金屬表面處理工藝及技術(shù)

1、金屬表面處理工藝 一、表面熱處理一、表面熱處理 1、表面淬火、表面淬火 n表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情 況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以 強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。 感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱 n表面淬火目的：表面淬火目的： n 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限; n 心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的 塑性和韌性。即表硬里韌。塑性和韌性。即表硬里韌。 n適用于承受彎

2、曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。 n表面淬火用材料表面淬火用材料 n 0.4-0.5%C的中碳鋼。的中碳鋼。 n含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。 n含碳量過高，心部韌性下降；含碳量過高，心部韌性下降； n 鑄鐵鑄鐵 提高其表面耐磨性。提高其表面耐磨性。 機(jī)床導(dǎo)軌機(jī)床導(dǎo)軌表面淬火齒輪表面淬火齒輪 n預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理 n工藝：工藝： n對于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)或正火。對于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)或正火。 n前者性能高，用于要求高的重前者性能高，用于要求高的重 要件，后者用于要求不高的普要件，后者用于要求不高的普 通件。通件。 n目的目的:

3、 n為表面淬火作組織準(zhǔn)備；為表面淬火作組織準(zhǔn)備； n獲得最終心部組織。獲得最終心部組織。 回火索氏體回火索氏體 索氏體索氏體 n表面淬火后的回火表面淬火后的回火 n采用低溫回火采用低溫回火，溫度不高于，溫度不高于200。 n回火目的為降低內(nèi)應(yīng)力，保留淬火高硬度、耐磨性。回火目的為降低內(nèi)應(yīng)力，保留淬火高硬度、耐磨性。 n表面淬火表面淬火+低溫回火后的組織低溫回火后的組織 n表層組織為表層組織為M回 回；心部組織為 ；心部組織為S回 回(調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì))或或F+S(正火正火)。 感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火 感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱 表面淬火表面淬火 示意圖示意圖 n表面淬火常用加熱方法表面淬火常用加熱方

4、法 n 感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱: 利用交變電流利用交變電流 在工件表面感應(yīng)巨大渦流，在工件表面感應(yīng)巨大渦流， 使工件表面迅速加熱的方法。使工件表面迅速加熱的方法。 n感應(yīng)加熱分為：感應(yīng)加熱分為： n高頻感應(yīng)加熱高頻感應(yīng)加熱 頻率為頻率為250-300KHz，淬，淬 硬層深度硬層深度0.5-2mm 傳動(dòng)軸連續(xù)淬傳動(dòng)軸連續(xù)淬 火感應(yīng)器火感應(yīng)器 感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖 n中頻感應(yīng)加熱中頻感應(yīng)加熱 頻 率 為頻 率 為 2 5 0 0 - 8000Hz，淬硬層深，淬硬層深 度度2-10mm。 各種感應(yīng)器各種感應(yīng)器 中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機(jī)車凸輪軸中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機(jī)車凸

5、輪軸 n工頻感應(yīng)加熱工頻感應(yīng)加熱 n頻率為頻率為50Hz,淬硬層淬硬層 深度深度10-15 mm 各種感應(yīng)器各種感應(yīng)器 感應(yīng)穿透加熱感應(yīng)穿透加熱 n 火焰加熱火焰加熱: 利用乙炔火焰直接加利用乙炔火焰直接加 熱工件表面的方法。熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)成本低，但質(zhì) 量不易控制。量不易控制。 n 激光熱處理激光熱處理: 利用高能量密度的利用高能量密度的 激光對工件表面進(jìn)行加熱的方法。激光對工件表面進(jìn)行加熱的方法。 效率高，質(zhì)量好。效率高，質(zhì)量好。 火焰加熱表面淬火示意圖火焰加熱表面淬火示意圖 激光表面熱處理激光表面熱處理 火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火 二、化學(xué)表面熱處理二、化學(xué)表面熱處理

6、 n化學(xué)熱處理是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使化學(xué)熱處理是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使 介質(zhì)中活性原子介質(zhì)中活性原子 滲入工件表層從滲入工件表層從 而改變工件表層而改變工件表層 化學(xué)成分和組織化學(xué)成分和組織, 進(jìn)而改變其性能進(jìn)而改變其性能 的熱處理工藝。的熱處理工藝。 n與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改 變其化學(xué)成分。變其化學(xué)成分。 n化學(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一?；瘜W(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。 n根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮

7、化、多元 共滲、滲其他元素等。共滲、滲其他元素等。 可控氣氛滲碳爐可控氣氛滲碳爐 滲碳回火爐滲碳回火爐 常用的化學(xué)熱處理：常用的化學(xué)熱處理： 滲碳、滲氮（俗稱氮化）、碳氮共滲（俗稱氰滲碳、滲氮（俗稱氮化）、碳氮共滲（俗稱氰 化和軟氮化）等。化和軟氮化）等。 滲硫、滲硼、滲鋁、滲釩、滲鉻等。發(fā)蘭、磷滲硫、滲硼、滲鋁、滲釩、滲鉻等。發(fā)蘭、磷 化可以歸為表面處理，不屬于化學(xué)熱處理。化可以歸為表面處理，不屬于化學(xué)熱處理。 化學(xué)熱處理過程包括化學(xué)熱處理過程包括分解、吸收、擴(kuò)散分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)基三個(gè)基 本過程。本過程。 化學(xué)熱處理的基本過程化學(xué)熱處理的基本過程 n介質(zhì)介質(zhì)(滲劑滲劑)的分解的分解: 分

