耐磨涂層的制備與加工.

1、材料0802：高昊李聰、張鑫洲、 張志超、李樹強(qiáng)、陳淵、陳曦、張國琎、劉鑫、徐然 什什么么是涂是涂層層？ 涂層可定義為用物理的、化學(xué)的、或者其他方法，在金屬或非金屬基體表面形成的涂層可定義為用物理的、化學(xué)的、或者其他方法，在金屬或非金屬基體表面形成的一層有一定厚度、不同于基體材料且有一定的強(qiáng)化、防護(hù)或特殊功能的覆蓋層。一層有一定厚度、不同于基體材料且有一定的強(qiáng)化、防護(hù)或特殊功能的覆蓋層。涂涂層層材料有材料有哪哪些？些？ 1.1. 金屬涂層：如銅、鎳、鉻、銀等；金屬涂層：如銅、鎳、鉻、銀等；2.2. 非金屬涂層：油漆、樹脂等高分子，各種無機(jī)非金屬材料，如硅酸鹽及有色礦物；非金屬涂層：油漆、樹脂等

2、高分子，各種無機(jī)非金屬材料，如硅酸鹽及有色礦物；3.3. 復(fù)合材料涂層：如熱噴涂鋁層加封閉材料所形成的復(fù)合防腐涂層。復(fù)合材料涂層：如熱噴涂鋁層加封閉材料所形成的復(fù)合防腐涂層。涂涂層應(yīng)該怎么層應(yīng)該怎么分分類類？ 按涂層材料：金屬涂層、非金屬涂層、復(fù)合材料；按涂層材料：金屬涂層、非金屬涂層、復(fù)合材料； 按涂層制備方法：電鍍層、氧化層、化學(xué)轉(zhuǎn)換層、熱浸鍍層、熱噴涂層按涂層制備方法：電鍍層、氧化層、化學(xué)轉(zhuǎn)換層、熱浸鍍層、熱噴涂層 按涂層功能：防腐、按涂層功能：防腐、耐磨耐磨及特殊涂層。及特殊涂層。功能涂層舉例電鍍層熱噴涂層激光表面處理涂層堆焊層物理氣相沉積（PVD）化學(xué)氣相沉積（CVD）固體潤滑涂層電

3、鍍熱噴涂Ni基合金、Al2O3等激光相變硬化層，熔凝及涂敷堆焊耐磨合金離子鍍TiN、TiC、Ti（CN）鍍TiC、TiNMoS2復(fù)合涂層Ni-W:主要性能如下主要性能如下: 1. 1.涂層硬度高、結(jié)構(gòu)致密、孔隙率低、耐磨性好；涂層硬度高、結(jié)構(gòu)致密、孔隙率低、耐磨性好； 2. 2. Ni-W合金涂層應(yīng)力較大，當(dāng)涂層厚度大于合金涂層應(yīng)力較大，當(dāng)涂層厚度大于0.03mm時(shí)，易產(chǎn)生裂紋。時(shí)，易產(chǎn)生裂紋。Ni-W“D” 涂層應(yīng)力較小，涂層厚度可達(dá)涂層應(yīng)力較小，涂層厚度可達(dá)0.2mm。 工藝操作工藝操作: 如圖所示，電極負(fù)極接工件，正極接鍍筆，鍍筆上不溶性陽極用棉花，如圖所示，電極負(fù)極接工件，正極接鍍筆，

