表面技術(shù)在航天及飛機(jī)方面的應(yīng)用

精品文檔精心整理精品文檔可編輯的精品文檔表面技術(shù)在航天及飛機(jī)方面的應(yīng)用目錄：1、表面技術(shù)在航天及飛機(jī)方面的應(yīng)用2、表面技術(shù)改性在汽車中的應(yīng)用張豪志表面技術(shù)在航天及飛機(jī)方面的的應(yīng)用表面技術(shù)是指表面經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，通過(guò)表面涂覆、表面改性、表面處理及復(fù)合技術(shù)，改變固體金屬材料表面或非金屬材料表面的形貌、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀況等，以獲得所需要的表面性能的技術(shù)[2]。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)維修過(guò)程中合理運(yùn)用表面技術(shù)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行修復(fù)，不僅可以恢復(fù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)原有的功能特性，還可以使飛機(jī)結(jié)構(gòu)具有比基體材料更優(yōu)異的性能，如更高的耐磨性、抗腐蝕性和耐高溫性。表面技術(shù)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理中研究和推廣，既可以有效修復(fù)飛機(jī)損傷結(jié)構(gòu)表面，又可在節(jié)能、節(jié)材方面發(fā)揮巨大作用，有力地推動(dòng)飛機(jī)維修技術(shù)的發(fā)展。以整個(gè)航天領(lǐng)域的應(yīng)用為例。實(shí)際上表面工程技術(shù)在整個(gè)航天領(lǐng)域應(yīng)用是非常廣的。獲得的應(yīng)用幾乎涵蓋了所有的表面工程技術(shù)，大家都知道表面工程技術(shù)一般分為三大類：表面改性技術(shù)、薄膜技術(shù)，涂鍍層技術(shù)。首先說(shuō)表面改性，大家都知道，航天上用的最多是鋁合金，而鋁合金的陽(yáng)極氧化處理最為廣泛，有瓷質(zhì)陽(yáng)極化、有硫酸陽(yáng)極化包括硫酸硬質(zhì)陽(yáng)極化和普通硫酸陽(yáng)極化；黑色金屬的發(fā)藍(lán)處理、化學(xué)熱處理方面有滲碳、滲氮等。薄膜技術(shù)航天上也應(yīng)用了很多，特別是在一些電子元器件上，PVD和CVD等都有應(yīng)用。涂鍍層技術(shù)方面，首先從涂料上來(lái)說(shuō)，大家都看過(guò)航天火箭發(fā)射，整個(gè)火箭表面都是有保護(hù)涂料層的；像武器系列，外表面還需要有三防或四防漆層；再有像電鍍應(yīng)用也非常廣泛，有電鍍銅、電鍍鎳，電鑄銅工藝有重要用途，有些型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管就是電鑄成型的；像化學(xué)鍍用的也比較多，如化學(xué)鍍鎳等；熱噴涂的應(yīng)用非常廣泛，航天領(lǐng)域受熱的地方比較多，所以熱障涂層應(yīng)用最多，甚至包括發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管內(nèi)壁都要涂上熱障涂層，還有機(jī)械動(dòng)密封部位采用等離子噴涂的陶瓷耐磨密封涂層。總之表面工程技術(shù)在航天領(lǐng)域應(yīng)用是非常廣泛的。而且往往是表面工程最先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)先用于航天領(lǐng)域，然后再逐漸擴(kuò)展到其他民用領(lǐng)域。飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理中常用的表面技術(shù)表面技術(shù)通常包括表面涂覆、表面改性和表面處理。表面涂覆是在基質(zhì)材料表面上制備涂覆層，涂覆層的材料成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力按照需要制備，達(dá)到改善性能的目的，包括：電化學(xué)沉積（電鍍和電刷鍍）、化學(xué)液相沉積（化學(xué)鍍）、氣相沉積（物理氣相沉積—真空蒸發(fā)鍍、濺射鍍、離子鍍，化學(xué)氣相沉積含等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積）、熱噴涂（火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂等）、堆焊、熱浸涂、涂裝、分子自組裝等。表面改性是通過(guò)改變基質(zhì)材料的化學(xué)成分，達(dá)到改善性能的目的，不附加膜層，包括：擴(kuò)散滲入（化學(xué)熱處理）、離子注入、轉(zhuǎn)化膜等。表面處理是不改變表面材質(zhì)的化學(xué)成分，只改變基質(zhì)材料的組織結(jié)構(gòu)及應(yīng)力，達(dá)到改善性能的目的，不附加膜層，包括：表面淬火熱處理、表面變形處理（包括噴丸）以及表面納米加工技術(shù)等[3]。