8、解的同分解的同 時(shí)釋放出活性原子。時(shí)釋放出活性原子。 n如：滲碳如：滲碳 CH42H2+C 氮化氮化 2NH33H2+2N n工件表面的吸收工件表面的吸收: 活性原子向活性原子向 固溶體溶解或與鋼中某些元素固溶體溶解或與鋼中某些元素 形成化合物。形成化合物。 n原子向內(nèi)部擴(kuò)散。原子向內(nèi)部擴(kuò)散。 氮化擴(kuò)散層氮化擴(kuò)散層 鋼的滲碳鋼的滲碳 是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。 n滲碳目的滲碳目的 n提高工件表面硬度、耐提高工件表面硬度、耐 磨性及疲勞強(qiáng)度，同時(shí)磨性及疲勞強(qiáng)度，同時(shí) 保持心部良好的韌性保持心部良好的韌性。 n滲碳用鋼滲碳用鋼 l為含為含0.1-0.25%C的

9、低的低 碳鋼。碳鋼。碳高則心部韌性碳高則心部韌性 降低。降低。 經(jīng)滲碳的機(jī)車從動(dòng)齒輪經(jīng)滲碳的機(jī)車從動(dòng)齒輪 氣體滲碳?xì)怏w滲碳 法示意圖法示意圖 n滲碳方法滲碳方法 n 氣體滲碳法氣體滲碳法 n將工件放入密封爐內(nèi)，在高將工件放入密封爐內(nèi)，在高 溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。 n滲劑為氣體滲劑為氣體 (煤氣、液化氣等煤氣、液化氣等) 或有機(jī)液體或有機(jī)液體(煤油、甲醇等煤油、甲醇等)。 n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 質(zhì)量好質(zhì)量好, 效率高；效率高； n缺點(diǎn)缺點(diǎn): 滲層成分與深度不易控滲層成分與深度不易控 制制 n 固體滲碳法固體滲碳法 n將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。將工件埋入滲劑中，裝箱密封后

10、在高溫下加熱滲碳。 n滲劑為木炭。滲劑為木炭。 n優(yōu)點(diǎn)：操作簡單；優(yōu)點(diǎn)：操作簡單； n缺點(diǎn)：滲速慢，勞動(dòng)條件差。缺點(diǎn)：滲速慢，勞動(dòng)條件差。 l 真空滲碳法真空滲碳法 l將工件放入真空滲碳爐中，抽真空將工件放入真空滲碳爐中，抽真空 后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳。后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳。 l優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 表面質(zhì)量好表面質(zhì)量好, 滲碳速度快。滲碳速度快。 真空滲碳爐真空滲碳爐 n滲碳溫度滲碳溫度：為：為900-950。 n滲碳層厚度滲碳層厚度（由表面到過度層一半處的厚度）：（由表面到過度層一半處的厚度）： 一般為一般為0.5-2mm。 低碳鋼滲碳緩冷后的組織低碳鋼滲碳緩冷后的組織 l滲碳層表面含碳量：滲碳層

11、表面含碳量：以以 0.85-1. 05為最好。為最好。 l滲碳緩冷后組織：滲碳緩冷后組織：表層表層 為為P+網(wǎng)狀網(wǎng)狀Fe3C ; 心部 心部 為為F+P; 中間為過渡區(qū)。中間為過渡區(qū)。 n滲碳后的熱處理滲碳后的熱處理 n淬火淬火+低溫回火低溫回火, 回火溫度為回火溫度為160-180。淬火方法有：淬火方法有： n 預(yù)冷淬火法預(yù)冷淬火法 n滲碳后預(yù)冷到略高于滲碳后預(yù)冷到略高于Ar1溫度直接淬火。溫度直接淬火。 滲碳后的熱處理示意圖滲碳后的熱處理示意圖 n一次淬火法一次淬火法：即滲碳緩冷后重新加熱淬火。：即滲碳緩冷后重新加熱淬火。 n 二次淬火法：二次淬火法： n即滲碳緩冷后即滲碳緩冷后第一次加熱

12、為心部第一次加熱為心部Ac3+30-50，細(xì)化心部細(xì)化心部； 第二次加熱為第二次加熱為Ac1+30-50，細(xì)化表層細(xì)化表層。 滲碳后的熱處理示意圖滲碳后的熱處理示意圖 n常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到Ac1+30-50淬火淬火+低低 溫回火。溫回火。此時(shí)組織為：此時(shí)組織為： n表層：表層：M回 回+顆粒狀碳化物 顆粒狀碳化物+A(少量少量) n心部：心部：M回 回+F（淬透時(shí)） （淬透時(shí)） 滲碳淬火后的表層組織滲碳淬火后的表層組織 M+F 鋼的氮化鋼的氮化 n氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。 n氮化用鋼氮化用鋼 井式氣體

