（设计艺术学专业论文）面向工业设计的产品表面处理技术的研究与应用.pdf

山东人学硕i ：论文 摘要 随着经济的发展，制造行业的崛起，人们逐渐认识到工业设计的巨大推动力。 因此工业设计也越来越多地受到重视，从跨国公司的品牌战略策划部门到生产型 企业的设计研发部门都将工业设计提升到更高的层面去看待。而我国的工业设计 也经过近几十年的发展取得了不小的突破，有关工业设计的研究不断地得以拓展 和深入。产品的表面处理作为工业设计中产品最终表现的重要方面，也成为当前 工业设计领域内应用性研究的方向之一。 本文从产品表面处理技术的相关内容入手，界定了产品表面处理技术的研究 范围，全面归纳和总结了产品表面处理技术的主要内容，并从多个角度论述了产 品表面处理技术与产品设计的内在关系；其次分析了影响产品表面处理技术应用 的相关因素，提出了产品表面处理技术的应用原则；然后切入本文的重点对产品 表面处理技术应用方法的研究。从设计师与设计知识的关系入手，分析了工业设 计领域内产品表面处理技术知识的不足和产品表面处理技术知识在产品设计过程 中应用时设计师认知的差别，从而提出产品表面处理资源库的概念。根据产品表 面处理资源库的定位和产品表面处理技术知识自身的特点，进一步阐述了产品表 面处理资源库的构建。通过试用分析试验，检验产品表面处理资源库的必要性和 合理性，并将试验结果作为资源库完善的信息反馈。最后以应用实例分析和设计 应用实例来指导具体的应用。 关键词工业设计；产品表面处理技术；产品表面处理资源库 山东大学硕卜论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt h er i s i n go fm a n u f a c t u r i n g i n d u s t r i e s ，p e o p l eg r a d u a l l yk n o wt h eh u g ei m p e t u so fi n d u s t r i a ld e s i g n s o j n d u s t r i a id e s i g na l s og e t sm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n a n di sp r o m o t e dt oah i g h e r l a y t ob et r e a t e df r o mb r a n d s t r a t e g yp l a nd e p a r t m e n to f m u l t i n a t i o n a i c o r p o r a t i o nt od e s i g nr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n td e p a r t m e n to fp r o d u c t i o n c o n f i g u r a t i o ne n t e r p r i s e a n dt h ei n d u s t r i a id e s i g no fo u rc o u n t r yh a sm a d eg r e a t b r e a k t h r o u g ha f t e rd o z e n so fy e a r sd e v e l o p m e n t t h er e s e a r c ha b o u ti n d u s t r i a i d e s i g nc o n s t a n t l yg e te x p a n da n db em o r et h o r o u g h l y t h es u r f a c ep r o c e s s i n g o fp r o d u c ti sa ni m p o r t a n ta s p e c to fp r o d u c tf i n a ip e r f o r m a n c ei nt h ei n d u s t r i a i d e s i g n a n da l s ob e c o m e so n eo fu t i l i t yr e s e a r c hd i r e c t i o no fc u r r e n ti n d u s t r i a i d e s i g nr e a l m t h i st e x ts t a r t e dw i t hr e l a t e dc o n t e n to f p r o d u c ts u r f a c ep r o c e s s i n g t e c h n o l o g y ，l i m i t e dt h er a n g eo fs t u d yo fp r o d u c ts u r f a c ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y ， c o n c l u d e da n ds u m m a r i z e dt h em a i nc o n t e n to fp r