由于表面技術(shù)包含許多內(nèi)容，本文僅簡(jiǎn)單介紹4種在飛機(jī)維修中常用的表面技術(shù)。（1）電刷鍍技術(shù)。電刷鍍是將表面處理好的工件與專用的直流電源的負(fù)極相連，作為刷鍍的陰極；鍍筆與電源的正極連接，作為刷鍍的陽(yáng)極。刷鍍時(shí)，使包套中浸滿電鍍液的鍍筆以一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度在被鍍零件表面上移動(dòng)，并保持適當(dāng)?shù)膲毫Α＿@樣，在鍍筆與被鍍零件接觸的那些部分，鍍液中的金屬離子在電場(chǎng)力的作用下擴(kuò)散到零件表面，在表面獲得電子被還原成金屬原子，這些金屬原子沉積結(jié)晶就形成了鍍層。隨著刷鍍時(shí)間的延長(zhǎng)，鍍層逐漸增厚，直至達(dá)到需要的厚度，因此對(duì)于磨損的零部件，電刷鍍修復(fù)技術(shù)顯得更有生命力。該技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、鍍層種類多、沉積快、性能優(yōu)良等特點(diǎn)。（2）化學(xué)鍍技術(shù)?；瘜W(xué)鍍是一種不需要通電，依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，利用強(qiáng)還原劑在含有金屬離子的溶液中，將金屬離子還原成金屬而沉積在各種材料表面形成致密鍍層的方法?；瘜W(xué)鍍根據(jù)鍍液不同，常分為化學(xué)鍍銀、鍍鎳、鍍銅、鍍鈷、鍍鎳磷液、鍍鎳磷硼液等?；瘜W(xué)鍍技術(shù)以其工藝簡(jiǎn)便、節(jié)能、環(huán)保日益受到人們的關(guān)注?；瘜W(xué)鍍使用范圍很廣、鍍層均勻、裝飾性好，在防護(hù)性能方面，能提高產(chǎn)品的耐蝕性和使用壽命；在功能性方面，能提高加工件的耐磨導(dǎo)電性，潤(rùn)滑性能等特殊功能，因而成為全世界表面處理技術(shù)的一個(gè)新發(fā)展里程碑。（3）陽(yáng)極化處理技術(shù)。金屬材料浸入適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)溶液中作為陽(yáng)極，通電處理使表面形成氧化膜，此過(guò)程稱為陽(yáng)極化。金屬材料在經(jīng)過(guò)陽(yáng)極化處理后，其耐腐蝕性、硬度、耐磨性、耐熱性等性能都大幅度提高。陽(yáng)極氧化的電解液可以分為酸性、堿性液以及非水溶液，當(dāng)前工業(yè)上以酸性為主。酸性電解液包括硫酸、鉻酸、草酸磷酸等。（4）熱噴涂技術(shù)。熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法，圖1為熱噴涂過(guò)程示意圖。熱噴涂有多種工藝方法，如等離子噴涂、電弧噴涂、火焰噴涂和爆炸噴涂等。熱噴涂技術(shù)具有工藝靈活、適用范圍廣、基體與噴涂材料廣泛、工藝加工的工件受熱較少、產(chǎn)生的應(yīng)力變形小、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。熱噴涂技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，選擇不同性能的涂層材料和不同的工藝方法，可制備熱障、可磨耗封嚴(yán)、耐磨密封、抗高溫氧化、導(dǎo)電絕緣以及遠(yuǎn)紅外輻射等功能涂層。涂層材料幾乎涉及到所有固態(tài)工程材料，包括金屬、金屬合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料及其他的復(fù)合材料。熱噴涂技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金、能源、石油化工、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、輕工機(jī)械以及生物工程等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。表面技術(shù)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理中的應(yīng)用1在飛機(jī)鎂合金結(jié)構(gòu)維修中的應(yīng)用航空工業(yè)中使用的鎂合金的表面防護(hù)多采用化學(xué)氧化后涂漆的方法,這種表面膜薄而軟,在使用過(guò)程中很容易被劃傷、擦傷或磨損,從而導(dǎo)致表面局部損壞或因此造成超差而不得不報(bào)廢、更換。針對(duì)鎂合金特點(diǎn),有研究者在試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上總結(jié)出一套鎂合金表面只電凈、不活化的電刷鍍工藝,并應(yīng)用該工藝對(duì)某航空維修生產(chǎn)單位飛機(jī)的鎂合金零部件表面實(shí)施了刷鍍層修復(fù)與保護(hù)。只要嚴(yán)格控制刷鍍工藝,就能保證鍍層與鎂合金基體間的結(jié)合力；同時(shí),由于在潮濕環(huán)境,鎂合金基體極易與鍍層金屬形成原電池,導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕和明顯的選擇性腐蝕,因而采用電刷鍍修復(fù)表面缺陷時(shí),鍍層應(yīng)達(dá)到足夠厚度,而且鍍后在表面刷上油漆,修復(fù)后刷鍍層質(zhì)量完全能滿足生產(chǎn)使用要求[4]。