13、氮化爐井式氣體氮化爐 l為含為含Cr、Mo、Al、Ti、V的中的中 碳鋼。碳鋼。 l常用鋼號為常用鋼號為38CrMoAl。 l氮化溫度氮化溫度為為500-570 l氮化層厚度氮化層厚度不超過不超過0.6-0.7mm。 n常用氮化方法常用氮化方法 n氣體氮化法與離子氮化法。氣體氮化法與離子氮化法。 n氣體氮化法與氣體滲碳法類似，氣體氮化法與氣體滲碳法類似， 滲劑為氨。滲劑為氨。 n離子氮化法是在電場作用下，離子氮化法是在電場作用下， 使電離的氮離子高速?zèng)_擊作為使電離的氮離子高速?zèng)_擊作為 陰極的工件。與氣體氮化相比，陰極的工件。與氣體氮化相比， 氮化時(shí)間短，氮化層脆性小。氮化時(shí)間短，氮化層脆性小。

14、 離子氮化爐離子氮化爐 n氮化的特點(diǎn)及應(yīng)用氮化的特點(diǎn)及應(yīng)用 n氮化件表面硬度高（氮化件表面硬度高（6972HRC），耐磨性高。），耐磨性高。 n疲勞強(qiáng)度高。疲勞強(qiáng)度高。由于表面存在壓應(yīng)力。由于表面存在壓應(yīng)力。 氮化層組織氮化層組織 38CrMoAl氮化層硬度氮化層硬度 n工件變形小。工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進(jìn)行熱處原因是氮化溫度低，氮化后不需進(jìn)行熱處 理。理。 n 耐蝕性好。耐蝕性好。因?yàn)楸韺有纬傻牡锘瘜W(xué)穩(wěn)定性高。因?yàn)楸韺有纬傻牡锘瘜W(xué)穩(wěn)定性高。 n氮化的缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。氮化的缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。 n用于耐磨性、精度要求高的零件及耐熱、耐磨

15、及耐蝕件。用于耐磨性、精度要求高的零件及耐熱、耐磨及耐蝕件。 如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等。如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等。 縫紉機(jī)用氮化件縫紉機(jī)用氮化件經(jīng)氮化的機(jī)車曲軸經(jīng)氮化的機(jī)車曲軸 滲氮與滲碳相比：滲氮與滲碳相比： u滲氮層硬度和耐磨性高于滲碳層，硬度可達(dá)滲氮層硬度和耐磨性高于滲碳層，硬度可達(dá)6972HRC， 且在且在600650高溫下仍能保持較高硬度；高溫下仍能保持較高硬度； u滲氮層具有很高的抗疲勞性和耐蝕性；滲氮層具有很高的抗疲勞性和耐蝕性； u滲氮后不需再進(jìn)行熱處理，可避免熱處理帶來的變形和其滲氮后不需再進(jìn)行熱處理，可避免熱處理帶來的變形和其 他缺陷；他缺陷； u滲

16、氮溫度較低。滲氮溫度較低。 u只適用于中碳合金鋼，需要較長的工藝時(shí)間才能達(dá)到要求只適用于中碳合金鋼，需要較長的工藝時(shí)間才能達(dá)到要求 的滲氮層。的滲氮層。 三、表面形變強(qiáng)化三、表面形變強(qiáng)化 n表面形變強(qiáng)化指使鋼件在常溫下發(fā)生塑性變形表面形變強(qiáng)化指使鋼件在常溫下發(fā)生塑性變形，以，以 提高其表面硬度并產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力分布的表提高其表面硬度并產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力分布的表 面強(qiáng)化工藝。面強(qiáng)化工藝。 n工藝簡單，成本低廉，是提高鋼件抗疲勞能力，延工藝簡單，成本低廉，是提高鋼件抗疲勞能力，延 長其使用壽命的重要工藝措施。長其使用壽命的重要工藝措施。 1、噴丸、噴丸 n噴丸強(qiáng)化是將大量高速運(yùn)動(dòng)的彈丸噴射到

17、零件表面上，猶如噴丸強(qiáng)化是將大量高速運(yùn)動(dòng)的彈丸噴射到零件表面上，猶如 無數(shù)個(gè)小無數(shù)個(gè)小錘錘擊錘錘擊金屬表面，使零件表層和次表層發(fā)生一定的金屬表面，使零件表層和次表層發(fā)生一定的 塑性變形而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的一種技術(shù)。塑性變形而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的一種技術(shù)。 n應(yīng)用：形狀較復(fù)雜的零件應(yīng)用：形狀較復(fù)雜的零件 n在磨削、電鍍等工序后進(jìn)行在磨削、電鍍等工序后進(jìn)行 2、滾壓處理、滾壓處理 n利用自由旋轉(zhuǎn)的淬火鋼滾子對鋼件的已加工表面進(jìn)行滾壓，利用自由旋轉(zhuǎn)的淬火鋼滾子對鋼件的已加工表面進(jìn)行滾壓， 使之產(chǎn)生塑性變形，壓平鋼件表面的粗糙凸峰，形成有利的使之產(chǎn)生塑性變形，壓平鋼件表面的粗糙凸峰，形成有利的 殘余壓應(yīng)力，從而殘余壓應(yīng)