o d u c ts u r f a c ep r o c e s s i n g t e c h n o l o g y ，a n dd i s c u s s e d t h ei n s i d er e l a t i o n sb e t w e e n p r o d u c ts u r f a c e p r o c e s s i n g t e c h n o l o g ya n dp r o d u c t d e s i g nf r o m s e v e r a la n g l e s s e c o n d l y a n a l y z e d t h ec o r r e l a t i o nf a c t o r st h a ta f f e c t e d p r o d u c ts u r f a c ep r o c e s s i n g t e c h n o l o g y ，a n db r o u g h tf o r w a r dt h ea p p l i c a t i o np r i n c i p l eo fi t ；t h e nc u ti n t ot h e k e yp o i n to ft h et e x t t h er e s e a r c ho ft h ea p p l i c a t i o nm e t h o do fp r o d u c t s u r f a c ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y s t a r t i n gf r o mt h er e l a t i o n s h i po fd e s i g n e ra n dd e s i g nk n o w l e d g e a n a l y s e d t h es c a r c i t yo ft h ek n o w l e d g eo fp r o d u c ts u r f a c ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya n dt h e d i f f e r e n c eo f d e s i g n e rc o g n i t i o n w h e n a p p l yp r o d u c ts u r f a c ep r o c e s s i n g t e c h n o l o g yi nt h ep r o c e s so fp r o d u c td e s i g n ，a c c o r d i n g l yb r o u g h tf o r w a r dt h e c o n c e p t i o no fp r o d u c ts u r f a c ep r o c e s s i n gd a t a b a s e a c c o r d i n gt ot h eo r i e n t a t i o n o fp r o d u c ts u r f a c ep r o c e s s i n gd a t a b a s ea n dt h eo w nc h a r a c t e r i s t i co fp r o d u c t s u r f a c ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y ，f u r t h e re l a b o r a t e dt h ec o n s t r u c t i o no fp r o d u c t s u r f a c ep r o c e s s i n gd a t a b a s e n e c e s s i t ya n dr a t i o n a l i t yp a s s e dt ot r yo u t a n a l y s i st oe x p e r i m e n t ，e x a m i n e dp r o d u c ts u r f a c eap r o c e s s i n gar e s o u r c e s d a t a b a s e 。a n dw u ie x p e r i m e n tr e s u l t b et h er e s o u r c e sd a t a b a s ep e r f e c t i n f o r m a t i o nf e e d b a c k f i n a l l yw i t ha p p l i c a t i o ns o l i de x a m p l ea n a l y s i sa n dt h e d e s i g na p p l i e ds o l i de x a m p l et og u i d eac o n c r e t ea p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：i n d u s t r i a ld e s i g