金屬材料的表面處理 2015-07-31

1、 WUXI Bele Industry Co.,Ltd.無錫市朗力機(jī)械有限公司無錫市朗力機(jī)械有限公司金屬材料表面處理簡介 2015-07-31金屬材料的表面處理 課題引入 課題說明 課題目標(biāo)1金屬材料表面處理概述2表面淬火3表面化學(xué)熱處理技術(shù)4化學(xué)氧化與磷化處理5電鍍技術(shù)6其他表面處理技術(shù)1金屬材料表面處理概述1.1表面處理技術(shù)的作用1.2表面處理技術(shù)的分類1.1表面處理技術(shù)的作用.提高表面耐蝕性和耐磨性，減緩、消除和修復(fù)材料表面的變化及損傷.使普通材料獲得具有特殊功能的表面.表面處理技術(shù)可用于節(jié)約能源，降低成本，改善環(huán)境1.2表面處理技術(shù)的分類()表面合金化技術(shù)包括噴焊、堆焊、離子注入、激光

2、熔覆等。()表面覆蓋與覆膜技術(shù)包括電鍍、化學(xué)鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、氣相沉積等。()表面組織轉(zhuǎn)化技術(shù)包括表面淬火、化學(xué)熱處理等熱處理技術(shù)及噴丸、滾壓等表面加工硬度技術(shù)。(4)表面熱處理(如表面淬火、表面化學(xué)熱處理等)。(5)電鍍與化學(xué)鍍(如純金屬電鍍、合金電鍍、電刷鍍等)。(6)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜(如化學(xué)氧化處理、磷化處理等)。(7)氣相沉積(如化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積等)。(8)形變強(qiáng)化(如噴丸、機(jī)械鍍等)。1.2表面處理技術(shù)的分類(9)熱噴涂(如火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂等)。(10)堆焊(如手工堆焊、埋弧堆焊、等離子堆焊等)。2表面淬火2.1火焰淬火2.2感應(yīng)淬火2.1火焰淬火.火焰淬火原理.火焰

3、淬火方法及應(yīng)用.火焰淬火原理圖1-1火焰淬火示意圖.火焰淬火方法及應(yīng)用()固定法零件和噴嘴都不動，用火焰噴嘴直接加熱淬火部分，使零件加熱到淬火溫度后立即噴水冷卻(如圖1-2a所示)。圖1-2火焰表面淬火方法示意圖.火焰淬火方法及應(yīng)用()前進(jìn)法火焰噴嘴和冷卻裝置沿零件表面作平行移動，一邊加熱，一邊冷卻。()旋轉(zhuǎn)法用一個(gè)或幾個(gè)固定火焰噴嘴對旋轉(zhuǎn)零件表面進(jìn)行加熱，表面加熱至淬火溫度后進(jìn)行冷卻(如圖5-2c所示)。()聯(lián)合法淬火零件繞其軸線旋轉(zhuǎn)，噴嘴和噴水裝置同時(shí)沿零件軸線移動(如圖 1-2d所示)。2.2感應(yīng)淬火.感應(yīng)淬火原理.常用感應(yīng)淬火方法及應(yīng)用.感應(yīng)淬火原理感應(yīng)淬火是利用感應(yīng)電流通過零件所產(chǎn)生

4、的熱效應(yīng)，使零件表面很快加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻的熱處理方法。感應(yīng)淬火是目前應(yīng)用最廣泛的一種表面淬火。當(dāng)一定頻率的電流通過空心銅管制成的感應(yīng)器時(shí)，在感應(yīng)器的內(nèi)部及周圍便產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，于是，在工件內(nèi)部產(chǎn)生了同頻率的感應(yīng)電流。電流在工件內(nèi)的分布是不均勻的，表面電流密度大，心部電流密度小，通過感應(yīng)器的電流頻率越高，電流就越集中于工件的表面，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。依靠感應(yīng)電流的熱效應(yīng)，可將工件表層迅速加熱到淬火溫度，而此時(shí)心部溫度還很低，淬火介質(zhì)通過感應(yīng)器內(nèi)側(cè)的小孔及時(shí)噴射到工件上，形成淬硬層。感應(yīng)電流頻率越高，電流透入深度越小，工件加熱層越薄，淬硬層越淺。因此，感應(yīng)加熱進(jìn)入工件表層的深度主要