18、力，從而提高工件的耐磨性和抗疲勞能力提高工件的耐磨性和抗疲勞能力。 n應(yīng)用：圓柱面、錐面、平面等形狀比較簡單的零件應(yīng)用：圓柱面、錐面、平面等形狀比較簡單的零件 四、表面覆層強(qiáng)化四、表面覆層強(qiáng)化 n表面覆層強(qiáng)化是通過物理或化學(xué)的方法在金屬表面表面覆層強(qiáng)化是通過物理或化學(xué)的方法在金屬表面 涂覆一層或多層其他金屬或非金屬的表面強(qiáng)化工藝。涂覆一層或多層其他金屬或非金屬的表面強(qiáng)化工藝。 n目的：提高鋼件的耐磨性、耐蝕性、耐熱性或進(jìn)行目的：提高鋼件的耐磨性、耐蝕性、耐熱性或進(jìn)行 表面裝飾。表面裝飾。 1、金屬噴涂技術(shù)、金屬噴涂技術(shù) n將金屬粉末加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，用高壓氣流使其霧將金屬粉末加熱至熔化或

19、半熔化狀態(tài)，用高壓氣流使其霧 化并噴射于工件表面形成涂層的工藝稱為化并噴射于工件表面形成涂層的工藝稱為熱噴涂熱噴涂。 l利用熱噴涂技術(shù)可改善材料利用熱噴涂技術(shù)可改善材料 的耐磨性、耐蝕性、耐熱性的耐磨性、耐蝕性、耐熱性 及絕緣性等。及絕緣性等。 l廣泛用于包括航空航天、原廣泛用于包括航空航天、原 子能、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)子能、電子等尖端技術(shù)在內(nèi) 的幾乎所有領(lǐng)域。的幾乎所有領(lǐng)域。 等離子熱噴涂等離子熱噴涂 2、金屬鍍層、金屬鍍層 n在基體材料的表面覆上一層或多層金屬鍍層，可以顯著改在基體材料的表面覆上一層或多層金屬鍍層，可以顯著改 善其耐磨性、耐蝕性和耐熱性，或獲得其他特殊性能。善其耐磨性、耐蝕

20、性和耐熱性，或獲得其他特殊性能。 n電鍍：工件作為陰極電鍍：工件作為陰極 n化學(xué)鍍：不外加電源的條件下，利用化學(xué)還原的方法在基化學(xué)鍍：不外加電源的條件下，利用化學(xué)還原的方法在基 體材料表面催化膜上沉積一層金屬的表面強(qiáng)化方法。體材料表面催化膜上沉積一層金屬的表面強(qiáng)化方法。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：形狀工件復(fù)雜上也能得到均勻厚度鍍層；鍍層晶粒細(xì)小致密，形狀工件復(fù)雜上也能得到均勻厚度鍍層；鍍層晶粒細(xì)小致密， 孔隙與裂紋少；可以在非金屬材料表面沉積金屬層。孔隙與裂紋少；可以在非金屬材料表面沉積金屬層。 n復(fù)合鍍：電鍍或化學(xué)鍍的溶液中加入適量金屬或非金屬微復(fù)合鍍：電鍍或化學(xué)鍍的溶液中加入適量金屬或非金屬微 粒，借助

21、于強(qiáng)烈的攪拌，與基質(zhì)金屬一起均勻沉積而獲得粒，借助于強(qiáng)烈的攪拌，與基質(zhì)金屬一起均勻沉積而獲得 特殊性能鍍層的表面強(qiáng)化方法。特殊性能鍍層的表面強(qiáng)化方法。 應(yīng)用：對材料有特殊要求。原子能工業(yè)和航天航空工業(yè)應(yīng)用：對材料有特殊要求。原子能工業(yè)和航天航空工業(yè) 3、金屬碳化物覆層氣相沉積法、金屬碳化物覆層氣相沉積法 n氣相沉積技術(shù)氣相沉積技術(shù)是指將含有沉積元素的氣相物質(zhì)，通過物理是指將含有沉積元素的氣相物質(zhì)，通過物理 或化學(xué)的方法沉積在材料表面形成薄膜的一種新型鍍膜技或化學(xué)的方法沉積在材料表面形成薄膜的一種新型鍍膜技 術(shù)。術(shù)。 l根據(jù)沉積過程的原理不同，根據(jù)沉積過程的原理不同， 氣相沉積技術(shù)可分為氣相沉積

22、技術(shù)可分為物理物理 氣相沉積氣相沉積(PVD) 和和化學(xué)氣化學(xué)氣 相沉積相沉積(CVD)兩大類。兩大類。 n物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVD） n物理氣相沉積物理氣相沉積是指在真空條件下，用物理的方法，是指在真空條件下，用物理的方法， 使材料汽化成原子、分子使材料汽化成原子、分子 或電離成離子，并通過氣或電離成離子，并通過氣 相過程，在材料表面沉積相過程，在材料表面沉積 一層薄膜的技術(shù)。一層薄膜的技術(shù)。 l物理沉積技術(shù)主要包括物理沉積技術(shù)主要包括真真 空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍 三種基本方法。三種基本方法。 磁控濺射鍍膜設(shè)備磁控濺射鍍膜設(shè)備 n真空蒸鍍真空蒸鍍是蒸發(fā)成膜材料