如采用化學(xué)氧化層一底漆一面漆三層防腐修復(fù)工藝，原位修復(fù)飛機(jī)鎂合金零部件表面腐蝕，能有效地防止飛機(jī)腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展，防止因腐蝕而引起的零部件失效，從而增加飛機(jī)返廠大修的時(shí)間間隔。這種工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、效益高、修復(fù)質(zhì)量可靠，不但適用于飛機(jī)鎂合金零部件腐蝕的修復(fù)，對(duì)其他設(shè)備鎂合金件腐蝕的修復(fù)也有參考價(jià)值，有較強(qiáng)的實(shí)用性和通用性[5]。2在飛機(jī)鋁合金結(jié)構(gòu)維修中的應(yīng)用當(dāng)鋁及鋁合金浸入酸性或堿性清洗液時(shí)，氧化膜很容易被溶解，露出的金屬基體又很快被氧化，從而導(dǎo)致鋁合金表面電鍍困難，鋁及鋁合金鍍層結(jié)合力很差或難以鍍上。為解決飛機(jī)上硬鋁材料零件局部損傷后的修復(fù)難題，研究人員采用電刷鍍技術(shù)在飛機(jī)鋁合金零部件表面的局部劃傷進(jìn)行了修復(fù)[6]，探討了快速修復(fù)的工藝流程及工藝規(guī)范，對(duì)修復(fù)后零件的硬度、結(jié)合力和耐磨性進(jìn)行了測(cè)定。經(jīng)表面處理后，鍍層硬度625HV，刷鍍層磨損量為18.5mg/h，新零件磨損量為23.8mg／h，鍍層結(jié)合力良好，無(wú)起皮、脫落現(xiàn)象。飛機(jī)硬鋁構(gòu)件表面劃傷的電刷鍍修復(fù)工藝流程簡(jiǎn)單、操作方便、成本低，鍍層與基體金屬的結(jié)合強(qiáng)度高，鍍層質(zhì)量滿足性能要求，有較好的推廣價(jià)值。為了改善鋁合金的性能，筆者采用化學(xué)鍍對(duì)鋁合金表面進(jìn)行了修復(fù)，處理后的樣品具有更高的硬度和更強(qiáng)的抗腐蝕性能[7]。圖2是處理后的樣品的原子顯微鏡照片。為提高飛機(jī)蒙皮的維修質(zhì)量,有人對(duì)飛機(jī)蒙皮表面進(jìn)行了鈰轉(zhuǎn)化膜表面改性技術(shù)[8]。他們通過(guò)檢測(cè)氧化膜的膜重和耐腐蝕性,初步確定了配方的主要成分和工藝參數(shù)，采取正交試驗(yàn)法，優(yōu)化了鈰鹽改性溶液的配方。在最佳工藝條件下，用鈰鹽氧化液制備的轉(zhuǎn)化膜的耐腐蝕能滿足飛機(jī)蒙皮維修的要求。直9的尾槳葉采用全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，但是在葉根套采用的是鋁合金材料。由于葉片在運(yùn)行過(guò)程中頻繁做軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，葉根套是一個(gè)極易磨損件。葉根套的摩擦部位采用硬質(zhì)陽(yáng)極化處理，但是由于硬質(zhì)陽(yáng)極化層中存在許多的微裂紋，致使硬質(zhì)陽(yáng)極化的疲勞性能較差，容易剝落。在修理的時(shí)候，有必要將硬質(zhì)陽(yáng)極化層改為等離子噴鍍涂層。在噴涂之間也應(yīng)對(duì)零件進(jìn)行噴砂處理[2]。3在飛機(jī)鋼結(jié)構(gòu)維修中的應(yīng)用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)架和作動(dòng)筒等許多零部件的材料為30CrMnSiA，即飛機(jī)鋼。在飛機(jī)的使用過(guò)程中，其表面會(huì)出現(xiàn)劃傷、磨損、腐蝕、壓坑等現(xiàn)象，必須及時(shí)予以修復(fù)。為此，有人研究了電刷鍍修復(fù)飛機(jī)30CrMnSiA鋼件的工藝規(guī)范，解決了30CrMnSiA鋼制電鍍修復(fù)易產(chǎn)生氫脆的難題[9]。飛機(jī)上有許多同樣或類似的材料組成的零件，采用電刷鍍技術(shù)修復(fù)，不僅工藝簡(jiǎn)單、方便迅速、成本低，而且質(zhì)量完全能滿足要求。綜合利用摩擦電噴鍍技術(shù)和n—A12O3／Ni-W納米復(fù)合刷鍍技術(shù)也可以有效修復(fù)30CrMnSiA飛機(jī)鋼[10]。采用這種修理方法，表面修復(fù)層完全滿足修復(fù)要求，提高了飛機(jī)作動(dòng)筒等部件修復(fù)面的耐磨性能和鍍層結(jié)合強(qiáng)度，而且耐蝕性能良好，同時(shí)也解決了氫脆問(wèn)題。n-A12O3／Ni-Cr鍍層也被用來(lái)修復(fù)飛機(jī)鋼表面，有研究人員通過(guò)分析飛機(jī)起落架作動(dòng)筒內(nèi)壁磨損失效的原因，采用n-A12O3／Ni-Cr復(fù)合刷鍍技術(shù)，對(duì)磨損部位進(jìn)行修復(fù)，提高了鍍層與基體、鍍層與工作層間的結(jié)合力。修復(fù)層的硬度及耐磨性與原件相當(dāng)，該修復(fù)方法簡(jiǎn)單、可靠，節(jié)省了資源成本[11]。飛機(jī)襟翼作動(dòng)筒用于控制飛機(jī)的升降動(dòng)作，是重要的控制部件，而作動(dòng)筒的活塞則是其中的關(guān)鍵部件，由18Cr2Ni4WA高強(qiáng)度鋼制成，表面采用法蘭處理。