4、鍍筆上不溶性陽極用棉花，海綿或者泡沫塑料包好，蘸上電鍍液直接與工件接觸時(shí)即可刷鍍。刷鍍時(shí)鍍海綿或者泡沫塑料包好，蘸上電鍍液直接與工件接觸時(shí)即可刷鍍。刷鍍時(shí)鍍筆需沿工件表面運(yùn)動(dòng)，沉積層很薄，鍍液中金屬離子濃度很高，使用的電流筆需沿工件表面運(yùn)動(dòng)，沉積層很薄，鍍液中金屬離子濃度很高，使用的電流密度比槽鍍要大很多倍。密度比槽鍍要大很多倍。Ni-P-Co: 涂層性能涂層性能: 電刷鍍電刷鍍Ni-P-Co涂層為非晶態(tài)鍍層。這種鍍涂層為非晶態(tài)鍍層。這種鍍層在常溫和較高溫度下均具有較高的硬度和耐磨層在常溫和較高溫度下均具有較高的硬度和耐磨性。特別是這種鍍層在不同熱處理溫度下，其耐性。特別是這種鍍層在不同熱處理

5、溫度下，其耐磨性與顯微硬度基本上呈線性關(guān)系，即隨鍍層顯磨性與顯微硬度基本上呈線性關(guān)系，即隨鍍層顯微硬度增加，鍍層耐磨性也提高。微硬度增加，鍍層耐磨性也提高。涂層制備涂層制備: 以低濃度加入含鈮添加劑的以低濃度加入含鈮添加劑的Co-Ni-P系列合系列合金鍍液中，常溫下應(yīng)用刷鍍方法，即可制得金鍍液中，常溫下應(yīng)用刷鍍方法，即可制得Ni-P-Co非合金鍍層。非合金鍍層。涂層性能：涂層性能： 用低碳馬氏體打底耐磨型熱噴涂用金屬粉芯絲。以火焰噴涂或電弧噴涂方式制備的用低碳馬氏體打底耐磨型熱噴涂用金屬粉芯絲。以火焰噴涂或電弧噴涂方式制備的耐磨涂層。耐磨涂層。 涂層制備涂層制備: 用火焰噴涂法或電弧噴涂制備涂

6、層。用火焰噴涂法或電弧噴涂制備涂層。 涂層特點(diǎn)及應(yīng)用涂層特點(diǎn)及應(yīng)用 （1）涂層因結(jié)合強(qiáng)度高，表面粗糙，因此可做為打底。它可取代鎳包鋁、鋁青銅等）涂層因結(jié)合強(qiáng)度高，表面粗糙，因此可做為打底。它可取代鎳包鋁、鋁青銅等打底材料，被認(rèn)為是優(yōu)良涂層。打底材料，被認(rèn)為是優(yōu)良涂層。 （2）涂層硬度適中，可用于軋輥、風(fēng)機(jī)葉片、汽車曲軸、曲輪軸等各種中等磨損件）涂層硬度適中，可用于軋輥、風(fēng)機(jī)葉片、汽車曲軸、曲輪軸等各種中等磨損件的表面修復(fù)。的表面修復(fù)。 （3）對于不承受很大沖擊載荷的磨損工件，由于這種粉芯絲材經(jīng)簡單除銹，不噴砂）對于不承受很大沖擊載荷的磨損工件，由于這種粉芯絲材經(jīng)簡單除銹，不噴砂即可獲得一定結(jié)合

7、強(qiáng)度的涂層，因此，可用于進(jìn)行修復(fù)或者耐磨性處理。不僅改善工作即可獲得一定結(jié)合強(qiáng)度的涂層，因此，可用于進(jìn)行修復(fù)或者耐磨性處理。不僅改善工作環(huán)境，還可以節(jié)約成本。環(huán)境，還可以節(jié)約成本。涂層性能：涂層性能： 用馬氏體不銹鋼耐磨耐腐蝕型熱噴涂用金屬粉芯絲，以火焰或電弧噴涂用馬氏體不銹鋼耐磨耐腐蝕型熱噴涂用金屬粉芯絲，以火焰或電弧噴涂方法所制備的涂層，其結(jié)構(gòu)致密，與基體結(jié)合強(qiáng)度好，涂層硬度較高，封孔方法所制備的涂層，其結(jié)構(gòu)致密，與基體結(jié)合強(qiáng)度好，涂層硬度較高，封孔后有良好的耐鹽水及耐氣體耐腐蝕性。后有良好的耐鹽水及耐氣體耐腐蝕性。 涂層制備：涂層制備： 用火焰噴涂或電弧噴涂方法可制備馬氏體不銹鋼粉芯絲耐