n ；p r o d u c ts u r f a c ep r o c e s s i n g ；p r o d u c ts u r f a c e p r o c e s s i n gd a t a b a s e 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：主噬 e l 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和 电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：连导师签名：逊日 期： 型墨：f 刁 第一幸绪论 置曼n mmmum n 量曼曼皇曼曼毫蔓皇曼曼曼曼曼曼 1 1 课题的研究背景 1 1 1 课题背景 第1 章绪论 大千世界中，“表面比比皆是，人之所及，人之所触，无处不在。小到各类 日常生活用品，大到载人运物的交通工具，都有其外在的表面现象。产品的表面 已经与我们的生活、工作紧密地联系在了一起。工具把手粗糙的表面方便人手的 把握；冰刀光滑的表面减小滑行的阻力；金属器皿镏金的表面不易生锈，还增添 了器皿的时尚感；家用电器涂装的表面具有保护作用，同时带给人们不同的感官 刺激。功能性的表面提高了产品的性能，使产品的使用寿命得以延长o ，非功能性 的表面降低了成本，节约了资源，满足了人们的精神需求。不同产品的不同表面， 同种产品的多种表面，极大地丰富了人们的物质世界和精神世界。 产品的表面好比人的“外貌，人们通过它认知产品的外部特征，获得不同的 心理感受，体验来自产品的情感传递。例如：电镀的产品表面呈现金属的光泽和 质感，传递着一种时尚感：经喷砂处理的产品表面呈现细腻的肌理，增添了产品 的亲近感。根据产品的性能、使用环境、材料性质等条件正确选择产品的表面处 理，使之与产品的形态、功能、工作环境相匹配适宜，以获得美观大方的外观效 果【。经过处理的产品表面拥有迷人的色彩、适度的光泽、特别的纹理和质地，不 仅提高了产品的审美功能，也增加了产品的附加值。俨然，产品的表面处理已成 为产品设计中不容忽视的重要部分。 产品的外在表面不是空想出来的，它是实实在在存在的，而且这种存在依托 于产品表面处理技术的发展，以满足人们的实际需要为目的。追溯表面处理的历 史，也是一部表面处理技术的发展史。自从人类的祖先学会使用工具去改造自然 界开始，表面处理就进入了历史的第一页。从远古时期猿人用粗糙的石块打磨工 具到今天人们用专业设备对产品表面的抛光和研磨，从贝壳外表的简单涂饰到现 代产品表面丰富多彩的外观样式，无不体现了产品表面处理技术的跨跃。 目前，对于产品表面处理技术的研究倾向于技术层面的开发，设计方面的应 山东大学硕l j 学位论文 用研究大多停留在视知觉的层面上，忽略了与种种表面现象或过程有关的表面处 理技术。试想没有可实现的表面处理技术也就不会有释放着绚丽色彩的产品表面， 更不会有后来使用时的情感体验，设计师的所有构想也只能是纸上谈兵。故从工 业设计的角度出发去了解产品表面处理技术并将其合理应用于新老产品的开发与 设计中已成为工业设计师的当务之急。 1 1 2 课题的提出 当今时代是一个知识共融的时代。多学科的齐头并进与相互交叉使学科与学 科之间原本清晰的界限变得不那么容易划分，原本属于单一学科领域的知识越来 越多的被其它学科所借鉴和应用。学科之间的相互融合催生了新的学科，许多新 的研究课题也就应运而生。工业设计作为- i 1 技术与艺术相结合的学科，即要研 究技术的广泛应用去服务设计也要研究相关的艺术理论去指导设计。从服务设计 的角度去研究技术的应用是本课题的初始出发点。 在工业设计领域内，无论是从业的设计师还是在校的学生都可能遇到这样的 问题：选择什么样的表面处理方式才能恰到好处地表现所设计的产品? 看似简单 的问题，实际解决起来也不那么容易。即便是从业多年的设计师也不是轻易就能 解决的，单凭个人的经验和实践积淀做出的选择也是有局限性的。而对于那些刚 刚踏入这一领域的设计师和工业设计专业的学生来说，自身缺少相关的经验，又 没有可以直接利用的资源，就更难做出合理的选择。对产品表面处理技术认识的 不足阻碍了设计师在实际设计中的具体应用，更阻碍了工业设计的发展。 工业设计范围内产品表面处理技术是如何界定的? 究竟哪些产品表面处理技 术是最常用到? 产品表面处理技术与产品设计之间是什么样的关系? 产品表面处 理技术的应用又受哪些因素的影响? 产品表面处理技术应用的原则包括哪些方 面? 每一方面又有哪些具体内容? 产品表面处理技术应用后又能产生什么样的效 果? 目前，有关产品表面处理技术的认知与应用的相关问题尚没有形成系统的研 究，更没有可以直接运用于设计实践的成果，一定程度上影响了设计的最终实现。 鉴于以上种种因素，对产品表面处理技术及其应用原则和方法进行深入的研究。 2 第1 章绪论 1 2 课题研究的目的和意义 1 2 1 课题研究的目的 紧紧围绕产品表面处理技术的研究与应用这个主题，对产品表面处理技术及 其实际应用中存在的问题进行深入的探讨和分析，并结合产品表面处理技术自身 的特点，寻找一种切实可行的应用方法和一套完整的指导性应用原则。