材料表面改性與涂層技術(shù)

1、材料表面改性技術(shù)與涂層技術(shù)課程測(cè)試作業(yè)姓名：劉志勇學(xué)號(hào)：103111002第一部分各種表面工程技術(shù)原理、特點(diǎn)及應(yīng)用比較常見(jiàn)的表面工程技術(shù)主要有離子注入、激光表面處理、高溫?cái)U(kuò)散滲入、 化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、電鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、熱浸鍍、熱噴涂、 噴焊等。下面我主要就以上表面工程技術(shù)進(jìn)行分開(kāi)論述，并對(duì)其加以比較。一、離子注入真空中的一束離子束高速射向另一塊固體材料時(shí)，離子束會(huì)把固體材料 的原子或分子撞出固體材料表面，這個(gè)現(xiàn)象叫做濺射；而當(dāng)離子束射到固體材料時(shí)，從固體材料表面彈了回來(lái)，或者穿出固體材料而去，這些現(xiàn)象 叫做散射；另外有一種現(xiàn)象是，離子束射到固體材料以后，受到固體材料 的抵抗而速度慢

2、慢減低下來(lái)，并最終停留在固體材料中，這一現(xiàn)象就叫做 離子注入。離子注入技術(shù)又是近30年來(lái)在國(guó)際上蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用的一種材料表 面改性高 新技術(shù)。其基本原理是：用能量為 100keV量級(jí)的離子束入射到 材料中去，離子束與材料中的原子或分子將發(fā)生一系列物理的和化學(xué)的相 互作用，入射離子逐漸損失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成 分、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而優(yōu)化材料表面性能，或獲得某些新的優(yōu)異 性能。此項(xiàng)高新技術(shù)由于其獨(dú)特而突出的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在半導(dǎo)體材料摻雜， 金屬、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上獲得了極為廣泛的應(yīng)用，取得 了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。二、激光表面處理技術(shù)激光表面處理技術(shù)是融

3、合了現(xiàn)代物理學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)、材料科學(xué)、先 進(jìn)制造技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)的高新技術(shù)，包括激光表面改性技術(shù)、激光表面 修復(fù)技術(shù)、激光熔覆技術(shù)、激光產(chǎn)品化技術(shù)等，能使低等級(jí)材料實(shí)現(xiàn)高性 能表層改性，達(dá)到零件低成本與工作表面高性能的最佳組合，為解決整體 強(qiáng)化和其它表面強(qiáng)化手段難以克服的矛盾帶來(lái)了可能性，對(duì)重要構(gòu)件材質(zhì) 與性能的選擇匹配、設(shè)計(jì)、制造產(chǎn)生重要的有利影響，甚至可能導(dǎo)致設(shè)計(jì) 和制造工藝的某些根本性變革。在零件表面形成細(xì)小均勻、層深可控、含有多種介穩(wěn)相和金屬間化合物 的高質(zhì)量表面強(qiáng)化層，大幅度提高表面硬度、耐磨性、耐蝕性和抗疲勞的 能力以及制備特殊的功能表層。強(qiáng)化層與零件本體形成最佳冶金結(jié)合，解 決

4、許多傳統(tǒng)表面強(qiáng)化技術(shù)難以解決的技術(shù)關(guān)鍵。依靠零件本體熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)急冷，無(wú)需冷卻介質(zhì)，而實(shí)現(xiàn)相變硬化和熔凝硬化。與各種傳統(tǒng)熱處理技術(shù)相比具有最小的變形，可以用處理工藝來(lái)控制變形量?？蛇M(jìn)行靈活的局部強(qiáng)化，根據(jù)需要，可處理零件的特定部位以及其它方法難以處理的部位。 一般無(wú)需真空條件，即使在進(jìn)行特殊的合金化處理時(shí)，也只需吹保護(hù)性氣 體即可有效防止氧化及元素?zé)龘p。配有計(jì)算機(jī)控制的多維運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的現(xiàn) 代大功率激光器，特別適用于生產(chǎn)率很高的機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效 率高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、成本低，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益好。激光表面處理通過(guò)使用激光束進(jìn)行加熱，使工件表面迅速熔化一定 深度的薄層，同時(shí)采用真空蒸鍍、

