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文檔簡介
1、hunan university of science and technology神奇的表面工程論文題目:簡單易行的表面沾涂技術學院:商學院姓名:趙宇學號:1015060212時間:2014年12月12日有幸選到湖南科技大學機電工程學院的選修課一神奇的表面工程,對 于我這個文科生來說,感到很高興,也很合胃口,轉眼間,一個學期又過 去了,到了寫論文的時候。通過口己所學以及查閱資料,這門選修課包括 概論、使零件表硬內(nèi)韌的表面熱處理技術、立竿見影的噴丸強化技術、變 化無窮的摩擦化學轉移膜技術、多姿多彩的氣相沉積技術、所向披靡的三 束及其改性技術、點石成金的電刷鍍技術、噴槍射彩虹,零件換新裝的熱 噴
2、涂技術、簡便易行的表面粘涂技術、1+1 >2的復合表面技術這幾節(jié)課, 而本論文,我從“簡便易行的表面粘涂技術”這方面寫起。八 _1*冃|j b隨著生產(chǎn)的發(fā)展,人們對工業(yè)設備和零部件乃至生活用品等的“皮膚” 和外表提出了越來越高的要求(承受高溫、高載荷,具備高硬度、高抗腐 蝕性和高耐疲勞性能以及美觀、耐用等),這樣就出現(xiàn)了各種新的表面工 程技術?!跋麒F如泥”是武俠小說中常見的一個字眼,但要使刀劍實現(xiàn)這一功 能,就需要進行特殊的處理。利用各類金屬的性能規(guī)律,通過表面熱處理使金屬材料表面硬、內(nèi)部 韌,充分發(fā)揮其潛能,這樣,使用起來就可以“游刃有余” 了。單一啲材料和單一的表面技術往往具有一定的
3、局限性,很難滿足性能 上的各種要求,這就使復合材料和復合表面技術應運而生。采用表面工程 技術的復合可以獲得性能優(yōu)異的表面涂層。表面工程技術分布在各個領域中,例如表面改性、表面處理、表面涂 覆等等。復合表面工程技術將兩種以上表面工程技術復合在一起,可以取得更佳的效果。隨著高新技術的發(fā)展,表面工程技術層出不窮。如隨著對物質(zhì)的第四 態(tài)即等離子態(tài)的認識,等離子噴涂、離子注入等技術蓬勃發(fā)展;激光的發(fā) 現(xiàn),促使激光熔敷、激光重熔等各種激光表面改性技術紛紛涌現(xiàn);微波、 電子朿的發(fā)展促使諸如電子朿物理氣相沉積等技術發(fā)展迅猛;納米技術的 出現(xiàn)促使摩擦化學轉化膜等技術在航空航天、汽車等領域的應用前景更加 廣泛。新
4、材料的出現(xiàn)給表面工程改性技術帶來了新的活力,除金屬材料外, 岀現(xiàn)了陶瓷材料、合成材料、塑料、納米材料、非晶態(tài)材料、超導材料等, 使機器設備及零件的皮膚和外衣的質(zhì)量發(fā)生了質(zhì)的改變。各種特殊功能的 要求乂促使了表面材料的不斷發(fā)展,如隱身材料、抗磁性材料、導電、降 噪聲材料及抗高溫腐蝕材料等層出不窮。知識經(jīng)濟的到來又對環(huán)保、節(jié)能、節(jié)材等提出了更高的要求,無節(jié)制 地浪費和消耗的時代將一去不復返了。重新制造的出現(xiàn)正適應了這一要求, 表面工程技術可以使大批機器設備零件再生,并可節(jié)能、節(jié)材、減少污染、 降低成本,是先進制造技術的新的重要領域。表面工程逐步形成了自己的學科體系,在實際中得到了廣泛的應用。而其中