8、磨涂層。用火焰噴涂或電弧噴涂方法可制備馬氏體不銹鋼粉芯絲耐磨涂層。 涂層主要化學(xué)成分：涂層主要化學(xué)成分：元素CSiMnCrFe含量/wt%0.65-0.750.600.8017-19余量.什么是耐磨復(fù)合電鍍層？ 在電解質(zhì)溶液中用電化學(xué)或者化學(xué)方法，使金屬與不溶性非金屬固體微粒或者其他非金屬固體微?；蛘咂渌饘傥⒘９餐练e在金屬表面而得到的涂層，稱為復(fù)合電鍍涂層。符合鍍層只有基質(zhì)金屬和固體微粒兩相。若基質(zhì)金屬是鎳、鎳合金或鈷、鉻、分散相為硬固體顆粒如SiC、WC、等，則所獲得的復(fù)合電鍍層具有高耐磨性，稱之為耐磨復(fù)合電鍍層。耐磨復(fù)合電鍍層分為Ni基耐磨復(fù)合電鍍層，F(xiàn)e基耐磨復(fù)合電鍍層，Cr基耐磨復(fù)

9、合電鍍層，Co基耐磨復(fù)合電鍍層。耐磨復(fù)合電鍍層由于優(yōu)良的耐磨性能，被廣泛用于工件表面耐摩擦磨損和耐磨粒磨損處理中。 2. 耐磨復(fù)合電鍍層的分類： Ni基耐磨復(fù)合電鍍層 Fe基耐磨復(fù)合電鍍層 Cr基耐磨復(fù)合電鍍層 Co基耐磨復(fù)合電鍍層NiNi基復(fù)合電鍍槽液的組成及工藝條件基復(fù)合電鍍槽液的組成及工藝條件: :Fe基耐磨復(fù)合鍍層基耐磨復(fù)合鍍層 鍍液成分及工藝條件如下：鍍液成分及工藝條件如下： FeCl24H2O 40g/L; Al2O3 20g/L;PH值是值是1.0-1.4.陰極電流密度陰極電流密度10-24A/dm2 連續(xù)機(jī)械攪連續(xù)機(jī)械攪拌。拌。離子鍍是物理氣相沉積的一種，它是在真空條件下，利用

10、各種氣體放電技離子鍍是物理氣相沉積的一種，它是在真空條件下，利用各種氣體放電技術(shù)，將蒸汽原子部分電離成離子，同時(shí)產(chǎn)生大量高能中性粒子沉積于工作表術(shù)，將蒸汽原子部分電離成離子，同時(shí)產(chǎn)生大量高能中性粒子沉積于工作表面形成涂層的方法面形成涂層的方法 離子鍍特點(diǎn)：離子鍍特點(diǎn)： （1）鍍層與基體附著力強(qiáng)，不易脫落；）鍍層與基體附著力強(qiáng)，不易脫落； （2）繞射性好，鍍層厚層均勻；）繞射性好，鍍層厚層均勻； （3）鍍層致密，針孔氣泡少；）鍍層致密，針孔氣泡少； （4）可鍍材質(zhì)廣，用料省，無污染）可鍍材質(zhì)廣，用料省，無污染 （5）鍍層因氬離子轟擊，氬離子含量增加，產(chǎn)生擇優(yōu)濺射，另膜成分改變）鍍層因氬離子轟擊，