5、電鍍、離子注入等方法把合金元素涂覆 于工件表面，在激光照射下使其與基體金屬充分融合，冷凝后在模具表面 獲得厚度為101000 m具有特殊性能的合金層，冷卻速度相當(dāng)于激冷淬 火。如在H13鋼表面采用激光快速熔融工藝進(jìn)行處理，熔區(qū)具有較高的硬 度和良好的熱穩(wěn)定性，抗塑性變形能力高，對(duì)疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展有明 顯的抑制作用。最近，薩哈和達(dá)霍特若采用在 H13基材上進(jìn)行激光熔覆VC 層的方法，研究表明，獲得的模具表面實(shí)質(zhì)是連續(xù)、致密無(wú)孔的VC鋼復(fù)合覆層，它不僅有很強(qiáng)的在600C下的氧化抗力，而且有很強(qiáng)的抗熔融金屬還 原的能力，電火花沉積金屬陶瓷工藝在表面改性技術(shù)的不斷發(fā)展中，出現(xiàn) 了一種電火花沉積工藝

6、。該工藝在電場(chǎng)作用下，在母材表面產(chǎn)生瞬間高溫、 高壓區(qū)，同時(shí)滲入離子態(tài)的金屬陶瓷材料，形成表面的冶金結(jié)合，而母材 表面也同時(shí)發(fā)生瞬間相變，形成馬氏體和微細(xì)奧氏體組織。這種工藝不同 于焊接，也不同于噴鍍或者元素滲入，應(yīng)該是介于兩者之間的一種工藝。 它很好地利用了金屬陶瓷材料的高耐磨、耐高溫、耐腐蝕的特性，而且工藝簡(jiǎn)單，成本較低廉。是壓鑄模具表面處理的一條新路。三、電鍍電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金 的過(guò)程，是利用電解作用使金屬或其它材料制件的表面附著一層金屬膜的 工藝從而起到防止腐蝕，提高耐磨性、導(dǎo)電性、反光性及增進(jìn)美觀等作用。 電鍍時(shí)，鍍層金屬或其他不溶性材料做陽(yáng)

7、極，待鍍的金屬制品做陰極，鍍 層金屬的陽(yáng)離子在金屬表面被還原形成鍍層。為排除其它陽(yáng)離子的干擾， 且使鍍層均勻、牢固，需用含鍍層金屬陽(yáng)離子的溶液做電鍍液，以保持鍍 層金屬陽(yáng)離子的濃度不變。電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層，改變基 材表面性質(zhì)或尺寸.電鍍能增強(qiáng)金屬的抗腐蝕性（鍍層金屬多采用耐腐蝕的 金屬）、增加硬度、防止磨耗、提高導(dǎo)電性、潤(rùn)滑性、耐熱性、和表面美觀。利用電解作用在機(jī)械制品上沉積出附著良好的、但性能和基體材料不同 的金屬覆層的技術(shù)。電鍍層比熱浸層均勻，一般都較薄，從幾個(gè)微米到幾十微米不等。通過(guò)電鍍，可以在機(jī)械制品上獲得裝飾保護(hù)性和各種功能性 的表面層，還可以修復(fù)磨損和加工失誤的工件。

8、鍍層大多是單一金屬或合 金，如鈦靶、鋅、鎘、金或黃銅、青銅等；也有彌散層，如鎳 -碳化硅、鎳 -氟化石墨等；還有覆合層，如鋼上的銅-鎳-銘層、鋼上的銀-銦層等。電鍍 的基體材料除鐵基的鑄鐵、鋼和不銹鋼外，還有非鐵金屬，如ABS塑料、聚 丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料電鍍前，必須經(jīng)過(guò)特殊的活化和敏化處理。在盛有電鍍液的鍍槽中，經(jīng)過(guò)清理和特殊預(yù)處理的待鍍件作為陰極，用 鍍覆金屬制成陽(yáng)極，兩極分別與直流電源的負(fù)極和正極聯(lián)接。電鍍液由含 有鍍覆金屬的化合物、導(dǎo)電的鹽類、緩沖劑、pH調(diào)節(jié)劑和添加劑等的水溶液組成。通電后，電鍍液中的金屬離子，在電位差的作用下移動(dòng)到陰極上 形成鍍層。陽(yáng)極的金屬形成金屬離子進(jìn)入