23、使其汽是蒸發(fā)成膜材料使其汽 化或升華沉積到工件表面形成薄化或升華沉積到工件表面形成薄 膜的方法。膜的方法。 真空蒸鍍真空蒸鍍TiN活塞環(huán)活塞環(huán) 真空蒸鍍真空蒸鍍Al膜的塑料制品膜的塑料制品 n濺射鍍?yōu)R射鍍是在真空下通過輝光是在真空下通過輝光 放電來電離氬氣，氬離子在放電來電離氬氣，氬離子在 電場作用下加速轟擊陰極，電場作用下加速轟擊陰極， 濺射下來的粒子沉積到工件濺射下來的粒子沉積到工件 表面成膜的方法。表面成膜的方法。 濺射鍍示意圖濺射鍍示意圖 磁控濺射鍍膜機(jī)磁控濺射鍍膜機(jī) 磁控濺射鍍磁控濺射鍍AlAl的塑料制品的塑料制品 n離子鍍離子鍍是在真空下利用氣體放電技術(shù)，將蒸發(fā)的原子部分是在真空下

24、利用氣體放電技術(shù)，將蒸發(fā)的原子部分 電離成離子，與同時(shí)產(chǎn)生的大量高能中性粒電離成離子，與同時(shí)產(chǎn)生的大量高能中性粒子一起沉積到子一起沉積到 工件表面成膜的方法。工件表面成膜的方法。 多弧離子鍍膜機(jī)多弧離子鍍膜機(jī) n物理氣相沉積具有適用的基體材料和膜層材料廣泛；工藝物理氣相沉積具有適用的基體材料和膜層材料廣泛；工藝 簡單、省材料、無污染；獲得的膜層膜基附著力強(qiáng)、膜層簡單、省材料、無污染；獲得的膜層膜基附著力強(qiáng)、膜層 厚度均勻、致密、針孔少等優(yōu)點(diǎn)。厚度均勻、致密、針孔少等優(yōu)點(diǎn)。 n廣泛用于機(jī)械、航空航天、電子、光學(xué)和輕工業(yè)等領(lǐng)域制廣泛用于機(jī)械、航空航天、電子、光學(xué)和輕工業(yè)等領(lǐng)域制 備耐磨、耐蝕、耐熱

25、、導(dǎo)電、絕緣、光學(xué)、磁性、壓電、備耐磨、耐蝕、耐熱、導(dǎo)電、絕緣、光學(xué)、磁性、壓電、 滑潤、超導(dǎo)等薄膜?；瑵?、超導(dǎo)等薄膜。 離子鍍產(chǎn)品離子鍍產(chǎn)品 n化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積(CVD) n化學(xué)氣相沉積是指在一定溫度下，混合氣體與基體化學(xué)氣相沉積是指在一定溫度下，混合氣體與基體 CVD設(shè)備設(shè)備 表面相互作用而在基體表面相互作用而在基體 表面形成金屬或化合物表面形成金屬或化合物 薄膜的方法。薄膜的方法。 例如，氣態(tài)的例如，氣態(tài)的TiCl4與與N2 和和H2在受熱鋼的表面反在受熱鋼的表面反 應(yīng)生成應(yīng)生成TiN，并沉積在，并沉積在 鋼的表面形成耐磨抗蝕鋼的表面形成耐磨抗蝕 的沉積層。的沉積層。 由于化學(xué)氣

26、相沉積膜由于化學(xué)氣相沉積膜 層具有良好的耐磨性、層具有良好的耐磨性、 耐蝕性、耐熱性及電耐蝕性、耐熱性及電 學(xué)、光學(xué)等特殊性能，學(xué)、光學(xué)等特殊性能， 已被廣泛用于機(jī)械制已被廣泛用于機(jī)械制 造、航空航天、交通造、航空航天、交通 運(yùn)輸、煤化工等工業(yè)運(yùn)輸、煤化工等工業(yè) 領(lǐng)域。領(lǐng)域。 經(jīng)經(jīng)CVD處理的模具處理的模具 經(jīng)經(jīng)CVD處理處理 的活塞環(huán)的活塞環(huán) 表面處理技術(shù) 表面修復(fù)處理 一、表面處理概述 1表面處理概念 利用現(xiàn)代物理化學(xué)、金屬學(xué)和熱處理等學(xué)科的邊緣性新 技術(shù)來改變零件表面的狀況和性質(zhì)，使之與心部材料作優(yōu)化 組合，以達(dá)到預(yù)定性能要求的工藝方法，稱為表面處理。 2表面處理技術(shù)的分類 表面強(qiáng)化處理