11、氬離子含量增加，產(chǎn)生擇優(yōu)濺射，另膜成分改變。這是其缺點(diǎn)。這是其缺點(diǎn)。 離子鍍膜的基本工藝：離子鍍膜的基本工藝： 工件工件-前處理前處理-裝件裝件-抽真空抽真空-烘烤烘烤-離子轟擊離子轟擊-離子趁機(jī)離子趁機(jī)-冷卻冷卻-取件取件-成品成品1.噴熔原理：噴熔原理： 采用火焰噴涂自熔性使合金熔融隨后在火焰的加熱下使涂層熔融在金屬采用火焰噴涂自熔性使合金熔融隨后在火焰的加熱下使涂層熔融在金屬基材表面獲得熔焊層的熱噴涂方法?；谋砻娅@得熔焊層的熱噴涂方法。 2. 噴熔工藝：噴熔工藝： 氧乙炔噴焊按工藝的不同分為一步法和二步法氧乙炔噴焊按工藝的不同分為一步法和二步法:一步法即邊噴邊熔一步法即邊噴邊熔;二步法

12、二步法是先噴后熔是先噴后熔. 3.噴熔層優(yōu)缺點(diǎn)：噴熔層優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：噴涂層特點(diǎn)是平整、有氣孔；優(yōu)點(diǎn)：噴涂層特點(diǎn)是平整、有氣孔； 缺點(diǎn)：重熔時(shí)工件熱輸入大、易變性。其次是要求母材熔點(diǎn)高于自熔合缺點(diǎn)：重熔時(shí)工件熱輸入大、易變性。其次是要求母材熔點(diǎn)高于自熔合金，應(yīng)用金，應(yīng)用 受到限制。受到限制。1.什么是激光表面涂敷？什么是激光表面涂敷？ 將某種材料、如粉、線或帶，以激光熔結(jié)在基材表面，從而形成特殊的將某種材料、如粉、線或帶，以激光熔結(jié)在基材表面，從而形成特殊的功能層。這種工藝稱激光表面涂敷?？梢哉J(rèn)為，激光涂敷實(shí)質(zhì)為激光噴熔。功能層。這種工藝稱激光表面涂敷?？梢哉J(rèn)為，激光涂敷實(shí)質(zhì)為激光噴熔。 2.

13、激光涂敷特點(diǎn)：激光涂敷特點(diǎn)： 基材熔深小，涂層稀釋度小?；娜凵钚?，涂層稀釋度小。 3.涂層涂敷過程：涂層涂敷過程： 由送粉器輸送粉、經(jīng)激光加熱到熔融態(tài)，進(jìn)入激光熔池。隨基體運(yùn)動(dòng)及粉由送粉器輸送粉、經(jīng)激光加熱到熔融態(tài)，進(jìn)入激光熔池。隨基體運(yùn)動(dòng)及粉末不斷送給實(shí)現(xiàn)涂敷。如圖：末不斷送給實(shí)現(xiàn)涂敷。如圖： 1.原理：原理： 如圖所示，熱源為等離子焰流。由電弧放電產(chǎn)生的電弧等離子體溫度可達(dá)如圖所示，熱源為等離子焰流。由電弧放電產(chǎn)生的電弧等離子體溫度可達(dá)20000K，加熱噴涂材料到熔融或高塑性狀態(tài)，并在高速等離子焰流載引下，高速撞擊工件表面，加熱噴涂材料到熔融或高塑性狀態(tài)，并在高速等離子焰流載引下，高速撞

14、擊工件表面形成涂層，此處工件不帶電。這種涂層制備工藝稱為等離子噴涂。形成涂層，此處工件不帶電。這種涂層制備工藝稱為等離子噴涂。 2.等離子噴涂特點(diǎn)等離子噴涂特點(diǎn): 溫度高、可噴材料范圍廣溫度高、可噴材料范圍廣; 工件不帶電、基體材料范圍廣工件不帶電、基體材料范圍廣; 基體受熱損傷小、涂層質(zhì)量高基體受熱損傷小、涂層質(zhì)量高; 缺點(diǎn)缺點(diǎn):首先，等離子噴涂設(shè)備投資大、成本擔(dān)較高；其次是小孔徑孔內(nèi)表面難以噴涂首先，等離子噴涂設(shè)備投資大、成本擔(dān)較高；其次是小孔徑孔內(nèi)表面難以噴涂;第三是高速等離子焰流產(chǎn)生的劇烈噪聲、強(qiáng)光輻射、有害氣體、金屬蒸汽粉塵等對人體第三是高速等離子焰流產(chǎn)生的劇烈噪聲、強(qiáng)光輻射、有害氣