9、電鍍液，以保持被鍍覆的金屬離 子的濃度。在有些情況下，如鍍銘，是采用鉛、鉛銻合金制成的不溶性陽(yáng) 極，它只起傳遞電子、導(dǎo)通電流的作用。電解液中的銘離子濃度，需依靠 定期地向鍍液中加入鉻化合物來(lái)維持。電鍍時(shí)，陽(yáng)極材料的質(zhì)量、電鍍液 的成分、溫度、電流密度、通電時(shí)間、攪拌強(qiáng)度、析出的雜質(zhì)、電源波形等都會(huì)影響鍍層的質(zhì)量，需要適時(shí)進(jìn)行控制。四、化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉 積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。它本質(zhì)上屬于 原子范疇的氣態(tài)傳質(zhì)過(guò)程。與之相對(duì)的是物理氣相沉積。由于現(xiàn)代科學(xué)和 技術(shù)需要使用大量功能各異的無(wú)機(jī)新材料，這些功能材料必須是

10、高純的， 或者是在高純材料中有意地?fù)饺四撤N雜質(zhì)形成的摻雜材料。但是，我們過(guò) 去所熟悉的許多制備方法如高溫熔煉、水溶液中沉淀和結(jié)晶等。往往難以 滿足這些要求，也難以保證得到高純度的產(chǎn)品。因此，無(wú)機(jī)新材料的合成 就成為現(xiàn)代材料科學(xué)中的主要課題?；瘜W(xué)氣相淀積是近幾十年發(fā)展起來(lái)的制備無(wú)機(jī)材料的新技術(shù)?；瘜W(xué)氣相淀積法已經(jīng)廣泛用于提純物質(zhì)、研制新晶體、淀積各種單晶、多晶或玻璃 態(tài)天機(jī)薄膜材料。這些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也 可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素間化合物，而且它 們的物理功能可以通過(guò)氣相摻雜的淀積過(guò)程精確控制。目前，化學(xué)氣相淀 積已成為無(wú)機(jī)合成化學(xué)

11、的一個(gè)新領(lǐng)域。1）在中溫或高溫下，通過(guò)氣態(tài)的初 始化合物之間的氣相化學(xué)反應(yīng)而形成固體物質(zhì)沉積在基體上。2）可以在常壓或者真空條件下（負(fù)壓“進(jìn)行沉積、通常真空沉積膜層質(zhì)量較好 ）。3） 采用等離子和激光輔助技術(shù)可以顯著地促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，使沉積可在較低的 溫度下進(jìn)行。4）涂層的化學(xué)成分可以隨氣相組成的改變而變化，從而獲得 梯度沉積物或者得到混合鍍層。5）可以控制涂層的密度和涂層純度。6）繞 鍍件好。可在復(fù)雜形狀的基體上以及顆粒材料上鍍膜。適合涂覆各種復(fù)雜 形狀的工件。由于它的繞鍍性能好，所以可涂覆帶有槽、溝、孔，甚至是 盲孔的工件。7）沉積層通常具有柱狀晶體結(jié)構(gòu)，不耐彎曲，但可通過(guò)各種 技術(shù)對(duì)化學(xué)反