27、 表面潔化處理 表面裝飾處理 表面防蝕處理 3常用表面處理方法 噴漆與噴塑等 熱噴涂、噴丸、表面滾壓 表面脹光、離子鍍 激光表面強(qiáng)化、拋光 普通電鍍、特種電鍍 鋼鐵發(fā)藍(lán)、鋼鐵磷化 鋁陽極氧化及著色處理 二、熱噴涂 熱噴涂是將金屬或非金屬材 料加熱熔化，靠壓縮氣體連續(xù)吹 噴到制件表面上，形成與基體牢 固結(jié)合的涂層，從制件表層獲得 所需要的物理化學(xué)性能。 1熱噴涂原理 說明： 噴涂的涂層厚度為幾十微米至數(shù)毫米。 噴涂熱源可用燃?xì)饣鹧?、電弧、等離子弧或激光束等。 噴涂材料可為金屬、合金、金屬氧化物和碳化物、陶 瓷和塑料等，材料形態(tài)可為線材、棒料或粉末。 噴涂的基體可為金屬、陶瓷、玻璃、塑料、石膏、木

28、 材、布、紙等固體材料。 2熱噴涂的特點(diǎn) 生產(chǎn)效率高。每小時(shí)噴涂材料重量從幾千克到幾十千克，沉 積效率很高。 工藝靈活，適用范圍廣。熱噴涂施工對象可大可小，小的可 到10mm內(nèi)孔(線爆噴涂)，大的可到橋梁、鐵塔(火焰線材噴 涂或電孤噴涂)，可在室內(nèi)噴涂，也可在野外現(xiàn)場作業(yè)；可 整體噴涂，也可以局部噴涂。 基體及噴涂材料廣泛?？赏ㄟ^噴涂不同材料，使工件表面獲 得所需的各種物理化學(xué)性能。 工件應(yīng)力變形小?；w可保持較低的溫度，工件產(chǎn)生的應(yīng)力 變形很小。 3熱噴涂的應(yīng)用 特殊功能層:通過噴涂獲得表層某些特殊 性能，如耐高溫、隔熱、導(dǎo)電、絕緣、 防幅射等，在航空航天和原子能等部門 應(yīng)用較多。 防腐蝕:

29、主要用于大型水閘鋼閘門、造紙 機(jī)烘缸、煤礦井下鋼結(jié)構(gòu)、高壓輸電鐵 塔、電視臺天線、大型鋼橋梁、化工廠 大罐和管道的防腐噴涂。 防磨損:通過噴涂修復(fù)已磨損的零件，或 在零件易磨損部位預(yù)先噴涂上耐磨材料， 如風(fēng)機(jī)主軸、高爐風(fēng)口、汽車曲軸、機(jī) 床主軸、機(jī)床導(dǎo)軌、柴油機(jī)缸套、油田 鉆桿、農(nóng)用機(jī)械刀片等。 三、噴丸 噴丸處理是利用高速噴射出的砂丸和鐵丸，對工件表 面進(jìn)行撞擊，以提高零件的部分力學(xué)性能和改變表面狀 態(tài)的工藝方法。 說明： 噴丸用于提高零件機(jī)械強(qiáng)度以及耐磨性、抗疲勞和耐 蝕性等，還可用于表面消光、去氧化皮和消除鑄、鍛、 焊件的殘余應(yīng)力等。 噴丸的方法通常有手工操作和機(jī)械操作兩種。 噴丸通常是

30、直徑為0.52mm的沙?；蜩F丸。沙粒的材 料多為Al2O3或SiO2。表面處理的效果與丸粒的大小、 噴射速度和持續(xù)時(shí)間有關(guān)。 四、表面滾壓和脹光 滾壓外圓及 所用工具 1表面滾壓 滾壓內(nèi)圓及 所用工具 滾壓可在臥式車床上進(jìn)行，可滾壓金屬零件上的外圓、 內(nèi)圓和平面等。 說明： 表面滾壓是在常溫上用硬質(zhì)滾柱或滾輪施壓于施轉(zhuǎn)的工件 表面上，并沿母線方向移動(dòng)，使工件表面塑性變形硬化， 以 獲得準(zhǔn)確、光潔和強(qiáng)化的表面。 滾壓余量通常為表面微觀不平度的平均高度(0.01 0.02mm)。 滾壓后，尺寸公差等級可達(dá)IT7IT6,Ra值可達(dá)0.80.1m m， 表層硬度可提高510%，硬化層深度可達(dá)0.22m

31、m，疲 勞 強(qiáng)度可提高1030%。 2表面脹光(擠光或擠壓) 脹光一般在壓力機(jī)或拉床上進(jìn)行，用于 2 45孔壁較 厚的金屬零件。 說明：說明： 表面脹光是在常溫下將直徑稍大于孔徑的鋼球或其他形 狀的脹光工具擠過工件已加工的內(nèi)孔，以獲得準(zhǔn)確，光潔 和強(qiáng)化的表面。 脹光余量一般為0.070.015mm。脹光后尺寸公差等級可 達(dá)IT7IT5，Ra值可達(dá)0.80.025 m 。 五、離子鍍 離子鍍已廣泛用于機(jī)械、電子、 航空、航天、輕工、光學(xué)和建筑 等部門，用以制備耐磨、耐蝕、 耐熱、超硬、導(dǎo)電、磁性和光電 轉(zhuǎn)換等鍍層。 說明： 離子鍍是將鍍層材料氣化并電離 成離子，通過擴(kuò)散和電場作用， 沉積于制件表