15、體、金屬蒸汽粉塵等對人體有害，需采取防護(hù)措施。有害，需采取防護(hù)措施。 3.應(yīng)用應(yīng)用 主要應(yīng)用于耐腐蝕、抗氧化及絕熱涂層。目前已開始應(yīng)用于其他領(lǐng)域主要應(yīng)用于耐腐蝕、抗氧化及絕熱涂層。目前已開始應(yīng)用于其他領(lǐng)域1.什么是鑄滲復(fù)合耐磨涂層什么是鑄滲復(fù)合耐磨涂層? 先在鑄型型腔壁上涂敷，貼固一定粒度的合金粉末膏劑，然后將熔融金屬倒入液態(tài)先在鑄型型腔壁上涂敷，貼固一定粒度的合金粉末膏劑，然后將熔融金屬倒入液態(tài)金屬浸透膏劑的毛細(xì)孔隙中，靠液態(tài)金屬的熱量，令膏劑熔融并與鑄件基體表面熔合為金屬浸透膏劑的毛細(xì)孔隙中，靠液態(tài)金屬的熱量，令膏劑熔融并與鑄件基體表面熔合為一體。由于界面處擴(kuò)散滲透，在鑄件表面上形成有一定

16、厚度且與基體組織、成分、性能一體。由于界面處擴(kuò)散滲透，在鑄件表面上形成有一定厚度且與基體組織、成分、性能截然不同的合金耐磨覆蓋層，此即鑄滲復(fù)合耐磨涂層。截然不同的合金耐磨覆蓋層，此即鑄滲復(fù)合耐磨涂層。 鑄滲法在砂型鑄造、精密鑄造和壓力鑄造中均可應(yīng)用?；w材料可為各種鑄鋼及鑄鑄滲法在砂型鑄造、精密鑄造和壓力鑄造中均可應(yīng)用?；w材料可為各種鑄鋼及鑄鐵。鐵。2.鑄滲膏劑鑄滲膏劑 鑄滲膏劑由合金粉末加粘結(jié)劑和熔劑組成。鑄滲膏劑由合金粉末加粘結(jié)劑和熔劑組成。3.鑄滲涂層的制備工藝鑄滲涂層的制備工藝a) 造型b) 膏劑粘貼厚度c) 組芯烘烤d) 澆鑄溫度硬質(zhì)合金表面涂層硬質(zhì)合金表面涂層為進(jìn)一步提高硬質(zhì)合金刀具的耐磨性，發(fā)展了表面涂層硬質(zhì)合金。所謂涂層硬質(zhì)為進(jìn)一步提高硬質(zhì)合金刀具的耐磨性，發(fā)展了表面涂層硬質(zhì)合金。所謂涂層硬質(zhì)合金就是在硬質(zhì)合金表面上涂覆一層硬度和耐磨性都很高的物質(zhì)。如合金就是在硬質(zhì)合金表面上涂覆一層硬度和耐磨性都很高的物質(zhì)。如TiC、TiN等。涂等。涂層厚度為層厚度為5-12m。如此獲得的材料特性是：基體強(qiáng)韌、表面硬而且耐磨性強(qiáng)。如此獲得的材料特性是：基體強(qiáng)韌、表面硬而且耐磨性強(qiáng)。l涂層硬質(zhì)合金的特點(diǎn)及應(yīng)用涂層硬質(zhì)合金的特點(diǎn)及應(yīng)用: 涂層硬質(zhì)合金主要應(yīng)用于刀具。其特點(diǎn)如下：涂層硬質(zhì)合金主要應(yīng)用于刀具。其特點(diǎn)如下： (1)涂層可有效提高硬質(zhì)合金的耐磨性，減小工件和刀具表