同时通过 分析试验的方式检验应用方法的可行性和合理性，使产品表面处理技术的应用方 法不断得以完善，进一步明确产品表面处理技术与产品设计之间的应用关系，更 好的辅助于设计人员的实际应用。 1 2 2 课题研究的意义 本课题的研究意义主要体现在以下几个方面： 1 ) 从辅助设计的角度研究产品表面处理技术的应用，为产品的设计与开发提 供指导性的意见，增进产品表面处理技术应用研究的深化，拓展了产品设计应用 性课题的研究范围。 2 ) 通过提出产品表面处理技术应用的方法和原则，理清产品表面处理技术与 产品设计的内在关系，并从设计的角度梳理常用的表面处理技术的主要内容，为 设计创意的实现提供了可靠的依据，减少了设计的盲目性和局限性。 3 ) 指导性方法和原则的确立，有助于设计师正确的应用产品表面处理技术创 造出理想质感效果的产品，引导设计过程的有效实施。 1 3 论文的框架 第一章绪论本章主要介绍了课题的研究背景、研究目的和研究意义，并以 框架的形式揭示了各章节的主要内容。 第二章产品表面处理技术本章从工业设计的角度界定了产品表面处理技术 的范围，概括地描述了产品表面处理技术的主要内容，分析了产品表面处理技术 与产品设计的关系。 第三章产品表面处理技术的应用原则本章着重分析了影响产品表面处理技 3 山东人学硕l ：学位论文 术应用的几方面因素，并提出了产品表面处理技术的应用原则。 第四章产品表面处理技术的应用方法本章将产品表面处理技术纳入设计知 识的体系，并从产品表面处理技术知识的应用过程分析了设计师的差别性，提出 了面向初级设计师的产品表面处理技术知识的应用平台产品表面处理资源 库，最后通过试用分析试验检验产品表面处理资源库的可用性，同时作为一种信 息反馈去完善产品表面处理资源库。 第五章产品表面处理技术的应用案例本章列举了产品表面处理技术应用的 典型案例，并以m p 4 的设计方案作为产品表面处理资源库使用的实例。 总结陈述研究的成果、局限以及展望。 4 第2 帝产品表面处理技术的研究 第2 章产品表面处理技术的研究 工业设计是一种人造物的创造性活动，不仅注重产品形态美的表达，也关注 产品的加工工艺、结构和表面处理等技术要素的实现【2 1 。设计师应全面掌握产品表 面处理技术的相关内容，并将其合理地应用到产品设计中，使创造的产品能够给 人们以物质和精神的双重享受。 2 1 产品表面处理技术的界定 产品表面处理技术是层面化的知识内容，既可以对其进行横向剖析也可以对 其进行纵向探究，只是横向拓展和纵向深入的角度不同，最终斩获有所差别。横 向拓展的重点在于面的展开和认知，而纵向深入的核心在于点的切入和发掘，这 是两者的本质差别。 表面工程技术是材料科学技术的一个重要研究领域，是偏重于技术研究的学 科，关注的重点在于表面处理技术的革新与发展。它所包含的表面处理技术具有 较强的工艺性，侧重于工艺的实现和相关技术的探究，是纯粹的技术层面的纵向 深入。例如：对热喷涂技术的解析，它是一种采用专用设备把某种固体材料加热 熔化，用高速气流将其吹成微小颗粒加速喷射到机件表面上形成特制覆盖层，以 提高机件的耐蚀、耐磨、耐高温等性能的新兴表面处理技术1 3 1 。由此看出，这是从 实现原理的角度进行的定义，是对技术核心的阐述。 工业设计是围绕产品和产品系统进行的预想开发和创造的设计活动，对影响 产品的各个要素从经济、美观、实用的角度予以综合处理，使之既符合人们对产 品使用功能的物质要求，又能满足人们审美的精神需要。工业设计范围内的产品 表面处理技术是应用特征与应用效果的集合，是设计师将产品化腐朽为神奇的重 要力量。它与产品的开发过程和质感表现息息相关，是产品使用功能和审美功能 实现的技术手段之一。 相比较而言，两者的研究重点不同，一个是由内而外的探索，一个是由外而 内的认识，这就好比一颗“大树”，表面工程技术侧重于“树的根系研究，而工 业设计的关注点是“树 的枝干。 5 山东人学硕i j 学位论文 2 2 产品表面处理技术的内容 2 2 1 产品表面处理技术的定义 产品表面处理技术是指采用诸如表面电镀、涂装、研磨、抛光、喷砂、蚀刻 等能改变产品材料表面性质与状态的表面加工与装饰技术。 2 2 2 产品表面处理技术的种类 产品的表面性质和状态与表面处理技术有关，通过不同的处理工艺可获得不 同的表面性质、肌理、色彩、光泽，使产品具有精湛的工艺美、技术美和强烈的 时尚感。设计中所采用的表面处理技术，一般可分为三类，如表2 - 1 所示。 表2 - 1 产品表面处理技术的分类 分类处理的目的处理方法和技术 表面精加工使表面平滑、光亮、美观、机械加工( 切削、研磨、研削) 具有凹凸肌理的表面化学方法( 研磨、表面清洁、蚀刻、电化学抛光) 表面层改质改变材料表面的色彩、肌化学方法( 化学处理、表面硬化) 理及硬度，提高耐蚀性、电化学处理( 阳极氧化) 耐磨性及着色性能 表面被覆改变材料表面的物理化金属被覆( 电镀、镀覆) 学性质，赋予材料新的表有机物被覆( 涂装、塑料衬里) 面功能，使表面有耐蚀性陶瓷被覆( 搪瓷、景泰蓝) 和色彩。 ( 1 ) 表面精加工 使产品加工成平滑、光亮、美观和具有凹凸模样的表面状态的过程称为表面 精加工。通常采用切削、研磨、蚀刻、喷砂、抛光等方法。图2 - 1 所示，背面采 用抛光处理的p r e t e c 优盘。 ( 2 ) 表面层改质 表面层改质处理是有目的地改变产品表面所具有的色彩、肌理及硬度等性质。 可以通过物质扩散在原有产品表面渗入新的物质成分，改变原有产品表面的结构。 还可以使产品表面通过化学的或电化学的反应而转变成氧化膜或无机盐覆盖膜来 改变产品表面的性能，由此来提高产品的耐蚀性、耐磨性及着色性能等。如钢材 的渗碳渗氮处理、铝的阳极氧化、玻璃的淬火、金属表面磷化等。 6 第2 章产品表面处理技术的研究 表面层改质处理的方法主要有化学处理和阳极氧化处理： a 、化学处理 化学处理是通过氧或碱液的作用使金属表面形成氧化物或无机盐覆盖膜的过 程。进行化学处理后，要求形成的覆盖膜对基体金属具有耐蚀保护性、耐磨性， 并对基体金属有良好的附着能力，即不会从基体金属上剥离。化学处理也可用于 金属表面的着色上，如铁器的发蓝过程就是使其表面形成氧化铁的覆盖膜，从而 起到防蚀作用1 1 1 。 化学处理的应用实例很多，如对铁制品、钢制品通过磷酸或磷酸盐的处理， 使其表面形成磷酸铁结晶的覆盖膜，即铁器的发蓝；不锈钢制品用酸处理使其表 面钝化，以及对铜和铝制品的化学处理等1 4 j 。 b 、阳极氧化处理 阳极氧化处理是使金属制件在阳极的电解作用下，在其表面形成氧化膜而使 金属钝化的过程。这种工艺中以铝制品的阳极氧化应用最多，处理后生成的覆盖 膜为阳极氧化铝成分。铝制品虽可不经处理而直接使用，但为使铝制品具有更高 的耐蚀性和更好的装饰性，并能长久保持其优美的外观，阳极氧化处理是最为有 效的方法。氧化膜具有多孔性，此孔有似于角柱体形的厚壁圆筒管子，它们相互 密集排列在制件的表面上，因此可用特殊的电解液使氧化膜着色，使其成为有色 的皮膜，也可在阳极氧化处理后使染料或其他金属附着( 电沉积作用) 在氧化膜的 孔管内，将其封闭，而使制件表面的氧化膜变成不易褪色的有一定硬度的着色表 面。如图2 2 所示，全铝无缝阳极氧化外壳的魅族r a p 3 。 图2 - 1p r e t e c 优盘图2 - 2 魅族m p 3 7 l i j 东人学硕f j 学位论史 ( 3 ) 表面被覆 表面被覆处理是在原有材料表面堆积新物质的技术，如涂层或镀层覆盖产品 表面的处理过程，这是一种重要的表面处理方法。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，有以涂装为主体的有机涂层被覆，还有以陶 瓷为主体的搪瓷和景泰蓝等被覆。表面被覆处理依据被覆层的透明程度可分为透 明表面被覆和不透明表面被覆。透明被覆是为了充分利用并保护基体材料自身表 面所具有的色彩和辉度而用透明物质进行的被覆处理，不透明被覆是为了使基体 材料转变成具有所要求的性质、色彩、亮度和肌理的表面而用不透明物质进行的 被覆处理。无论产品表面采用何种被覆处理，其目的均在于保护和美化产品表面， 有时还可赋予产品表面一些特殊的功效。 a 、镀层被覆 镀层被覆能在产品表面形成具有金属特性的镀层，这是一种较典型的表面被 覆处理工艺。镀层被覆不仅可以提高产品的耐蚀性和耐磨性，并能调整产品表面 的色彩感、平滑感、光泽感和肌理感，因此能保护和美化产品。由于有优异的镀 层，常常可由此提高产品的品位或档次。 镀层被覆处理时的基体主要是金属材料，随着塑料和镀层被覆处理技术的发 展，塑料产品的镀层被覆正在得到日益广泛的应用。按镀层的表面状态可分成镜 面镀层和粗面镀层( 梨皮面、锻光面、不整粗面或基材表面的原状) 两类，或分为 有光镀层、半光镀层和无光镀层。镀层被覆处理的缺点是镀层的色彩单调，并对 制品的大小和形状有所限制。镀层被覆的金属有铜、镍、铬、铁、锌、锡、铝、 铅、金、银、铂及其合金。 镀层被覆的方法有电镀、化学镀、熔射镀、真空蒸发沉积镀、气相镀等，以 及特殊方法一刷镀法和摩擦镀银法。随着产品的多样化和对镀层功能性的要求， 又逐渐发展了合金镀、多层镀、复合镀、功能镀等。 b 、涂层被覆 涂层被覆技术是在产品表面形成以有机物为主体的膜层，并干燥成膜的工艺。 这是一种简单而又经济可行的表面处理方法，在工业上通常称为涂装。 涂层被覆的目的有三方面： 8 第2 章产品表面处理技术的研究 一是保护作用：防止产品表面受腐蚀、被划伤和脏污，提高产品的耐久性； 二是装饰作用：将产品表面装饰成涂层所具有的色彩、光泽和肌理，使产品 在外观的视觉感受上成为一种美观悦目的制品； 三是特殊作用：赋予产品隔热、绝缘、耐水、耐辐射、耐腐蚀、隔音、导电、 防霉和杀菌等特殊功能，特别是通过涂层被覆与其他表面处理相叠加的多重处理， 可获得到能适应相当苛刻条件和使用环境的防护装饰涂层。 涂层被覆所用的材料是各种涂料，它们由主要成膜物质、颜料和稀料等混合 加工而成。主要成膜物质是涂料中的主要组分，大多数为各种合成树脂，其主要 作用是使颜料分散，并使涂料附着于被覆盖物的表面上。由于有机溶剂涂料在使 用时对环境有污染，同时为了节省资源，现代涂料已由有机溶剂型向水性涂料、 粉体涂料、固体组分涂料和反应性涂料转化，并向无溶剂的涂料过渡。 涂层被覆工程，即涂装工程，包括涂装前处理、涂敷涂料及涂层干燥等工序。 由于涂层的厚度较薄，因使用状况和使用环境的差异，产品上的涂层会随着时间 的推移而出现劣化、侵蚀和磨损等，因此必须严格实施正确的涂装工艺，保证涂 装的质量。 