32、面，形成與基體牢 固結(jié)合的滿足所需性能的鍍覆層。 離子鍍的種類很多。其繞射性均 很好，能鍍覆制件上各個(gè)方向的 表面，可在金屬或非金屬表面上 鍍覆金屬或合金，鍍層厚度一般 為23mm。 六、激光表面強(qiáng)化 激光表面強(qiáng)化可分為激光相變強(qiáng)化處理、激光表面合金化 處理和激光熔覆處理等。 說明： 激光表面強(qiáng)化是用聚焦的激光束射向鋼件表面，在極短時(shí) 間內(nèi)將工件表層極薄的材料加熱到相變溫度或熔點(diǎn)以上的 溫度，又在極短時(shí)間內(nèi)冷卻，使工件表面淬硬強(qiáng)化。 激光表面強(qiáng)化的熱影響區(qū)小，變形小，工件表面清潔， 操作方便。 激光表面強(qiáng)化主要用于局部強(qiáng)化的零件，如沖裁模、曲 軸、凸輪、凸輪軸、花鍵軸、精密儀器導(dǎo)軌、高速鋼刀

33、具、齒輪及內(nèi)燃機(jī)缸套等。 激光表面強(qiáng)化的設(shè)備昂貴，硬化層深度較淺，一般為0.3 0.5mm。 七、拋光 拋光是對零件表面進(jìn)行修飾的一種光整加工方法，一 般只能得到光滑表面，不能提高甚至不能保持原有的加工 精度，隨預(yù)加工狀況不同，拋光后的Ra值可達(dá)1.60.008 m 。 拋光的分類： 電化學(xué)拋光 化學(xué)拋光 振動(dòng)拋光 滾筒拋光 輪式拋光 機(jī)械拋光 1機(jī)械拋光 用高速旋轉(zhuǎn)的柔性拋光輪和極細(xì)的磨料對工件表面進(jìn) 行滾壓和微量切削實(shí)現(xiàn)拋光。拋光輪用多層帆布、毛氈或 皮革疊制而成，用于較大零件的拋光。 1) 輪式拋光 2) 滾筒拋光和振動(dòng)拋光 將工件、磨料和拋光液裝入滾筒或振動(dòng)箱內(nèi)，滾筒緩慢滾 動(dòng)或振動(dòng)箱

34、振動(dòng)，使工件與工件，工件與磨料相互摩擦，加上 拋光液的化學(xué)作用，除去工件表面的油污、銹層，磨去凸峰， 從而獲得光滑的表面。用于細(xì)小而量大零件的拋光，后者比前 者生產(chǎn)率高，拋光效果更好。 將金屬零件浸入特制 的化學(xué)溶液中，利用金屬 表面凸起部位比凹洼部位 溶解速度快的現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)零 件表面的拋光。 電化學(xué)拋光與化學(xué)拋光類似，不同點(diǎn)是還要通以直流電， 工件接陽報(bào)，產(chǎn)生陽極溶解，也是利用金屬表面凸起部位比凹 洼部位溶解速度快的現(xiàn)象進(jìn)行拋光的。 2化學(xué)拋光 3電化學(xué)拋光 八、電鍍 電鍍是一種電化學(xué)和氧化還原過程。以鍍鎳為例；將金 屬制件浸在金屬鹽(NiSO4)的溶液中作為陰極，金屬鎳板作為 陽極，接通直流

35、電源后在制件上就會(huì)沉積出金屬鍍鎳層。 在陽極上的反應(yīng)為： Ni 2eNi2+(陰極溶解) 4OH4e2H2O+O2 2Ni3ONi2O3 2Cl-2eCl2 電鍍有槽鍍(普通電鍍)和 特種電鍍等。 1電鍍原理 在陰極上的反應(yīng)為： Ni 2+ +2eNi(形成鍍層) 2H+ +2eH2 2槽鍍 鋼鐵零件上鍍鋅主要作用是防腐蝕，用量占全部電鍍零件 的1/3至1/2，是所有電鍍品種中產(chǎn)量最大的一個(gè)鍍種。鍍鋅具有 成本低、抗蝕性好、美觀和耐貯存等優(yōu)點(diǎn)，在輕工、機(jī)電、農(nóng) 機(jī)和國防等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 鋼鐵零件上鍍鎘，在海洋和濕熱大氣環(huán)境中，其保護(hù)性能 比鋅好，航空、航海及電子工業(yè)中的零件大多采用鍍鎘。

36、但鎘 鹽有毒，且對環(huán)境污染嚴(yán)重，使鍍鎘的應(yīng)用受到限制。 錫的腐蝕產(chǎn)物對人類無害，且 易于釬焊，鍍錫廣泛用于食品罐頭 包裝制品、飲具、餐具及電子工 業(yè)中很多需要釬焊的零件。 1) 鍍鋅 2) 鍍鎘 3) 鍍錫 4) 鍍銅 鉻在大氣中能長久保持光澤，在堿液、硝酸、硫酸及許 多有機(jī)酸中不發(fā)生反應(yīng)，鍍鉻層有很高的硬度和優(yōu)良的耐磨 性及較低的摩擦系數(shù)，故鍍鉻常用于防護(hù)裝飾性鍍層，防止 基體金屬生銹和美化外觀，也常用于提高制品的耐磨性或修 復(fù)磨損。 鍍銅常作為其他鍍層的中間層，以提高表面鍍層和基體 金屬的結(jié)合力。在電力工業(yè)中，也可用鐵絲鍍厚銅來代替純 銅導(dǎo)線，以減少銅的耗用量。 鍍鎳的應(yīng)用面很廣，可用于防