5、的表面沾涂技術,更是重中之重,因為一個產(chǎn)品的外觀在第一 印象屮最為重要,人要臉,樹要皮,各個器件更是如此,而進入現(xiàn)代社會, 表象更是被看重,所以,此方面的發(fā)展,受人重視。表面處理即是通過一定的方法在工件表面形成覆蓋層的過程,其目的 是賦以制品表而美觀、防腐蝕的效果。特點:表面工程是經(jīng)表面預處理后,通過表面涂覆、表面改性或多 種表面工程技術復合處理,改變固體金屬表面和非金屬表面的形態(tài)、化學 成份和組織結構和應力狀態(tài),以獲得所需要表面性能的系統(tǒng)工程。表面工 程綜合了多個領域的基礎理論、技術和最新成果。表面工程技術因在基體 材料表面制造了一層涂層或薄膜,或通過表面改性賦予材料許多特殊性能, 使材料的
6、表面性能大大優(yōu)于材料基體,不僅能大大延伸基體材料的應用領 域,而且解決了許多領域中材料無法滿足環(huán)境要求的問題。表面工程技術 在解決人類發(fā)展中遇到資源、能源、環(huán)境等共同問題中起著不可替代的重 要作用。粘涂工藝的應用:近些年,粘涂技術在設備維修領域的應用得到了飛 速發(fā)展,它除用于絕緣、導電、密封、堵漏外,還廣泛用于零件的耐磨損、 耐腐蝕修復和預保護涂層,也用于修補零件上的各種缺陷如裂紋、劃傷、 尺寸超差、鑄造缺陷等。國內(nèi)外許多研究部門在粘涂層的研制、涂敷工藝 及應用方面做了許多工作,獲得了滿意的效果。進行的表面處理方法都歸結于以下常用幾種方法:1、電鍍:將接受電鍍的部件浸于含有被沉積金屬化合物的水
7、溶液中, 以電流通過鍍液,使電鍍金屬析出并沉積在部件上。一般電鍍有鍍鋅、銅、 銀、銘、銅鐮合金等,有時把煮黑(發(fā)藍)、磷化等也包括其中。2、熱浸鍍鋅:通過將碳鋼部件浸沒溫度約為510°c的溶化鋅的鍍槽內(nèi) 完成。其結果是鋼件表面上的鐵鋅合金漸漸變成產(chǎn)品外表面上的鈍化鋅。 熱浸鍍鋁是一個類似的過程。3、機械鍍:通過鍍層金屬的微粒來沖擊產(chǎn)品表面,并將涂層冷焊到產(chǎn) 品的表面上。一般螺絲多采用電鍍方式,但用在電力、高速公路等室外的 六角木螺釘?shù)扔脽峤\。電鍍的效果:電鍍的質(zhì)量以其耐腐蝕能力為主要衡量標準,其次是外 觀。耐腐蝕能力即是模仿產(chǎn)晶工作環(huán)境,設置為試驗條件,對其加以腐蝕 試驗。電鍍產(chǎn)品
8、的質(zhì)量從以下方面加以控制:(1) 外觀:制品表面不允許有局部無鍍層、燒焦、粗糙、灰暗、起皮、 結皮狀況和明顯條紋,不允許有針孔麻點、黑色鍍渣、鈍化膜疏松、龜裂、 脫落和嚴重的鈍化痕跡。(2) 鍍層厚度:緊固件在腐蝕性大氣中的作業(yè)壽命與它的鍍層厚度成 正比。一般建議的經(jīng)濟電鍍鍍層厚度為0.00015in0.0005 in(412um).熱 浸鍍鋅:標準的平均厚度為54 um (稱呼徑w3/8為43 um),最小厚度為 43 um (稱呼徑w3/8 為 37 um)。(3) 鍍層分布:采用不同的沉積方法,鍍層在緊固件表面上的聚集方 式也不同。電鍍時鍍層金屬不是均勻地沉積在外周邊緣上,轉角處獲得較
9、厚鍍層。在緊固件的螺紋部分,最厚的鍍層位于螺紋牙頂,沿著螺紋側面 漸漸變薄,在牙底處沉積最薄,而熱浸鍍鋅正好相反,較厚的鍍層沉積在 內(nèi)轉角和螺紋底部,機械鍍的鍍層金屬沉積傾向與熱浸鍍相同,但是更為 光滑而但在整個表面上厚度要均勻得多。(4) 氫脆:緊固件在加工和處理過程中,尤其在鍍前的酸洗和堿洗以 及隨后的電鍍過程中,表面吸收了氫原子,沉積的金屬鍍層然后俘獲氫。 當緊固件擰緊時,氫朝著應力最集中的部分轉夠,引起壓力增高到超過基 體金屬的強度并產(chǎn)牛微小的表面破裂。氫特別活動并很快滲入到新形成的 裂隙中去。這種壓力破裂滲入的循環(huán)一直繼續(xù)到緊固件斷裂。通常發(fā)生在 第一次應力應用后的幾個小時之內(nèi)。為了