c 、搪瓷和景泰蓝 公元前3 世纪在埃及已有了在铜器表面搪瓷的技术，此后作为工艺技术被人 们继承下来，进而制造出了称为景泰蓝的工艺美术品，这类美术品很受世人的器 重。这种技术应用在工业制品上则被称为搪瓷。搪瓷和景泰蓝是用玻璃质材料在 金属表面进行被覆所形成的一种被覆层，它是通过将混入颜料的玻璃质釉药施涂 于金属表面，然后在8 0 0 左右进行短时间烧制而成的。 被覆搪瓷和景泰蓝的基体金属有铁、铜、铝和不锈钢等，而作为工艺美术品 的景泰蓝制品也有用金和银的。搪瓷制品具有坚固性和耐蚀性，并有优美的装饰 性、表面光泽和肌理，但在受到交变性、温度急剧变化和冲击时，被覆层容易剥 落。这一缺点主要来自基体金属和玻璃质釉料的膨胀率不同和附着力大小的影响， 因此可用多层搪瓷的处理方法控制膨胀率的差异程度和附着力的大小，以此改进 搪瓷制品的质量。搪瓷制品现今已广泛用做厨房用品、医疗用容器、浴槽、化工 装置和装饰品等。 9 2 23 常用产品表面处理技术 一、抛光 抛光是利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对产品表面进行的修饰 加工。抛光不能改变产品既定形状，而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的。以 抛光的金属制品最常见瓯如图2 - 3 所示，镜面抛光纯银z i p p o 打火机。 二、切削和研削 切削和研削是利用刀具或砂轮对产品表面进行加工的工艺，是金属制品进行 表面处理前的预处理工序。加工目的是使金属制品获得高精度的表面。如图2 4 所示，金属材质m p 3 表面采用高速切削处理。 图2 - 3z i p p o 打火机图2 4m p 3 三、研磨 利用涂敷或压嵌在工具上的磨料颗粒，通过加工工具与产品在一定压力下的 相对运动对产品表面进行的精细加工。研磨可以提高产品表面的光滑程度。 研磨方法一般可分为湿研、干研和半干研三类。湿研：又称敷砂研磨，把液 态研磨剂连续加注或涂敷在研磨表面，磨料在产品与工具间不断滑动和滚动，形 成切削运动。湿研一般用于粗研磨。干研：又称嵌砂研磨，把磨料均匀地压嵌在 加工工具表面层中，研磨时只须在工具表面涂以少量的硬腊酸混合脂等辅助材料。 干研常用于精研磨。半干研：类似湿研，所用研磨剂是糊状研磨膏。研磨既可用 手工操作，也可在研磨机上进行峥1 。 第2 章产品表面处理技术的研究 四、涂饰 把涂料涂覆到产品或物体的表面上，并通过产生物理或化学的变化，使涂料 的被覆层转变为具有一定附着力和机械强度的涂膜。产品的涂饰也称为产品的涂 装或产品的油漆。产品表面要获得理想的涂膜，就必须精心地进行涂装设计，掌 握涂装的各要素。在涂装工艺中，直接影响涂膜质量的是涂料、涂饰技术和涂饰 管理三个要素m 。 构成涂料的四大要素包括：树脂、颜料、溶剂和添加剂。涂料的选用考虑的 因素：( 1 ) 使用范围和环境条件；( 2 ) 使用的材质：( 3 ) 涂料的配套性；( 4 ) 经 济效果。 常用的涂饰方法：静电喷涂、电泳涂饰、粉末喷涂、粘涂等。 涂饰的一般工艺程序：涂前预处理一涂饰一干燥固化。 产品涂饰工艺举例a b s 塑料制品的涂饰工艺 a b s 塑料是不透明塑料，外观呈浅象牙色，光泽较强。它的热变形温度高，具 有较高的抗冲击强度、抗蠕变性和耐化学药品性等优点，能用各种成型方法n i 成型，并且尺寸稳定，因此是一种重要的工程塑料，广泛应用于制造表盘、仪表 外壳、电视机外壳和汽车及飞机上的零部件等。a b s 塑料的耐候性差，颜色单调， 需要通过涂层被覆提高它的耐候性和装饰性。常用的涂饰工艺有透明涂饰工艺和 不透明涂饰工艺两种。a b s 塑料制品的透明涂饰工艺见表2 - 2 所示。 表2 - 2a b s 塑料的透明涂饰工艺 涂饰工艺处理材料处理方法放置时间 醇类溶剂或中擦洗干净或水 表面处理 性洗涤剂洗干燥 a b s 塑料用丙烯用喷涂法均匀 常温放置2 3 小 涂底漆时，或5 0 6 0 c 烘干 酸清漆涂覆一层 1 0 2 0 分钟 4 0 0 5 0 0 。耐水轻而均匀地擦 底漆层打磨 砂纸亮 刷涂后，立即用常温放置3 0 分钟 去污处理漆用稀释剂 纱头均匀擦拭 1 小时 a b s 塑料用的透用喷涂法均匀 常温放置2 、3 小 涂面漆时；或烘干( 5 0 6 0 4 c ) 明色漆涂覆 1 0 2 0 分钟 五、电镀 利用电解在产品表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程 称之为电镀，这种工艺过程比较繁杂，但是具有很多优点，例如沉积的金属类型 较多，可以得到的颜色多样，相比同类工艺而言成本较低。镀层性能不同于基体 材料，具有新的特征。根据镀层的功能分为防护性镀层，装饰性镀层及其它功能 性镀层。 电镀工艺的用途：防腐蚀、防护装饰、抗磨损、导电、绝缘、工艺性要求。 电镀的种类：单金属电镀、合金电镀、复合电镀。 单金属电镀是指电镀溶液中只有一种金属离子，电镀后形成单一金属镀层的 方法。常用的单金属电镀主要有镀锌、镀铜、镀镍、镀铬、镀锡和镀镉等。 两种或者两种以上的元素共同沉积所形成的镀层称为合金镀层。 复合电镀是将固体颗粒加入镀液中，使金属和固体微粒共沉积，形成金属基 表面复合材料的工艺过程。 