5、取決于電流頻率。.常用感應(yīng)淬火方法及應(yīng)用()工頻感應(yīng)淬火電流頻率為50Hz，可獲得1015mm以上的淬硬層，適用于大直徑的穿透加熱及要求淬硬層深的大工件的表面淬火。()中頻感應(yīng)淬火常用電流頻率為25008000Hz，可獲得36mm深的淬硬層，主要用于要求淬硬層較深的零件，如發(fā)動機(jī)曲軸、凸輪軸、大模數(shù)齒輪、較大尺寸的軸和鋼軌的表面淬火。()高頻感應(yīng)淬火常用電流頻率為200300kHz，可獲得的表面淬硬層深度為0.52mm，主要用于中小模數(shù)齒輪和小軸的表面淬火。.感應(yīng)淬火的特點(diǎn)圖1-3感應(yīng)淬火示意圖1加熱淬火層2水3間隙4工件5加熱感應(yīng)圈6進(jìn)水7出水8淬火噴水套9水.感應(yīng)淬火的特點(diǎn)圖1-4高頻感應(yīng)

6、加熱設(shè)備3表面化學(xué)熱處理技術(shù)(1)分解富有滲入元素的介質(zhì)在一定的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，分解產(chǎn)生具有一定活性的滲入元素原子。(2)吸收分解產(chǎn)生滲入元素的活性原子(初生狀態(tài)原子)被工件表面吸收(溶解)，這一過程的進(jìn)行必須具備下列兩個(gè)條件：有滲入元素的活性原子存在，滲入元素呈分子狀態(tài)存在時(shí)，不能被工件吸收；滲入元素能滲入工件中形成固溶體或金屬化合物。(3)擴(kuò)散被工件表面吸收的滲入元素原子，由表面向內(nèi)部移動，并達(dá)到一定的濃度和深度。(1) 強(qiáng)化工件表面提高工件表層的力學(xué)性能，如表層硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度等。3表面化學(xué)熱處理技術(shù)(2) 保護(hù)工件表面改善工件表層的物理、化學(xué)性能，如耐高溫及耐蝕性等。3.1滲

7、碳技術(shù)3.2滲氮技術(shù)3.3碳氮共滲技術(shù)3.4滲硼技術(shù)3.1滲碳技術(shù)()固體滲碳固體滲碳是將工件置于填滿木炭(90%)和碳酸鋇(BaCO3)(10%)的固體滲碳箱內(nèi)進(jìn)行的，如圖5-5所示。()氣體滲碳?xì)怏w滲碳是指零件在氣體滲碳劑中進(jìn)行滲碳的工藝。3.1滲碳技術(shù)圖5-5固體滲碳箱1滲碳劑2工件3箱體46mm鐵板4泥封5試棒?10mm6蓋：鐵板厚68mm()氣體滲碳?xì)怏w滲碳是指零件在氣體滲碳劑中進(jìn)行滲碳的工藝。圖5-6井式氣體滲碳爐1風(fēng)扇電動機(jī)2廢氣火焰3爐蓋4砂封5電阻絲6耐熱罐7工件8爐體()氣體滲碳?xì)怏w滲碳是指零件在氣體滲碳劑中進(jìn)行滲碳的工藝。圖5-7氣體滲碳典型工藝曲線()氣體滲碳?xì)怏w滲碳是

8、指零件在氣體滲碳劑中進(jìn)行滲碳的工藝。1)排氣階段零件在裝爐時(shí)使?fàn)t溫下降，同時(shí)帶入大量空氣。 2)強(qiáng)滲階段到溫后保溫約30min，排氣階段結(jié)束即關(guān)閉排氣孔，進(jìn)入強(qiáng)滲階段。3)擴(kuò)散階段進(jìn)入擴(kuò)散階段應(yīng)減少煤油滴量，使表面高濃度的碳向心部擴(kuò)散，同時(shí)滴入少量甲醇，最終達(dá)到規(guī)定的滲層深度和合適的碳濃度分布。4)降溫階段提前0.51h檢查試棒，當(dāng)滲層深度達(dá)到規(guī)定要求時(shí)間時(shí)即可降溫出爐。3.2滲氮技術(shù).氣體滲氮.離子滲氮.氣體滲氮圖5-8氣體滲氮裝置示意圖1氨氣分解率測定器2冒泡瓶3、9U形氣壓計(jì)4安置架5緩沖箱6箱式電阻爐7滲氮箱8熱電偶10干燥箱11氨氣瓶.離子滲氮圖5-9離子滲氮裝置1溫度表2熱電偶3接

