表面處理技術(shù)概述

1、6.5表面處理技術(shù) 一、表面處理述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)化處理表面潔化處理表面裝飾處理表面防蝕處理表面修復(fù)處理常用表面處理方法熱噴涂、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)、鋼鐵憐化鋁陽極氧化及著色處理噴漆與噴塑等噴涂粉末、熱噴涂燃燒火焰送粉氣道噴哺1.熱噴涂原理IZ52?氡一乙炔琨合氣道粉末一火焰噴涂示意圖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

2、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?；w、涂層Z二 Z送絲機(jī)構(gòu)二二 C:二 L W V/, 電弧噴涂原理圖基體N前松體涂層、二二二 一 等離子噴涂原理圖噴涂材料可為金屬、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 材、布、紙等固體材料。噴涂的涂層厚度為幾十微米至數(shù)毫米。工藝靈活，適用范圍廣。熱噴涂施工對(duì)象可大可小，小的可 到小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(chǎng)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

3、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。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。防腐蝕: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(tái)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。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。三

4、、噴丸說明：噴丸處理是利用高速噴射出的砂丸和鐵丸，對(duì)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。丸a)噴丸機(jī)b)噴槍手工噴丸示意圖機(jī)械噴丸示意圖高等教育出版社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)。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。四、表面滾壓和脹光1 表面滾壓滾壓外圓及 所用工具滾壓內(nèi)圓及 所用工具桿體&sr加壓桿調(diào)整彈費(fèi)螵塞a)滾壓外圓及所用

5、工具滾道錐滾柱文承釘 調(diào)節(jié)套支承柱¥b)滾壓內(nèi)圓及所用工具 表面滾壓Qm077. mpg1 i;： -a表面滾壓實(shí)例說明：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(0.010.02mm)。 滾壓后，尺寸公差等級(jí)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)0.22mm，疲勞 強(qiáng)度可提高1030%。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)和平面等。2 表面脹光(擠光或擠壓）說明：表面脹光是在常溫下將直徑稍

6、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(jí)可 達(dá)IT7IT5，Ra值可達(dá)0.80.025 m。脹光一般在壓力機(jī)或拉床上進(jìn)行，用于纟2纟45孔壁較 厚的金屬零件。表面脹光五、離子鍍說明：絕緣支架待鍍件 (陰極)解光放電區(qū)3kV 5kV等離子體離子鍍?cè)韴D離子鍍是將鍍層材料氣化并電 成離子，通過擴(kuò)散和電場(chǎng)作用， 沉積于制件表面，形成與基體牢 固結(jié)合的滿足所需性能的鍍覆層。蒸發(fā)電源離子鍍的種類很多。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

7、 為23mm。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。六、激光表面強(qiáng)化說明：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。淬火層激光表面強(qiáng)化的過程示意圖激光束+情性氣體工件移動(dòng)方向激光表面合金化處理示意圖激光表面強(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。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)化的設(shè)備昂貴，硬化層深度較淺，一般為0.30.5mm。激

8、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 具、齒輪及內(nèi)燃機(jī)缸套等。七、拋光拋光是對(duì)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)1.60.008m。拋光的分類：機(jī)械拋光<輪式拋光 滾筒拋光 振動(dòng)拋光化學(xué)拋光 電化學(xué)拋光V1 機(jī)械拋光1)輪式拋光用高速旋轉(zhuǎn)的柔性拋光輪和極細(xì)的磨料對(duì)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。幾種輪式拋光舉例Qm081. mpg拋光實(shí)例iD2)滾筒拋光和振動(dòng)拋光將工

9、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。滾筒拋光與振動(dòng)拋光2. 化學(xué)拋光 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。3. 電化學(xué)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。八、電鍍1.電鍍?cè)黼婂兪且环N電化學(xué)和氧化還原過程。以鍍鎳為例

10、；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，接通直流電源后在制件上就會(huì)沉積出金屬鍍鎳層。電壓表溫度表電流表化學(xué)除油熱水洗冷水洗冷水洗光冷水洗洗電化學(xué)除油一«冷水洗弱腐蝕熱水洗電鍍工藝一般流程圖在陰極上的反應(yīng)為：Ni 2+ +2eNi(形成鍍層） 2H+ +2eHt在陽極上的反應(yīng)為：Ni 2eNi2+(陰極溶解) 4OH-4e2H2O+O2| 2Ni + 3ONi2O3 2Cl-，一2eCl2T 電鍍有槽鍍(普通電鍍)和 特種電鍍等。2槽鍍1) 鍍鋅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。

11、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(guó)防等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。2) 鍍鎘鋼鐵零件上鍍鎘，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)中的零件大多釆用鍍鎘。但鎘鹽有毒，且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，使鍍鎘的應(yīng)用受到限制。3) 鍍錫錫的腐蝕產(chǎn)物對(duì)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。4) 鍍銅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。5) 鍍鎳鍍鎳的應(yīng)用面很廣，可用于防護(hù)裝飾性和功能性兩方面。 前者主要用于自

12、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。6) 鍍鉻鉻在大氣中能長(zhǎng)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。3.特種電鍍 1)刷鍍Om083. mpg刷鍍實(shí)例刷鍍不用鍍槽，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(chǎng)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。說明：鍍層厚度可達(dá)