工作過(guò)程中，活塞在高壓下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞端部會(huì)被磨損或劃傷，如果超過(guò)規(guī)定的配合間隙0.025～0.185mm時(shí)，會(huì)導(dǎo)致漏油，影響作動(dòng)筒性能，威脅飛行安全。為解決飛機(jī)襟翼作動(dòng)筒磨損失效活塞的修復(fù)問(wèn)題，可以采用電刷鍍鎳-鎢鍍層進(jìn)行修復(fù)。研究人員通過(guò)對(duì)飛機(jī)襟翼作動(dòng)筒活塞失效原因的分析，提出了修復(fù)該零件的新工藝，采用電刷鍍特殊Ni-W鍍層體系，提高了鍍層與基體、鍍層與工作層的結(jié)合力。當(dāng)鍍層厚度為28μm時(shí)，鍍層硬度達(dá)到705HV；網(wǎng)格剝離試驗(yàn)表明，鍍層無(wú)脫落，附著力良好；彎曲試驗(yàn)表明，鍍層無(wú)脫落；杯突高度為5.1mm；鍍層磨損量為0.118mg／次，與基體(0.119mg／次)耐磨損性相當(dāng)。采用這種工藝，可以獲得滿足修復(fù)磨損活塞要求的鍍層[12]。4在復(fù)合材料修理金屬結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用隨著復(fù)合材料在飛機(jī)上的發(fā)展，飛機(jī)上越來(lái)越多地采用粘結(jié)修理。飛機(jī)金屬構(gòu)件受到損傷后，可以采用膠接的復(fù)合材料加強(qiáng)件能減緩或停止疲勞裂紋擴(kuò)展,替換由于腐蝕而耗蝕的結(jié)構(gòu)區(qū)域，并從結(jié)構(gòu)上增強(qiáng)小裕量或負(fù)裕量的區(qū)域。為了提高膠接的潤(rùn)濕性和粘接力,以及疲勞壽命，結(jié)構(gòu)件表面處理是膠粘貼修補(bǔ)前的一個(gè)重要工序。表面處理好壞直接關(guān)系到膠貼的剪切強(qiáng)度(粘貼修補(bǔ)質(zhì)量)和修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的疲勞耐久性。結(jié)構(gòu)件表面處理需要用物理或化學(xué)的方法進(jìn)行處理,增加濕潤(rùn)性和附著力,但是表面過(guò)于粗糙反而會(huì)降低膠接強(qiáng)度,因?yàn)樵谀z接過(guò)程中容易留下氣孔,影響質(zhì)量。對(duì)于鋁合金結(jié)構(gòu)件,陽(yáng)極化表面處理可以清除鋁合金板表面原有的自然氧化膜,而生成新的、均勻致密且適于粘接的氧化膜,因而可以導(dǎo)致較高的修補(bǔ)斷裂強(qiáng)度。在外場(chǎng)進(jìn)行表面處理時(shí)，可在鋁合金表面用砂紙打磨后再進(jìn)行磷酸無(wú)箱陽(yáng)極化處理，可獲得較好的表面質(zhì)量。波音公司1970年開(kāi)發(fā)出磷酸陽(yáng)極化作為粘結(jié)前處理工藝，使得鋁合金即使在高溫高濕的條件下，也能保持較高的粘結(jié)強(qiáng)度。美國(guó)空軍已審查批準(zhǔn)用于鋁結(jié)構(gòu)膠接加強(qiáng)件的唯一耐久和可靠的表面技術(shù)是噴砂(硅烷)處理和使用磷酸陽(yáng)極化抑制系統(tǒng)(PACS)的磷酸陽(yáng)極化。結(jié)束語(yǔ)隨著飛機(jī)維修領(lǐng)域?qū)S修質(zhì)量與維修成本的需求的提高，以及表面技術(shù)的飛速發(fā)展，表面技術(shù)在飛機(jī)維修中應(yīng)用比重的將不斷擴(kuò)大。本文僅對(duì)當(dāng)前幾種常用表面技術(shù)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行了論述，還有很多新興的表面技術(shù)正在研究和推廣中?？梢灶A(yù)見(jiàn)，表面技術(shù)的迅速發(fā)展，新興的表面技術(shù)的涌現(xiàn)，將有力推動(dòng)飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理技術(shù)和水平的發(fā)展，并為航空領(lǐng)域帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)[1]徐濱士.表面工程與維修.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.[2]汪定江，夏成寶.航空維修表面工程學(xué).北京:航空工業(yè)出版社，2006.[3]董允.現(xiàn)代表面工程技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.[4]馬宗耀，費(fèi)敬銀，楊延華.鎂合金表面電刷鍍修復(fù)工藝與應(yīng)用.電鍍與精飾,2009，31（2）：43-44.[5]羅湘燕，汪定江，揚(yáng)蘋.飛機(jī)鎂合金零部件表面腐蝕的原位修復(fù)工藝.材料保護(hù)，2002，32（1）：57-58.[6]葛文軍，夏成寶，王東峰.飛機(jī)硬鋁構(gòu)件表面劃傷的電刷鍍快速修復(fù).材料保護(hù)，2009，42（8）：64-65.[7]秦文峰,龍江，劉峰，等.飛機(jī)結(jié)構(gòu)鋁合金直接化學(xué)鍍Ni-P合金研究.表面技術(shù)，2009，38（5）：77-78.[8]夏成寶，呂伯平，汪定江，等.飛機(jī)蒙皮表面鈰轉(zhuǎn)化膜的制備與性能.