12、應(yīng)進(jìn)行氣相擾動(dòng)，以改善其結(jié)構(gòu)。8）可以通過(guò)各種反應(yīng)形成多種金屬、合金、陶瓷和化合物涂層。五、物理氣相沉積技術(shù)物理氣相沉積技術(shù)早在20世紀(jì)初已有些應(yīng)用，但在最近30年迅速發(fā)展， 成為一門極具廣闊應(yīng)用前景的新技術(shù)。，并向著環(huán)保型、清潔型趨勢(shì)發(fā)展。 20世紀(jì)90年代初至今，在鐘表行業(yè)，尤其是高檔手表金屬外觀件的表面處 理方面達(dá)到越來(lái)越為廣泛的應(yīng)用。物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition， PVD）技術(shù)表示在真空條件下，采用物理方法，將材料源固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過(guò)低壓氣 體（或等離子體）過(guò)程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。 物

13、理氣相沉積的主要方法有，真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離 子鍍膜，及分子束外延等。物理氣相沉積技術(shù)基本原理可分三個(gè)工藝步驟：（1）鍍料的氣化：即使鍍料蒸發(fā)，異華或被濺射，也就是通過(guò)鍍料的氣化源。（2）鍍料原子、分子或離子的遷移：由氣化源供出原子、分子或離子經(jīng)過(guò)碰撞后，產(chǎn)生多種 反應(yīng)。（3）鍍料原子、分子或離子在基體上沉積。物理氣相沉積技術(shù)工藝 過(guò)程簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境改善，無(wú)污染，耗材少，成膜均勻致密，與基體的結(jié)合 力強(qiáng)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、光學(xué)、機(jī)械、建筑、輕工、冶 金、材料等領(lǐng)域，可制備具有耐磨、耐腐飾、裝飾、導(dǎo)電、絕緣、光導(dǎo)、 壓電、磁性、潤(rùn)滑、超導(dǎo)等特性的膜層。隨著高科技及新

14、興工業(yè)發(fā)展，物 理氣相沉積技術(shù)出現(xiàn)了不少新的先進(jìn)的亮點(diǎn)，如多弧離子鍍與磁控濺射兼 容技術(shù)，大型矩形長(zhǎng)弧靶和濺射靶，非平衡磁控濺射靶，孿生靶技術(shù)，帶 狀泡沫多弧沉積卷繞鍍層技術(shù)，條狀纖維織物卷繞鍍層技術(shù)等，使用的鍍 層成套設(shè)備，向計(jì)算機(jī)全自動(dòng)，大型化工業(yè)規(guī)模方向發(fā)展。物理沉積表面技又包括幾個(gè)具體的方向，其中有真空蒸鍍、離子鍍、濺 射鍍膜等，下面就真空蒸鍍、離子鍍、濺射鍍膜分別展開(kāi)說(shuō)明：真空蒸鍍 真空蒸鍍是在真空條件下，將鍍料加熱并蒸發(fā)，使大量的原 子、分子氣化并離開(kāi)液體鍍料或離開(kāi)固體鍍料表面（升華）。（2）氣態(tài)的原 子、分子在真空中經(jīng)過(guò)很少的碰撞遷移到基體。（3）鍍料原子、分子沉積在基體表面形成

15、薄膜。將鍍料加熱到蒸發(fā)溫度并使之氣化，這種加熱裝 置稱為蒸發(fā)源。最常用的蒸發(fā)源是電阻蒸發(fā)源和電子束蒸發(fā)源，特殊用途 的蒸發(fā)源有高頻感應(yīng)加熱、電弧加熱、輻射加熱、激光加熱蒸發(fā)源等。真空蒸鍍工藝包括：鍍前處理、鍍膜及后處理。真空蒸鍍的基本工藝過(guò)程 如下：（1）鍍前處理，包括清洗鍍件和預(yù)處理。具體清洗方法有清洗劑清 洗、化學(xué)溶劑清洗、超聲波清洗和離子轟擊清洗等。具體預(yù)處理有除靜電， 涂底漆等。（2）裝爐，包括真空室清理及鍍件掛具的清洗，蒸發(fā)源安裝、 調(diào)試、鍍件褂卡。（3）抽真空，一般先粗抽至6. 6Pa以上，更早打開(kāi)擴(kuò)散 泵的前級(jí)維持真空泵，加熱擴(kuò)散泵，待預(yù)熱足夠后，打開(kāi)高閥，用擴(kuò)散泵 抽至6X10