37、護(hù)裝飾性和功能性兩方面。 前者主要用于自行車、鐘表、家用電器、五金產(chǎn)品、汽車、照 相機(jī)等零件的防護(hù)裝飾性鍍層；后者主要用于易磨損產(chǎn)品的 修復(fù)電鍍。 5) 鍍鎳 6) 鍍鉻 3特種電鍍 刷鍍不用鍍槽，旋轉(zhuǎn)的工件接直流電源的負(fù)極，鍍筆接正 極，鍍筆前端用脫脂棉包住，澆注的鍍液浸貯在脫脂棉套內(nèi)， 鍍液中的金屬正離子在電場力作用下在工件表面(陰極)獲得電 子而沉積于表面上，形成電鍍層。 刷鍍主要用于大型零件的局部電鍍或 大中型零件的局部修復(fù)。 1) 刷鍍 說明：說明： 鍍層厚度可達(dá)0.010.5mm，鍍層質(zhì) 量好，結(jié)合強(qiáng)度高，速度比槽鍍快。 刷鍍設(shè)備簡單，操作靈活，可進(jìn)行局 部電鍍和野外作業(yè)。 對于大

38、批量中小型零件或大面積鍍覆 的工件進(jìn)行裝飾性或尺寸電鍍時(shí)，刷 鍍不如槽鍍。 2) 非金屬電鍍電鍍 非金屬電鍍制品主要用于汽車、飛機(jī)某些裝飾性零部件以 及印刷線路板、電子儀器屏蔽和碳纖維等。 說明：說明： 非金屬電鍍是指對塑料、玻璃、陶瓷、纖維等非金屬制品 電鍍。 非金屬電鍍的關(guān)鍵工藝是表面金屬化，使非金屬基體上生 成導(dǎo)電層以便進(jìn)行導(dǎo)電。表面金屬化的方法有化學(xué)鍍法、 噴涂法、燒滲銀法和涂刷法等。 塑料電鍍是非金屬電鍍中應(yīng)用最廣泛的一種。通過電鍍可 提高塑料制品的強(qiáng)度，防止老化，使其具有導(dǎo)電性、電磁 性、焊接性和裝飾性的外觀。 九、鋼鐵發(fā)藍(lán)與磷化九、鋼鐵發(fā)藍(lán)與磷化 發(fā)藍(lán)后呈藍(lán)黑色和深黑色，可提高零

39、件的耐蝕性、潤滑性， 可改善外觀。 1鋼鐵發(fā)藍(lán)鋼鐵發(fā)藍(lán) 說明：說明： 發(fā)藍(lán)是對鋼鐵零件進(jìn)行的一種氧化處理，使其表面生成一 層極薄的Fe304氧化膜。 常用堿性化學(xué)溶液氧化法：用氫氧化鈉和亞硝酸納的水溶液， 在135145溫度下處理6090min，再在肥皂液中 浸泡3 5min，最后水洗、干燥及浸油。 2鋼鐵磷化鋼鐵磷化 磷化后呈灰色或灰黑色，其耐蝕性比發(fā)藍(lán)好，但外觀不如發(fā) 藍(lán)。磷化主要用于鋼鐵制件(如槍炮)耐蝕防護(hù)和噴漆前理， 以增加漆膜與鋼鐵工件的附著力及防護(hù)性。 說明：說明： 磷化是鋼鐵零件在磷化液中處理，在表面沉積形成一層不 溶于水結(jié)晶型磷酸鹽膜。 常用磷化液由磷酸二氫鋅或磷酸二氫鐵、磷

40、酸二氫錳組成 的酸性稀水溶液。在9098溫度下處理820min。 十、鋁陽極氧化與著色處理十、鋁陽極氧化與著色處理 陽極氧化和著色處理常用于汽車、飛機(jī)的某些裝飾性零件 及工藝品和日用五金制品作裝飾性處理。 說明：說明： 陽極氧化是將鋁或鋁合金制件浸沉于酸性電解液中，在外 電流作用下作為陽極，在制件表面上形成與基體牢固結(jié)合 的防蝕氧化膜層。 陽極氧化前要經(jīng)拋光、除油、清洗等預(yù)處理，其后要進(jìn)行 沖洗、著色和封閉等處理。 陽極氧化的氧化膜可染成黑色、紅色、藍(lán)色、綠色、金黃 色和茶色等。 十一、涂裝(噴漆與噴塑) 顏 料：成膜物質(zhì)一般為無色透明。顏料有遮蓋、美觀、 增加漆膜強(qiáng)度等作用 1涂料(油漆) 1) 涂