材料保護(hù)2008，41（5）：79-80.[9]葛文軍.飛機(jī)高合金鋼零件的電刷鍍修復(fù)工藝.表面技術(shù)，2003，32（2）：55-56.[10]馮春曉，涂明武，張學(xué)民.飛機(jī)鋼表面修復(fù)新工藝研究.新技術(shù)新工藝2009，（7）：120-122.[11]夏成寶，楊后川，葛文軍.飛機(jī)起落架作動(dòng)筒內(nèi)壁n-A12O3／Ni-Cr復(fù)合電刷鍍修復(fù).材料保護(hù)，2009，42（7）：57-58.[12]夏丹.襟翼作動(dòng)筒活塞的電刷鍍修復(fù)工藝.材料保護(hù)，2006，39（5）：71-72.精品文檔精心整理精品文檔可編輯的精品文檔 表面技術(shù)改性在汽車中的應(yīng)用單位：馬關(guān)縣民族職業(yè)高級(jí)中學(xué)姓名：張豪志時(shí)間：2015年12月精品文檔可編輯的精品文檔目錄摘要 IAbstract II前言 1第一章材料表面改性技術(shù)的概念及發(fā)展現(xiàn)狀 21.1表面技術(shù) 21.2材料表面改性技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 31.2.1表面改性技術(shù)的概述 31.2.2現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 4第二章材料表面改性技術(shù)的分類及特點(diǎn) 72.1電化學(xué)方法 72.1.1電鍍 72.1.2陽(yáng)極氧化 82.2化學(xué)方法 92.2.1化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理 92.2.2化學(xué)鍍 102.3熱加工方法 112.3.1熱浸鍍 112.3.2熱噴涂 122.3.3熱燙印 122.3.4堆焊 132.4真空法 132.4.1物理氣相沉積（PVD） 142.4.2化學(xué)氣相沉積（CVD） 142.5其它方法 162.5.1涂裝 162.5.2激光表面處理 17精品文檔可編輯的精品文檔2.5.3電泳及靜電噴涂 19第三章表面改性技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用 213.1汽車零件的真空熱處理技術(shù) 213.2應(yīng)用在汽車領(lǐng)域的離子氮化技術(shù) 223.2.1離子氮化及優(yōu)點(diǎn) 233.2.2零件離子氮化處理后的常見(jiàn)缺陷 243.2.3離子氮化后零件的腫脹現(xiàn)象及防治對(duì)策 253.2.4離子氮化脈沖電源的優(yōu)點(diǎn) 263.2.5離子氮化前預(yù)先熱處理工藝的制訂原則 273.3汽車典型零件的表面改性技術(shù) 29第四章最新表面技術(shù)的應(yīng)用 314.1制造行業(yè) 314.1.1機(jī)械行業(yè) 314.1.2鑄造工業(yè) 324.2加工行業(yè) 324.3其他行業(yè) 334.3.1航空、航天行業(yè) 334.3.2電力行業(yè) 334.3.3汽車與機(jī)車的制造與維修行業(yè) 34第五章表面改性技術(shù)在汽車工業(yè)中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì) 355.1DLC在汽車中的應(yīng)用 355.1.1DLC膜的本身特性和優(yōu)異性能 355.1.2DLC膜在機(jī)械功能領(lǐng)域上的應(yīng)用 375.2陽(yáng)極氧化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用 385.3激光處理技術(shù)在汽車中的應(yīng)用 39第六章結(jié)論 41總結(jié)與體會(huì) 42參考文獻(xiàn)： 44精品文檔可編輯的精品文檔摘要表面改性技術(shù)（SurfaceModifiedTechnique）是采用化學(xué)的、物理的方法改變材料或工件表面的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)，以提高機(jī)器零件或材料性能的一類表面改進(jìn)技術(shù)。本論文以表面技術(shù)的分類及其特點(diǎn)和具體的方法為方向，重點(diǎn)總結(jié)表面技術(shù)如何在汽車領(lǐng)域中應(yīng)用。分析了電化學(xué)、化學(xué)、熱加工法、真空法、離子氮化技術(shù)、激光表面處理和DLC膜等表面技術(shù)在汽車中的應(yīng)用，歸納了國(guó)內(nèi)外表面技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，最終總結(jié)出DLC膜、陽(yáng)極氧化技術(shù)和激光表面處理等表面技術(shù)應(yīng)該在汽車行業(yè)中廣泛應(yīng)用，有利于提高汽車零件耐磨性等，以便于延長(zhǎng)汽車的使用壽命。關(guān)鍵字：表面改性技術(shù)，汽車，陽(yáng)極氧化，離子氮化技術(shù)，DLC膜。