16、-3Pa半底真空度。（4）烘烤，將鍍件烘烤加熱到所需溫度。 （5）離子轟擊，真空度一般在10Pa10-1Pa，離子轟擊電壓200V1kV負(fù)高 壓，離擊時(shí)間為5min30min, （6）預(yù)熔，調(diào)整電流使鍍料預(yù)熔，調(diào)整電流 使鍍料預(yù)熔，除氣1min2min。 （7 ）蒸發(fā)沉積，根據(jù)要求調(diào)整蒸發(fā)電流， 直到所需沉積時(shí)間結(jié)束。（8）冷卻，鍍件在真空室內(nèi)冷卻到一定溫度。（9）出爐，.取件后，關(guān)閉真空室，抽真空至l X l0-1Pa，擴(kuò)散泵冷卻到允許溫度，才可關(guān)閉維持泵和冷卻水。（10）后處理，涂面漆。濺射鍍膜濺射鍍膜是指在真空條件下，利用獲得功能的粒子轟擊靶材料表面，使靶材表面原子獲得足夠的能量而逃逸的

17、過(guò)程稱為濺射。被 濺射的靶材沉積到基材表面，就稱作濺射鍍膜。濺射鍍膜中的入射離子，一般采用輝光放電獲得，在l0-2Pa10Pa范圍，所以濺射出來(lái)的粒子在飛 向基體過(guò)程中，易和真空室中的氣體分子發(fā)生碰撞，使運(yùn)動(dòng)方向隨機(jī)，沉 積的膜易于均勻。離子鍍離子鍍的基本特點(diǎn)是采用某種方法（如電子束蒸發(fā)磁控濺射，或多弧蒸發(fā)離化等）使中性粒子電離成離子和電子，在基體 上必須施加負(fù)偏壓，從而使離子對(duì)基體產(chǎn)生轟擊，適當(dāng)降低負(fù)偏壓后，使 離子進(jìn)而沉積于基體成膜。離子鍍的優(yōu)點(diǎn)如下：膜層和基體結(jié)合力強(qiáng)。 膜層均勻，致密。在負(fù)偏壓作用下繞鍍性好。無(wú)污染。多種基體 材料均適合于離子鍍。如果采用電子束蒸發(fā)源蒸發(fā)，在坩蝸上方加2

18、0V100V的正偏壓。在真空室中導(dǎo)人反應(yīng)性氣體。如N2、02、C2H2、CH4等代替Ar，或混入Ar，電子束中的高能電子（幾千至幾萬(wàn)電子伏特），不僅使鍍 料熔化蒸發(fā)，而且能在熔化的鍍料表面激勵(lì)出二次電子，這些二次電子在 上方正偏壓作用下加速，與鍍料蒸發(fā)中性粒子發(fā)生碰撞而電離成離子，在 工件表面發(fā)生離化反應(yīng)，從而獲得氧化物（如Te02 : Si02、A1203、Zn0、Sn02、Cr203、Zr02、In02等)。其特點(diǎn)是沉積率高，工藝溫度低。六、溶膠一凝膠溶膠一凝膠法就是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透 明溶膠體系，

19、溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠， 凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動(dòng)性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過(guò)干燥、燒結(jié)固 化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。膠體是一種分散相粒徑很小的分散體系，分散相粒子的重力可以忽略， 粒子之間的相互作用主要是短程作用力。溶膠是具有液體特征的膠體體系， 分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在11000nm之間。凝膠是具有固體特征的膠體體系，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，骨架空 隙中充有液體或氣體，凝膠中分散相的含量很低，一般在1%3%之間。七、熱浸鍍：在各種保護(hù)鋼基體的涂鍍方法中，熱浸鋅是非常優(yōu)良的一種。它是在 鋅呈液體的狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)了相當(dāng)復(fù)雜的物理、