9、真空系統(tǒng)4閥5絕緣體6工件7觀察窗8、13開關(guān)9閥10電源11氣源12溫度控制器3.3碳氮共滲技術(shù)(1)滲層性能好碳氮共滲與滲碳相比，其滲層硬度差別不大，但其耐磨性、耐蝕性及疲勞強(qiáng)度比滲碳層高。(2)滲入速度快在碳氮共滲的情況下，由于碳氮原子能互相促進(jìn)滲入過程，所以在相同溫度下，共滲速度比滲碳和滲氮都快，僅是滲氮時(shí)間的1/31/4。(3)工件變形小由于氮的滲入提高了共滲層奧氏體的穩(wěn)定性，故使?jié)B層的淬透性得到提高，這樣不僅可以用較緩慢的淬火介質(zhì)進(jìn)行淬火而減少變形，而且可以用較便宜的碳素鋼來代替合金鋼制造某些工模具。(4)不受鋼種的限制3.4滲硼技術(shù)(1)硬度與耐磨性鋼鐵滲硼后表面具有極高的硬度，

10、顯微硬度可達(dá)12902300HV，所以具有很高的耐磨性。(2)高溫抗氧化性及熱硬性鋼鐵滲硼后所形成的鐵硼化合物(FeB、Fe2B)是一種十分穩(wěn)定的金屬化合物，它具有良好的高溫抗氧化性和熱硬性，經(jīng)滲硼處理的模具一般可在600以下可靠地工作。(3)耐蝕性滲硼層在酸(除硝酸外)、堿和鹽的溶液中都具有較高的耐蝕性，特別是在鹽酸、硫酸和磷酸中具有很高的耐蝕性。(4)滲硼層的脆性滲硼層的硬度高，脆性較大。4化學(xué)氧化與磷化處理4.1化學(xué)氧化處理4.2磷化處理4.1化學(xué)氧化處理1.氧化處理工藝2.發(fā)藍(lán)處理后的質(zhì)量檢查3.氧化處理設(shè)備4.氧化處理的應(yīng)用1.氧化處理工藝()高溫氧化工藝流程堿性化學(xué)脫脂熱水洗酸洗冷

11、水洗兩次氧化處理回收溫水洗冷水洗浸3%5%肥皂水(皂化)或3%5%鉻酸鉀溶液(鈍化)干燥浸油。()常溫氧化工藝流程化學(xué)脫脂熱水洗冷水洗除銹酸洗冷水洗中和處水洗常溫氧化水洗肥皂水處理干燥浸熱油水洗熱水燙干浸清漆封閉。2.發(fā)藍(lán)處理后的質(zhì)量檢查()外觀觀察法將工件放在熒光燈下，離肉眼300mm，觀察其表面，若顏色均勻一致，無明顯花斑與銹跡存在，則為良好。()氧化膜疏松的測定在脫脂后的工件上滴上數(shù)滴3%的中性硫酸銅，若在30s內(nèi)不顯示銅色即為合格。3.氧化處理設(shè)備()酸洗槽應(yīng)采用玻璃鋼耐酸缸，耐酸塑料桶、耐酸搪瓷缸等。()氧化槽應(yīng)保證一定的氧化速度所具有的功率。()其他輔助設(shè)備清洗槽、皂化槽、熱油槽等

12、都無一定技術(shù)規(guī)定，按需選用即可。4.氧化處理的應(yīng)用氧化處理適用于碳素鋼和低合金鋼，廣泛應(yīng)用于機(jī)械零件、儀器儀表、槍械等的精密零件及不能以其他覆層替代的防護(hù)裝飾性工件。在不影響精密度及力學(xué)性能的前提下，它能使工件增加美觀和防銹等，但在使用過程中應(yīng)定期擦油。由于操作不同及金屬本身的化學(xué)成分不同，獲得的氧化膜顏色也不同，有藍(lán)黑色、黑色、紅棕色等，碳素鋼及一般合金鋼為黑色；鉻硅鋼為紅棕色到黑棕色；高速鋼是黑褐色；鑄鐵為紫褐色。4.2磷化處理.磷化工藝的基本原理.磷化工藝分類及應(yīng)用特點(diǎn).磷化工藝的基本原理()利用酸的浸蝕使基體金屬表面H+濃度降低()促進(jìn)劑(氧化劑)加速()磷酸根的多級離解()磷酸鹽沉淀