精品文檔可編輯的精品文檔AbstractSurfacemodificationtechnology(SurfaceModifiedTechnique)istheuseofchemical,physicalmethodtochangethematerialortheworkpiecesurfacechemicalcompositionorstructure,toimprovethemachinepartsormaterialpropertiesofasurfacemodifiedtechnology.Inthispapertheclassificationandcharacteristicsofsurfacetechnologyandspecificmethodforthedirection,focusonsummingupthesurfacehowtechnologyapplicationinautomobilemanufacturingindustry.Analysisoftheelectrochemical,chemical,thermalprocessingmethod,vacuummethod,ionnitridingtechnology,lasersurfacetreatmentandDLCfilmsurfacetechnologyapplicationinautomobile,summedupthedomesticandinternationalsurfacetechnologydevelopmentstatusandtrendofdevelopment,thensummarizestheDLCfilm,anodicoxidationtechnologyandlasersurfacetreatment,surfacetechnologyshouldbeinthecarwidelyusedinindustry,ishelpfultoimprovethecarpartssuchaswearresistance,soastoprolongtheservicelifeofautomobile.Keywords:SurfaceModificationtechnology,Car,Anodicoxidation,Ionnitridingtechnology,DLCfilm.精品文檔精心整理精品文檔可編輯的精品文檔前言表面改性技術(shù)（SurfaceModifiedTechnique）是采用化學(xué)的、物理的方法改變材料或工件表面的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)以提高機(jī)器零件或材料性能的一類表面強(qiáng)化技術(shù)。表面技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)中無(wú)處不在，在各行各業(yè)中都有表面技術(shù)的應(yīng)用。表面技術(shù)雖然不能說(shuō)是什么新興技術(shù)了，但是它的發(fā)展還沒(méi)到頂峰，還有廣闊的發(fā)展空間。所以我們要來(lái)研究它，繼續(xù)的開(kāi)發(fā)它，讓表面技術(shù)在我們這一代更進(jìn)一步。材料表面技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中都有應(yīng)用，本論文主要是研究它在汽車工業(yè)中的應(yīng)用，其實(shí)表面技術(shù)并沒(méi)有想象的那么神秘。當(dāng)然不同的部件需要用不同的表面技術(shù)來(lái)處理。例如，給自己的愛(ài)車貼防爆膜就是一種表面技術(shù)，還有烤漆等等。這些是很常見(jiàn)的，只是過(guò)于平凡所以沒(méi)有注意而已。當(dāng)然這是在汽車行業(yè)中的，還有很多都是生活中常見(jiàn)的，只要留心，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)表面技術(shù)沒(méi)什么神秘的。本論文通過(guò)對(duì)表面技術(shù)的概念以及其現(xiàn)在的發(fā)展現(xiàn)狀，還有表面技術(shù)的分類，以及用什么方法來(lái)實(shí)現(xiàn)表面改性做了新的詮釋，以及在各行各業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，還有研究討論它如何應(yīng)用在我們的汽車行業(yè)中的，以及它的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。掌握表面改性技術(shù)對(duì)提高汽車關(guān)鍵部件的使用壽命意義重大，還有對(duì)我國(guó)汽車行業(yè)發(fā)揮的作用。通過(guò)對(duì)材料表面改性技術(shù)在汽車工業(yè)中應(yīng)用的總結(jié)研究，可為其更好的應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中打下良好的理論基礎(chǔ)。希望對(duì)我國(guó)汽車行業(yè)有幫助，讓表面技術(shù)能夠在這個(gè)行業(yè)中得到充分應(yīng)用。