20、化學(xué)作用之后，在鋼鐵上不 僅鍍上較厚的純鋅層，而且還生成一種鋅一鐵合金層。這種鍍法，不僅具 備了電鍍鋅的耐腐蝕特點(diǎn)，而且由于具有鋅鐵合金層。還具有電鍍鋅所無(wú) 法相比擬的強(qiáng)耐蝕性。因此這種鍍法特別適用于各種強(qiáng)酸、堿霧氣等強(qiáng)腐 蝕環(huán)境中。熱鍍鋅層是鋅在高溫液態(tài)下，分三個(gè)步驟形成的：1、鐵基表面被鋅液溶解形成鋅一鐵合金相層；2、合金層中的鋅離子進(jìn)一步向基體擴(kuò)散形成鋅鐵互溶層；3、合金層表面包絡(luò)著鋅層。性能特點(diǎn)：具有較厚的致密的純鋅層覆蓋在鋼鐵表面上，它可以避免鋼鐵基 體與任何的腐蝕溶液的接觸，保護(hù)鋼基體免受腐蝕。在一般大氣中，鋅層 表面形成一層很薄而密實(shí)的氧化鋅層表面，它很難溶于水，故對(duì)鋼基體起著一

21、定保護(hù)作用。如果氧化鋅與大氣中其它成分生成不溶性鋅鹽后，則防 蝕作用更理想。（2）具有鐵一鋅合金層，結(jié)合致密，在海洋性鹽霧大氣及工業(yè)性大氣 中表現(xiàn)特有抗腐蝕性；（3）由于結(jié)合牢固，鋅一鐵互溶，具有很強(qiáng)的耐磨性；八、熱噴涂熱噴涂是指一系列過(guò)程，在這些過(guò)程中，細(xì)微而分散的金屬或非金屬的 涂層材料，以一種熔化或半熔化狀態(tài)，沉積到一種經(jīng)過(guò)制備的基體表面， 形成某種噴涂沉積層.它是利用某種熱源（如電弧、等離子噴涂或燃燒火焰 等）將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，然后 借助焰留本身或壓縮空氣以一定速度噴射到預(yù)處理過(guò)的基體表面，沉積而 形成具有各種功能的表面涂層的一種技術(shù)熱噴涂是一種表

22、面強(qiáng)化技術(shù)，是表面工程技術(shù)的重要組成部分，一直是 我國(guó)重點(diǎn)推廣的新技術(shù)項(xiàng)目.它是利用某種熱源（如電弧、等離子噴涂或燃 燒火焰等）將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)， 然后借助焰留本身或壓縮空氣以一定速度噴射到預(yù)處理過(guò)的基體表面，沉 積而形成具有各種功能的表面涂層的一種技術(shù)。九、噴焊噴焊是對(duì)經(jīng)預(yù)熱的自溶性合金粉末涂層再加熱至10001300C，使顆粒熔化，造渣上浮到涂層表面，生成的硼化物和硅化物彌散在涂層中，使顆 粒間和基體表面達(dá)到良好結(jié)合。最終沉積物是致密的金屬結(jié)晶組織并與基 體形成約0.050.1mm的冶金結(jié)合層，其結(jié)合強(qiáng)度約400MPa，抗沖擊性能 較好、耐磨、耐腐蝕，

23、外觀呈鏡面。與噴涂層相比，噴焊層的優(yōu)點(diǎn)顯著。但由于重熔過(guò)程中基體局部受熱后 溫度達(dá)900C，會(huì)產(chǎn)生較大熱變形。因此，噴焊的使用范圍有一定局限性。 適于噴焊的零件和材料一般是：受沖擊載荷，要求表面硬度高，耐磨性 好的易損零件，如拋砂機(jī)葉片，破碎機(jī)齒板，挖掘機(jī)鏟斗齒等；幾何形 狀比較簡(jiǎn)單的大型易損零件，如軸、柱塞、滑塊、液壓缸、溜槽板等； 低碳鋼、中碳鋼（含碳0.4%以下）、含錳、鉬、釩總量V 3%的結(jié)構(gòu)鋼、 鎳銘不銹鋼、鑄鐵等材噴焊用自熔性合金粉末自熔性合金粉末是以鎳、鉆、鐵為基材的合金，其中加入適量硼和硅元 素，起脫氧造渣焊接熔劑的作用，同時(shí)能降低合金熔點(diǎn)，適于乙炔一氧焰 對(duì)涂層進(jìn)行重熔。國(guó)產(chǎn)