如图2 5 ，2 - 6 所示，电镀金属水龙头和彩色电镀p d a 外壳。 圈2 - 5 水龙头 塑料件的电镀 图2 - 6p d a 外壳 塑料电镀产品具有塑料和金属两者的特性。它的比重小，耐腐蚀性能瞧好， 成型简便，具有金属光泽和金属的质感，还有导电、导磁和焊接等特性。它可以 节省繁杂的机械加工工序、节省金属材料，而且美观，装饰性强，同时，它还提 高了塑料表面的机械强度。由于金属镀层对光、大气等外界因素具有较高的稳定 第2 幸产品表面处理技术的研究 性，因而塑料电镀金属后，可防止塑料老化，延长塑料件的使用寿命。 随着工业的迅速发展、塑料电镀的应用日益广泛，成为塑料产品中表面装饰 的重要手段之一。目前国内外已广泛在a b s 、聚丙烯、聚砜、聚碳酸酯、尼龙、酚 醛玻璃纤维增强塑料、聚苯乙烯等塑料表面上进行电镀，其中尤以a b s 塑料电镀 应用最广，电镀效果最好【引。塑料件电镀的工艺流程，如图2 7 。 l 二三蕈三h 篆芝墓曩曩茎翥鬈耋舔霆三了少电镀后的变形，用i l ：厂 ： - 一 一一一一一。一一 一一一。一 一一 一一一一一一一一一 i i土广 ； ii ；i l - j ： i 二j 奎互h 翥二釜蒌军箍譬篓茬凳第茎篡薹，需要将塑件上的i 粗化 中和、还原、浸酸 敏化 一般通过采用高铬酸溶液将塑件表面粗化，保证与溶 液接触面积。 去除塑件表面残留的强酸、强氧化物及杂质用于活化 之前，增加塑料表面的亲和性。 在塑件表面吸附还原性的两价锡离子j 为活化做准 备。 = = l 为了电镀金属的需要，在塑胶件的表面吸附一层有催 至些 ll 化活性的贵金属，如a g 等材质。 l 审对叫磊磊愿燕圈i l 啐寸_ 压墓鐾窭一l l 蔓 一纛：曩盎了熊鼢蝴越惴缅l l !，-i l i 一：j ：i ：j ：i ：j ：_ = j ：j ：j ：j ：j ：j ：i ：j ：j ：j ：j ：三1 六、印刷 印刷工艺是通过印制的方法，将色彩和肌理附着在产品表面的工艺方法。通 常用于产品的印刷工艺有：模内转印、丝网印刷、热转印、移印等。以模内转印 为例，模内转印( i nm o l dd e c o r a t i o n ) 是在注射成型的同时进行镶件加饰的技 术，产品和装饰承印物覆合成为一体，对立体状的成形品可进行加饰印刷，使产 品达到装饰性与功能性于一身的效果。模内转印已被广泛应用于产品领域：家电 业( 电饭煲、洗衣机、微波炉、空调器、电冰箱等的控制面板) 、电子业( m p 3 、 计算机、v c d 、d v d 、电子汜事本、照相机等产品的装饰面壳及标牌、电子医疗仪 器面板) 、汽车业( 仪表盘、空调面板、内饰件、车灯、外壳、标志) 、通讯业 ( 手机视窗镜片、外壳、按键) 。如图2 - 8 所示，手机按键上的字符。 七、烫印 烫印就是通过烫印机的热源，胶辊或胶板，在一定的压力下将烫印材料上彩 色铝、木纹的肌理效果转印到塑件表面上，从而获得精美图案和良好装饰效果的 工艺。 电化铝烫印是利用专用箔，在一定的温度下将文字及图案转印到塑料制品的 表面。其优点在于该方法不需要对表面进行处理，使用简单的装置即可进行彩印。 此外，还可以印刷出具有金、银等金属光泽的制品。其缺点是印刷品不耐磨损， 且树脂与箔的相溶性会影响印刷相适性。如图2 - 9 所示，电化铝烫印铭板。 图2 - 8 手机按键图2 - 9 电化铝烫印铭板 篓：耋耋量耋喜些茎辇銮暨竺耋 八、拉丝 拉丝是指在金属板表面用机械磨擦的方法加工出各种线条纹路的方法。可根 据装饰需要，制成直纹、乱纹、螺纹、波纹和旋纹等几种。目前，拉丝工艺主要 是用于铝质制品表面的一种处理工艺。如图2 1 0 所示，金属拉丝表面。 九、激光雕刻( 镭雕) 激光雕刻技术是利用激光变焦在产品表面雕刻出需要的文字和图案的产品表 面处理方法。可以依据所使用的激光种类( 波长) 或雕刻方式，分成数种类型。 与一般的油墨印刷相比较，由于不需要周边设备，所以也就不需要使用溶剂，因 此，激光雕刻技术是属于环保型的表面处理技术。此外，它利用制品本身的质变 进行雕刻，雕刻文字或图案因不易被磨损而备受瞩目。如图2 一1 1 所示，手机按 键上的字符采用激光雕刻而成。 图2 一1 0 金属拉丝表面图2 - 1 1 手机按键 十、咬花 咬花是指在模具内蚀刻出各种花色使加工成型的产品表面产生凹凸纹理的加 工方法。与其它部分较大的差异是，咬花是对模具的加工，而其它部分则是直接 对半成品加工。图2 - 1 2 所示，照相机手触部位采用咬花工艺处理。 十一、蚀刻 蚀刻是利用化学药品的作用使被加工金属表面的特定部位侵蚀溶解而形成凹 凸模样的一种加工方法。在蚀刻过程中，首先将整个金属表面用耐药性的膜( 隔离 膜或掩蔽膜) 覆盖，而把表面上要求凹下去部位的膜用机械的或化学的方法除去， 使这部分的金属表面裸露。然后将药液倒入其中，使裸露部分的金属溶解而形成 凹部。最后，将剩下的盖膜用其他药液除去，这部分表面就成为凸部。这样，在 金属表面就描绘出所设计的凹凸模样吼图2 1 3 所示，蚀刻金属手机键盘。 匿 幽2 1 2 照相机局部 2 3 产品表面处理技术与材料 图2 1 3 手机键盘 产品设计是一种造型行为，是人们在一定文化艺术指导下有意识、有目的地 运用人类科学文化发展的优秀成果，用现代工业化生产方式将各种材料转变为具 有一定使用价值或具有商品性的工业产品的创造活动。 