10、消除氫脆的威脅,緊固件要在鍍 后盡可能快地加熱烘焙,以使氫從鍍層中滲出,烘焙通常在375-4000f(176-190°c )進行3-24小時。 由于機械鍍鋅是非電解質(zhì)的,這實際上消 除了氫脆的威脅。(5) 自催化鍍,一般稱為”化學鍍”、”無電鍍”等自催化鐮磷鍍及工業(yè) 應用無電解鍍銀是冃前國際上發(fā)展速度較快的表面處理工藝。它以無公害、 操作簡單和可鍍基底廣泛以及鍍層良好的耐磨耐腐性能受到工業(yè)界普遍矚 目和青睞。自催化鎳磷鍍技術,是口前國際上發(fā)展速度最快的低溫表面強 化高新技術。(6) 浸漬鍍,采用硫酸銅、硫酸亞錫為主鹽的置換反應浸鍍法在鋼鐵 件表面制得金黃色銅錫合金層。通過添加含氟系陰
11、離子及竣基系陰離子的 絡合劑、控制銅、錫離子的置換反應速度、獲得15%39%銅含量的 合金鍍層、外觀呈182 2k金色、膜層結合力好、耐蝕性優(yōu)良化學 鍍仿金的類型有兩種、一種是使用還原劑的化學還原型、所形成的鍍膜 一般為赤褐色或色澤不好的金色、其鍍膜的附著力差。浸鍍即置換鍍或接 觸鍍、是一種無需外界電流或還原劑、利用兩種金屬的電位差產(chǎn)生的電 動勢驅(qū)動的置換反應。浸漬鍍設備少、效率高、成本低。(7) 陽極氧化接近表血鍍層處理,金屬或合金的電化學氧化。將金屬 或合金的制件作為陽極,采用電解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金屬 氧化物薄膜改變了表面狀態(tài)和性能,如表而著色,提高耐腐蝕性、增強耐 磨性及硬
12、度,保護金屬表面等。例如鋁陽極氧化,將鋁及其合金置于相應 電解液(如硫酸、銘酸、草酸等)中作為陽極,在特定條件和外加電流作用下, 進行電解。陽極的鋁或其合金氧化,表面上形成氧化鋁薄層,其厚度為5 20微米,硬質(zhì)陽極氧化膜可達60200微米。陽極氧化后的鋁或其合金, 提高了其硬度和耐磨性,可達250500千克/平方毫米,良好的耐熱性, 硬質(zhì)陽極氧化膜熔點高達2320k ,優(yōu)良的絕緣性,耐擊穿電壓高達 2000v ,增強了抗腐蝕性能,在o -0.03nac 1鹽霧中經(jīng)幾千小時不腐蝕。(8) 熱浸鍍鋅,俗稱”鉛水”。(9) 熱浸鍍錫,熱浸鍍錫其主要是將待鍍物利用一半自動工全自動方 式經(jīng)連續(xù)的水洗、酸
13、洗藉以清除待鍍物表面沾污的污物及銹點后,經(jīng)浸漬 助焊劑以利后續(xù)的鍍錫加t之后再浸漬錫液,而后再經(jīng)連串的撒甩、敲捶、 回轉等步驟后,藉以去除鍍物本體上多余的錫液及使錫液均勻的布設于其 上,再施以冷卻干燥后,即可依上述步驟而得一對工作物產(chǎn)生熱浸鍍錫的 作用 (15)陰極濺射,具有足夠能量的帶電粒子或中性粒子碰撞物體表 面時,可把能量傳遞給表面的原子。只要表面原子獲得的能量大于本身的 電離能,就能擺脫周圍原子的束縛而離開物體表面,這種現(xiàn)象稱為濺射。(10) 真空鍍(vacuum plating),真空鍍主要包括真空蒸鍍、濺射鍍和 離子鍍幾種類型,它們都是采用在真空條件下,通過蒸僻或濺射等方式在 塑件表面沉積各種金屬和非金屬薄膜,通過這樣的方式可以得到非常薄的 表面鍍層,同時具有速度快附著力好的突出優(yōu)點,但是價格也較高,可以 進行操作的金屬類型較少,一般用來作較高檔產(chǎn)品的功能性鍍層,例如作 為內(nèi)部屏蔽層使用。(11)離-了鍍(ion plating),離了鍍在真空條件下,利用氣體放電使氣 體或被蒸發(fā)物質(zhì)部分電離,并在氣體離子或被蒸發(fā)離子鍍原理圖物質(zhì)離子 的轟擊下,將蒸發(fā)物質(zhì)或其反應物沉積在基片上的方法。其中包括磁控濺 射離子鍍、反應離子鍍、空心陰極放電離子鍍(空心陰極蒸鍍法)、多弧 離子鍍(陰極電弧離子鍍)等。(12)表面硬化:所謂表面硬化法是指通過適當?shù)姆椒ㄊ沽慵谋?/p>
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