24、自熔性合金粉末品種較多，鎳基合金粉末有較強(qiáng)的 耐蝕性，抗氧化性可達(dá)650 C，耐磨性強(qiáng)；鉆基合金粉末最大的特點(diǎn)是紅 硬性好，可在700C保持較好的耐磨性和耐蝕性；鐵基合金粉末耐磨粒磨損 性優(yōu)于其他兩類。噴涂層和噴焊層與基體金屬的結(jié)合形成不同，鎳包鋁通過(guò)噴涂焰束加熱時(shí)發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)，在經(jīng)噴砂除銹達(dá)Sa3級(jí)，RZ50m的碳鋼表面形成 微冶金結(jié)合底層與工作層又產(chǎn)生“錨鉤”效應(yīng)的機(jī)械結(jié)合涂層，而噴焊層與基體的結(jié)合純屬冶金結(jié)合涂層。噴涂材料不同，噴焊要求使用自熔性合金粉 末，而噴涂則對(duì)粉末的自熔性要求不高，且不一定是自熔性合金粉末，各種 自熔性合金粉末既可用于噴焊又可用于噴涂，但噴涂粉末不具備自熔性只

25、能用于噴涂而不能用于噴焊工藝。工件受熱情況不同，噴涂與噴焊過(guò)程中， 噴前預(yù)熱溫度不同，工件受熱影響不同，噴后工件的組織、性能亦不同。 涂層的致密性不同，噴焊層致密，而噴涂層中有少量孔隙。十、堆焊堆焊作為材料表面改性的一種經(jīng)濟(jì)而快速的工藝方法，越來(lái)越廣泛地應(yīng) 用于各個(gè)工業(yè)部門零件的制造修復(fù)中。為了最有效地發(fā)揮堆焊層的作用， 希望采用的堆焊方法有較小的母材稀釋、較高的熔敷速度和優(yōu)良的堆焊層 性能，即優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的堆焊技術(shù)。用電焊或氣焊法把金屬熔化，堆在工具或機(jī)器零件上的焊接法。通常 用來(lái)修復(fù)磨損和崩裂部分。冷焊堆焊技術(shù)是利用高頻電火花放電原理，對(duì) 工件進(jìn)行無(wú)熱堆焊，來(lái)修補(bǔ)金屬工件的表面缺陷

26、與磨損，能保證工件的完 好性；也可以利用其強(qiáng)化功能對(duì)工件進(jìn)行強(qiáng)化處理，實(shí)現(xiàn)工件的耐磨性、 耐熱性、耐蝕性等。冷焊堆焊設(shè)備對(duì)金屬制品工件修補(bǔ)后不變形、不退火、 溶接強(qiáng)度高、抗耐磨?？赏ㄟ^(guò)金相、拉伸及硬度測(cè)試，同時(shí)焊材與基體的 冶金結(jié)合保證了焊接的牢固性。常用于精密鑄件的針孔、氣孔、毛刺、飛 邊、磕碰、劃傷、崩角、塌角、砂眼、裂紋、磨損、內(nèi)陷、制造錯(cuò)誤、 制造缺陷、焊接缺陷的修復(fù)與機(jī)械表面強(qiáng)化。采用合理的堆焊工藝參數(shù)是 保證電渣堆焊過(guò)程穩(wěn)定，焊縫質(zhì)量良好的有效手段。影響帶極電渣堆焊質(zhì) 量的工藝參數(shù)最主要的有焊接電壓、電流和焊接速度，其次還有干伸長(zhǎng)， 焊劑層厚度，焊道間搭接量、焊接位置等。十一、總結(jié)