材料表面改性技術(shù)的概念及發(fā)展現(xiàn)狀表面改性技術(shù)是采用化學(xué)的、物理的方法改變材料或工件表面的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)，以提高機(jī)器零件或材料性能的一類表面強(qiáng)化技術(shù)。它包括化學(xué)熱處理(滲氮、滲碳、滲金屬等)；表面涂層(低壓等離子噴涂、低壓電弧噴涂）、激光重熔復(fù)合等；薄膜鍍層(物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等)和非金屬涂層技術(shù)等。1.1表面技術(shù)表面技術(shù)是表面處理、表面涂（鍍）層及表面改性的總稱，是通過(guò)運(yùn)用各種物理、化學(xué)或機(jī)械工藝過(guò)程，來(lái)改變基材表面狀態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)或形成特殊覆層，使基體表面具有某種特殊性能（耐高溫性、耐磨性、抗高壓性等等），從而達(dá)到特定使用要求的方法。現(xiàn)在表面技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，在各行各業(yè)中都有表面技術(shù)的應(yīng)用。表面技術(shù)提高了材料抵御環(huán)境作用的能力，賦予材料表面某種功能特性（如光、電、磁、熱、聲、吸附、分離等各種物理和化學(xué)性能），制造特殊構(gòu)件、零部件和元器件等。表面技術(shù)主要通過(guò)兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)：(1)施加各種覆蓋層。采用各種涂層技術(shù)，包括電鍍、化學(xué)鍍、涂裝、粘結(jié)、堆焊、熔結(jié)、熱噴涂、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、分子束外延制膜和離子束合成薄膜技術(shù)等實(shí)現(xiàn)。(2)用機(jī)械、物理、化學(xué)等方法，改變材料表面的形貌、化學(xué)成分、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)或應(yīng)力狀態(tài)，主要有噴丸強(qiáng)化、表面熱處理、化學(xué)熱處理、等離子擴(kuò)滲處理、激光表面處理、電子束表面處理和離子注入表面改性等方法。表面改性就是指在保持材料或制品原性能的前提下，賦予其表面新的性能，如親水性、生物相容性、抗靜電性能、染色性能等。表面改性的方法有很多，大體上可以歸結(jié)為：表面化學(xué)反應(yīng)法、表面接枝法、表面復(fù)合化法等。現(xiàn)代材料表面改性技術(shù)是跨學(xué)科、跨行業(yè)、跨世紀(jì)的新興領(lǐng)域，包含了表面物理、固體物理、等離子物理、表面化學(xué)、有機(jī)及無(wú)機(jī)化學(xué)、電化學(xué)、冶金學(xué)、金屬材料學(xué)、高分子材料學(xué)、硅酸鹽材料學(xué)以及物質(zhì)的傳輸、熱的傳遞等多門學(xué)科的邊緣學(xué)科技術(shù)。各門學(xué)科之間互相彌補(bǔ)、互相滲透、互相交融，取長(zhǎng)補(bǔ)短，日益完善，逐漸形成一門別具特色和有著自己模式的新興學(xué)科。表面改性技術(shù)通過(guò)對(duì)基體材料表面采用化學(xué)的、物理的方法改變材料或工件表面的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)以提高機(jī)器零件或材料性能。它包括化學(xué)熱處理（滲氮、滲碳、滲金屬等）、表面涂層（低壓等離子噴涂、低壓電弧噴涂）、激光重熔復(fù)合等薄膜鍍層（物理氣相積、化學(xué)氣相沉積等）和非金屬涂層技術(shù)等。這些用以強(qiáng)化零件或材料表面的技術(shù)，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射、導(dǎo)電、導(dǎo)磁等各種新的特性，使原來(lái)在高速、高溫、高壓、重載、腐蝕介質(zhì)環(huán)境下工作的零件，提高了可靠性、延長(zhǎng)了使用壽命，具有很大的經(jīng)濟(jì)意義和推廣價(jià)值。1.2材料表面改性技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1表面改性技術(shù)的概述新型表面功能覆層技術(shù)，包括低溫化學(xué)表面涂層技術(shù)及超深層表面改性技術(shù)，它運(yùn)用物理、化學(xué)或物理化學(xué)相結(jié)合等技術(shù)手段來(lái)改變“材料及其制件表面成份和組織結(jié)構(gòu)”，其特點(diǎn)是保持基體材料固有的特征，又賦予表面化所要求的各種性能，從而適應(yīng)各種技術(shù)和服役環(huán)境對(duì)材料的特殊要求，因而它是制造和材料學(xué)科最為活躍的技術(shù)領(lǐng)域，又是涉及表面處理與涂層技術(shù)的交叉學(xué)科。其最大的優(yōu)勢(shì)在于能以極少的材料和能源消耗制備出基體材料難以甚至無(wú)法獲得的性能優(yōu)異的表面薄層，從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，它是一種優(yōu)質(zhì)高效的表面改性與涂層技術(shù)。優(yōu)質(zhì)、高效的表面改性與涂層技術(shù)其范圍廣闊：如熱化學(xué)表面技術(shù)；物理氣相沉積；化學(xué)氣相沉積；物理化學(xué)氣相沉積技術(shù)；高能等離體表面涂層技術(shù)；金剛石薄膜涂層；多元多層復(fù)合涂層技術(shù)；表面改性及涂層性能預(yù)測(cè)及剪栽技術(shù)；性能測(cè)試與壽命評(píng)估等等。