2.表面层改质

改变原有材料的表面性质，可以通过物质扩散在原有材料表面渗入新的物质成分，改变原有的材料表面结构，如钢材的渗碳渗氮处理、铝的阳极氧化等。例如，铝及铝合金经过阳极氧化处理后得到新鲜的氧化膜，具有多孔状结构，所以膜层有很好的吸附性，因而再经过一定的工艺处理，可染上各种鲜艳的色彩，从而不仅具有防护作用，还有装饰效果。

3.表面被覆

表面被覆是在原有材料表面堆积新物质的技术，依据被覆材料和被覆处理方式的不同，表面被覆处理有镀层被覆、有机涂层被覆、珐琅被覆等。

镀层被覆技术不仅能提高材料的耐磨性和耐腐性，而且能够增强表面的色彩、光泽和肌理的装饰效果，因此能保护和美化表面，由于有优异的镀层，常常使制品的品味和档次得到提高。

涂层被覆是在材料表面形成有机物为主体的膜层的工艺，不仅能使材料具有隔热、绝缘、隔音等特殊功能，而且能将材料表面装饰成涂层具有的色彩、光泽、肌理。

（三）金属材料表面处理的展望

随着国民经济和科学技术的发展，以及对健康的更高要求，对医用材料的需求量正在迅速的增长，单一的表面工程技术已经不能满足人们对材料使用的高要求，因此近年来综合运用两种或两种以上的表面工程技术的复合新技术正在迅速的发展。这种表面工程复合处理技术兼具优良的改性的效果和巨大的经济效应，目前已越来越受到青睐，成为了表面处理工艺的一个重要发展方向。

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