27、以上十種表面工程處理技術(shù)，他們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中并不是單獨(dú)使用，而是根據(jù) 實(shí)際的性能要求同時(shí)對(duì)材料進(jìn)行兩種或者兩種以上的表面處理技術(shù)。比如，在對(duì) 一些材料進(jìn)行激光表面處理的同時(shí)進(jìn)行離子注入；在電鍍之前進(jìn)表面噴砂處理。 一方面有機(jī)結(jié)合這些表面工程技術(shù)能夠有效改善材料的表面性能，另一個(gè)方面也 使表面技術(shù)發(fā)展有了新的方向。第二部分實(shí)例解析之前在一家公司工作過(guò)，工作的內(nèi)容涉及到表面處理，其中比較有特點(diǎn) 的是高強(qiáng)度鈦合金部件的表面處理，其中包括多種表面工程技術(shù)，如：噴 丸、噴砂、氧化處理等?，F(xiàn)就當(dāng)時(shí)我設(shè)計(jì)的表面處理方案進(jìn)行說(shuō)明。鈦合金具有低密度、耐腐蝕、高比強(qiáng)度且有良好的生物相容性，在航空 航天、化工、生物等

28、領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的運(yùn)用。然而鈦合的表面硬度低、不 抗磨損，因此為了最大的發(fā)揮鈦合金的優(yōu)點(diǎn)，我們必須對(duì)鈦合金部件進(jìn)行 表面處理。首先，這些鈦合金部件都會(huì)經(jīng)過(guò)熱處理，熱處理之后鈦合金表面會(huì)有一 層很厚的氧化層。這時(shí)侯我們會(huì)根據(jù)部件的類型和要求分別進(jìn)行噴丸或者 噴砂處理。對(duì)表面硬度較高，且較大的零件我們一般采用噴丸處理；對(duì)于 易變形、對(duì)尺寸要求較高的部件一般采用噴砂處理。噴丸是利用壓縮空氣作為動(dòng)力將直徑在 40120目的砂或0.12.0左右的 丸噴向工件的表面，使工件達(dá)到同樣的效果.丸粒的大小不同，達(dá)到的處理 效果就不一樣.重點(diǎn)提出：噴丸同樣能起到強(qiáng)化的作用.現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的設(shè)備走 進(jìn)了一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為只有拋

29、丸才能達(dá)到強(qiáng)化的目的.美國(guó)日本的企業(yè)用于 強(qiáng)化的是拋噴丸并用的！各有各的優(yōu)勢(shì).比如象齒輪這樣的工件，拋丸的出 丸角度無(wú)法改變，只能用變頻改變初速度.但它處理的量大，速度快，而噴丸 則正好于之相反。噴砂是利用壓縮空氣或者水流把石英砂高速吹出去對(duì)零件表面進(jìn)行清理 的一種方法。工廠里也叫吹砂，不僅去銹，還可以順帶除油，對(duì)涂裝來(lái)說(shuō) 非常有用。常用于零件表面除銹；對(duì)零件表面修飾（市場(chǎng)賣的小型的濕式 噴砂機(jī)就是這個(gè)用途，砂粒通常是剛玉，介質(zhì)是水）；在鋼結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用 高強(qiáng)螺栓進(jìn)行聯(lián)接是一種比較先進(jìn)的方法，由于高強(qiáng)聯(lián)接是利用結(jié)合面之 間的摩擦來(lái)傳力的，所以對(duì)結(jié)合表面的質(zhì)量要求很高，這時(shí)必須用噴砂對(duì) 結(jié)合表面進(jìn)行處理。噴沙用于形狀復(fù)雜，易于用手工除銹，效率不高，現(xiàn) 場(chǎng)環(huán)境不好，除銹不均勻的部件進(jìn)行處理，一般的噴砂機(jī)都有各種規(guī)格的 噴砂槍，只要不是特別小的箱體，都可以把槍放進(jìn)去打干凈。壓力容器的 配套產(chǎn)品一封頭采用噴砂方式清除工件表面的氧化皮，石英砂的直徑為1.5mm3.5mm.有一種加工就是利用水作載體，帶動(dòng)金剛砂來(lái)加工