13、結(jié)晶成為磷化膜.磷化工藝分類及應(yīng)用特點(diǎn)()防銹磷化工藝磷化工藝的早期應(yīng)用是防銹，鋼鐵件經(jīng)磷化處理形成一層磷化膜，起到防銹作用。()耐磨減摩潤滑磷化工藝對于發(fā)動機(jī)活塞環(huán)、齒輪、制冷壓縮機(jī)一類工件，它不僅承受一次載荷，而且還有運(yùn)動摩擦，要求工件能減摩、耐磨。()漆前磷化工藝涂裝底漆前的磷化處理，將提高漆膜與基體金屬的附著力，提高整個(gè)涂層系統(tǒng)的耐腐蝕能力，提供工序間保護(hù)以免形成二次生銹。()高溫磷化鋼鐵零件的高溫磷化是在9098溫度下處理1030min。()中溫磷化鋼鐵零件中溫磷化，是在5070溫度下處理1015min。.磷化工藝分類及應(yīng)用特點(diǎn)()常(低)溫磷化鋼鐵零件常溫磷化，是指不加熱，在自然室

14、溫條件下的磷化，正常為1035。(1)浸漬磷化適用于高、中、低溫磷化。(2)噴淋磷化適用于中、低溫磷化工藝，可處理大面積工件，如汽車、冰箱、洗衣機(jī)殼體。(3)刷涂磷化上述兩種方法無法實(shí)施時(shí)，采用本法。5電鍍技術(shù)5.1普通電鍍5.2電刷鍍5.1普通電鍍. .電鍍原理電鍍原理. .鍍鉻鍍鉻. .鍍鋅鍍鋅4. 4. 鍍錫鍍錫5. 5. 鍍鎳鍍鎳6. 6. 鍍銅鍍銅.電鍍原理圖5-10電鍍鋅裝置示意圖.鍍鉻()鍍前準(zhǔn)備包括鍍前機(jī)械加工以提高工件表面質(zhì)量；絕緣處理，即在工件不需鍍鉻表面，先刷絕緣清漆，再包塑料膠帶。()吊入鍍槽進(jìn)行電鍍。()鍍后加工與處理，鍍后檢查，不合格處用酸洗或反極退鍍，重新電鍍。.

15、鍍鋅鋅鍍層大多鍍覆于鋼鐵制品的表面，經(jīng)鈍化后，在空氣中幾乎不發(fā)生變化，有很好的防銹功能。這是因?yàn)殁g化膜緊密細(xì)致及鋅鍍層表面生成的堿式碳酸鹽薄膜保護(hù)了下面的金屬不再受腐蝕的緣故。另一方面，由于鋅有較高的負(fù)電位，比鐵的電位高，因此，形成鐵鋅原電池時(shí)，鋅鍍層是陽極，它會自身溶解而保護(hù)鋼鐵基體，即使表面鋅鍍層不也能起到這個(gè)作用。鋅鍍層對鐵基體既有物理保護(hù)作用，又有電化學(xué)保護(hù)作用，所以，耐蝕性能相當(dāng)優(yōu)良。鋅鍍層鈍化后，通常視所用鈍化液不同而得到彩虹色鈍化膜或白色鈍化膜。彩虹色鈍化膜的耐蝕性比無色鈍化膜高5倍以上，這是因?yàn)椴屎缟g化膜比白色鈍化膜厚。另一方面，彩虹色鈍化膜表面被劃傷后，表面能自行再鈍化，使鈍化膜恢復(fù)完整，因此鍍鋅多采用彩虹色鈍化。白色鈍化膜外觀潔白，多用于日用五金、建筑五金等要求有均勻白色表面的制品。此外，還有黑色鈍化、軍綠色鈍化等，在工業(yè)上也有應(yīng)用。鍍鋅具有成本低，耐蝕性好、美觀和耐儲存等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但鋅鍍層硬度低，又對人體有害，所以不能在食品工業(yè)上使用。4.鍍錫 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