表面处理是产品设计中产品得以实现的重要技术手段，它的直接应用对象就 是产品。材料是产品设计的物质基础，是构成产品的客观存在的物质，所以材料 也是表面处理的物质基础。材料通过一定的工艺过程成为具有某些表面特征的产 品，从而将设计创意转变为具有审美价值的实体。 不同材料的不同特性直接影响着产品表面处理技术的选择和应用。金属和塑 料、木材和陶瓷材料的产品之间的表面处理存在较大的差异。金属材料具有导电 性良好、延展性好、易于加工等一系列优良的物理、化学性能。根据这些性能金 属产品的表面可通过阳极氧化、锻打、抛光、拉丝、化学蚀刻等手段进行加工。 塑料具有质轻、易成形、性能稳定、表现形式多样、适合批量生产等特点，其制 品的着色和表面装饰在成型阶段就可实现，但为了增加产品的寿命，提高产品的 美观度，一般也对其进行二次加工，进行各种装饰处理。当前，多数的表面处理 技术均可适用于塑料产品的表面处理。木质产品在成型后再对基体进行表面加工 第2 章产品表面处理技术的研究 打磨和涂饰，而陶瓷产品因其材料特性，一般会在坯体成型过程中进行表面 工艺的处理，如上釉、化妆土装饰、刻花、印花等工艺。 表面处理技术既可使相同材料的产品产生不同的表面效果，也可使不同材料 的产品产生相同的表面效果。同种材料不同类型的产品，根据产品的使用环境、 形态、功能、价值、审美的需要选择不同的表面处理方式产生不同的表面效果。 例如，同是塑料材质的手机和收音机往往具有不同的表面。手机作为一种时尚类 通讯产品，其价值和使用频率远高于收音机。它已经超越了单纯通讯工具的角色， 演化成为使用者消费水平和品位的象征。其表面处理工艺就会相应的选择电镀、 喷涂、模内转印、激光雕刻等，以产生高档时尚的外观质感，满足消费者的审美 需求。而收音机价格低廉，功能简单，没有特殊的象征意义，多为家庭环境中使 用，表面特征满足最基本的功能需求既可。此外，异材同质也经常被运用于产品 中，如表面涂覆工艺不仅使塑料产品获得符合设计要求的色彩，还可以获得仿木 纹、仿皮革、仿纺织物等各种肌理。如图2 1 4 所示，塑料材质的电吹风仿木纹处 理。图2 - 1 5 所示，手机的塑料外壳仿皮革处理。 图2 - 1 4 电吹风 2 4 产品表面处理技术与产品设计的关系 2 4 1 表面处理与产品的关系 图2 - 1 5 夏新智能手机 产品设计是为了使所创造的产品与人之间取得最佳匹配的活动，而与人的关 系还表现在视觉与触觉的世界，也就是产品的表面世界。具体说就是要处理诸如 1 7 山东火学硕l j 学位论文 色彩、光泽、纹理、质地等直接赋予视觉与触觉的一切表面造型要素。而这些表 面造型要素大多都是依靠各种表面处理来获得的。所以表面处理的合理运用对于 产生理想的产品外在形态至关重要【1 1 。 产品是表面处理的应用对象，表面处理是产品外观效果得以实现的必要工艺 手段。任何产品无论其机能简单或复杂，都要通过其外观造型，使机能由抽象的 层面转化为具体的层面，使设计的理念物化为各个应用实体。产品在取得合理的 功能设计后，产品的表面处理往往使产品形态成为更加真实、含蓄、丰富的整体， 使产品以自身的形象向消费者显示其个性，向消费者感官输送各种信息，以满足 消费者对各种产品的要求。 产品表面处理的方式有很多，不同的表面处理方式会产生不一样的外观效果。 在同一产品表面可以实现不同的外观效果即同一产品上不同外观构件可以根据设 计目的的不同而应用不同的表面处理；不同的产品也可以通过采用相同的表面处 理获得类似的外观效果。多种表面处理方式的运用丰富了产品的外部特征，也提 升了产品的审美价值。 表面处理不仅能够赋予产品理想的外在形态，而且能够改善产品的表面性能， 增加产品的功能。比如产品的某些功能不是所用材料本身所固有的，但通过一定 的表面处理，提高了产品表面的性能，使产品增加了新的使用功能。一个典型的 例子就是眼镜的镜片，普通校正镜片并不具有防紫外线的功能，通过在镜片的表 面覆上一层特殊的防紫外线薄膜，从而使其增加了防紫外线的功能。 表面处理除了影响产品的外观和功能外，还与产品的使用环境有一定的关系。 产品作为具有特定功能的实体是放在一定环境中使用的，而产品的表面是直接与 周围环境发生关系的介质，恰当的表面处理能够使产品与使用环境相协调，不当 的表面处理不但影响产品正常功能的实现，甚至会对环境造成污染。所以产品的 表面处理与使用环境的关系也是设计师不应忽视的问题。 2 4 2 产品表面处理的作用 工业产品使用不同的材质制造时，其表面的效果和功能不同。而不同材质制 造的产品若不加一定的表面处理，在使用过程中，表面可能因为受到空气、水分、 日光、盐雾、霉菌及其它各种腐蚀介质的作用，出现氧化、腐蚀、变色、粉化、 1 8 第2 章产品表面处理技术的研究 老化、开裂等现象。 从产品设计的角度来看，表面处理的作用就在于一方面保护产品，即保护材 质本身赋予产品表面的光泽、色彩和肌理等而呈现出的外观美，并提高产品的耐 用性，确保产品的安全性，由此有效地利用了材料资源；一方面可以根据设计的 意图，改变产品表面状态，给产品表面附加上更丰富的色彩、光泽和肌理，提高 装饰效果，使产品表面具有更好的外观特征；另一方面，根据产品设计的功能要 求，通过表面处理赋予产品表面更高