13、0.010.5mm，鍍層質(zhì) 量好，結(jié)合強(qiáng)度高，速度比槽鍍快。刷鍍?cè)O(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活，可進(jìn)行局 部電鍍和野外作業(yè)。對(duì)于大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。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)。非金屬電鍍是指對(duì)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。非金屬電鍍制品主要用于汽車、飛機(jī)

14、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。九、鋼鐵發(fā)藍(lán)與磷化1.鋼鐵發(fā)藍(lán) 說明：發(fā)藍(lán)是對(duì)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?04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°C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。發(fā)藍(lán)后呈藍(lán)黑色和深黑色，可提高零件的耐蝕性、潤(rùn)滑性， 可改善外觀。鋼鐵發(fā)藍(lán)一般工藝流程圖 重慶大學(xué)清華大學(xué)華南理工大學(xué)高等教育出版社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、磷酸二氫錳組成 的酸性稀水

15、溶液。在9098°C溫度下處理820min。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)和噴漆前處理， 以增加漆膜與鋼鐵工件的附著力及防護(hù)性。十、鋁陽極氧化與著色處理說明：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： 色和茶色等。陽極氧化和著色處理常用于汽車、飛機(jī)的菏 及工藝品和日用五金制品作裝飾性處理。1電化學(xué)除油1熱水1冷水d冷水

16、洗lH陽極氧化TH冷水 |冷水|封>I冷水洗干燥I鋁陽極氧化工藝流程圖Qm086. mpg鋁陽極氧化實(shí)例卜一、涂裝(噴漆與噴塑）1 涂料(油漆）1) 涂料組成成膜物質(zhì)：構(gòu)成涂料的基礎(chǔ)，是涂層的主要物質(zhì)溶劑：又稱稀釋劑，使涂料保持溶解狀態(tài)，調(diào)整涂料 粘度便于操作。不同涂料有不同溶劑。助劑：改善涂料施工性能，有催干劑、增韌劑、固化劑等。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2)常用涂料(油漆）清漆：不含顏料的透明漆，由樹脂、溶劑及催干劑制成的 涂料。厚漆：由干性油、顏料混合而成的涂料。使用時(shí)用清油調(diào)到合 適粘度。該漆干燥慢、漆膜軟，炎熱潮濕天氣有反粘現(xiàn)象調(diào)合漆：

17、已調(diào)制好，不用加任何材料即可使用的涂料，分油性 調(diào)和漆和磁性調(diào)和漆兩種。磁漆(樹脂漆)：用清漆與著色顏料調(diào)配的色漆，有酚醛磁漆、醇 酸磁漆等。烘漆(烤漆)：涂于基體后需經(jīng)烘烤才能干燥成膜的漆。水溶漆、乳膠漆：可用水作稀釋劑的涂料。水溶漆是以水溶性 樹脂為主要成分的漆；乳膠漆是以乳膠(合成樹脂)為主要成分 的漆。大漆(天然漆)：特點(diǎn)是漆膜耐久性、耐酸性、耐油性、耐水性、 光澤性均較好。底漆：直接涂于基體表面作為面漆基礎(chǔ)的涂料，有環(huán)氧底漆、 酚醛底漆等。膩?zhàn)樱河筛鞣N填料加入少量漆料配制的糊狀物。主要用于底漆 前，使基體表面平整。2 常用涂裝工藝幾種常用涂裝工藝序號(hào)涂漆方法內(nèi)容特點(diǎn)使用范圍1刷涂人工

18、用各種毛刷涂刷省料費(fèi)工體力勞動(dòng)繁重任何形狀工件，幾乎任 何涂料2自動(dòng)浸涂工件在懸鏈上借鏈運(yùn)動(dòng) 自動(dòng)沉入漆槽中涂漆省工省料，生產(chǎn)效率 高，但漆槽熔劑揮發(fā)量 大，防火要求嚴(yán)大批量流水線生產(chǎn)3手工噴涂 (含高壓無 氣噴涂）利用壓縮空氣，噴槍將 漆霧化噴到工件表面成 膜漆膜均勻，質(zhì)量好，但 漆浪費(fèi)大各種形狀工件，尤適用 于大面積工件4淋涂工件在工作臺(tái)上，利用 循環(huán)泵將漆液噴淋在工 件上工效高，漆液損失少， 便于流水作業(yè)大批單一工件底漆涂 裝5幕簾淋涂工件在連續(xù)不斷往下流 的漆液幕簾下通過而涂 裝工效高，漆液損失少， 便于流水線作業(yè)，但不 能對(duì)工件垂直面涂裝適宜成批生產(chǎn)，且只需 涂單面的大工件6流化床涂覆利用粉末涂料在一定風(fēng) 壓下呈“沸騰”狀態(tài)， 在略高于其熔點(diǎn)的預(yù)熱 工件表面上融合冷卻后 成膜涂層厚度大，涂覆速度 快適宜大型，形狀不同工 件7輥涂利用輥涂機(jī)械進(jìn)行輥涂能采用較高粘度涂料， 漆膜厚度均勻，有利于 機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)適用于平板涂裝8靜電噴涂利用電暈放電使帶電的 霧化油漆傳統(tǒng)涂裝工藝方法有刷涂、噴涂、浸涂和淋涂等。利用低壓(0.40.6MPa)壓縮空氣帶動(dòng)高壓泵，將涂料加