新型低溫化學(xué)氣相沉積技術(shù)引入等離子體增強(qiáng)技術(shù)，圖1-1所示為其工作過(guò)程及其裝置，使其溫度降至600℃以下，獲得硬質(zhì)耐磨涂層新工藝，所生產(chǎn)的高強(qiáng)度、高性能的涂層工藝，在高速、重負(fù)荷、難加工領(lǐng)域中有其特殊的作用。超深層表面改性技術(shù)可應(yīng)用于絕大多數(shù)熱處理件和表面處理件，可替代高頻淬火，碳氮共滲，離子滲氮等工藝，得到更深的滲層，更高的耐磨性，產(chǎn)品壽命劇增，可產(chǎn)生突破性的功能變化。圖1-1新型低溫氣相沉積裝置及工作過(guò)程1.2.2現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)隨著基礎(chǔ)工業(yè)及高新技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展，對(duì)優(yōu)質(zhì)、高效表面改性及涂層技術(shù)的需求向縱深延伸，國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域與相關(guān)學(xué)科相互促進(jìn)的局勢(shì)下，在諸如“熱化學(xué)表面改性”、“高能等離子體表面涂層”、“金剛石薄膜涂層技術(shù)”以及“表面改性與涂層工藝模擬和性能預(yù)測(cè)”等方面都有著突破的進(jìn)展。（1）熱化學(xué)表面改性技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)外近年來(lái)重視對(duì)“可控氣氛”條件和真空條件下的滲碳，碳氮共滲等技術(shù)的研究，并已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。而在我國(guó)應(yīng)用很少，相關(guān)的技術(shù)研究工作亦不夠?？煽貧夥諠B碳和真空滲碳技術(shù)是顯著縮短生產(chǎn)周期，節(jié)能、省時(shí)，同時(shí)可提高工件質(zhì)量，不氧化、不脫碳，保證零件表面耐腐蝕和抗疲勞性，并減少熱處理后機(jī)加工余量及清理工時(shí)。目前國(guó)際上碳勢(shì)控制和監(jiān)測(cè)，滲層布型控制等方面的研究成果已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，并用計(jì)算機(jī)進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)控制。（2）PVD、CVD技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)各種氣相沉積是當(dāng)前世界上著名研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)競(jìng)相開(kāi)展的具有挑戰(zhàn)的性的研究課題。目前該技術(shù)在信息、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、光學(xué)儀器等產(chǎn)業(yè)及電子元器件、光電子器件、太陽(yáng)能電池、傳感器件等制造中應(yīng)用十分廣泛，在機(jī)械工業(yè)中，制作硬質(zhì)耐磨鍍層、耐腐蝕鍍層、熱障鍍層及固體潤(rùn)滑鍍層等方面也有較多的研究和應(yīng)用，其中TiN等鍍膜刀具的普及已引起切削領(lǐng)域中的一場(chǎng)革命，金剛石薄膜、立方氮化硼薄膜的研究也十分火熱，并已向?qū)嵱没矫嫱七M(jìn)。在不同PVD（物理氣相沉積）、CVD(化學(xué)氣體沉積)工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)發(fā)展和復(fù)合很多新的工藝和設(shè)備，如IBAD（離子束輔助沉積）、PCVD（等離子化學(xué)氣體沉積）與空心陰極多弧復(fù)合離子鍍膜裝置、離子注入與油濺射鍍或蒸鍍的復(fù)合裝置、等離子體浸沒(méi)式離子注裝置等不斷將該類技術(shù)推向新的高度。與國(guó)外的發(fā)展相比，我國(guó)在上述方面雖研究較多，但水平有較大差異，在實(shí)用化方面差距更大。（3）高能等離子體表面涂層技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)該技術(shù)是增加表面物理化學(xué)反應(yīng)，獲取特殊性能覆蓋層。其核心是更有效地增強(qiáng)和控制陰極電弧等離子體的產(chǎn)生和作用，美國(guó)、日本、德國(guó)大力發(fā)展該技術(shù)。等離子體增強(qiáng)電化學(xué)表面改性技術(shù)，是目前國(guó)際上較活躍的開(kāi)發(fā)研究領(lǐng)域，對(duì)于鋁、鈦等材料，通過(guò)等離子體調(diào)光放電手段，增強(qiáng)電化學(xué)處理效果，在金屬表面上生成致密氧化鋁和其它氧化物陶瓷膜層，可使基體具有極高性能表面，是先進(jìn)制造工藝的前沿技術(shù)，在機(jī)加工用刀具和模具行業(yè)也有很了的應(yīng)用前景。（4）金剛石薄膜涂層技術(shù)薄的金剛石薄膜，可提高工件的使用性能，并滿足一些特殊條件的需求。近年來(lái)，由于金剛石薄膜的優(yōu)異性能以及廣泛的應(yīng)用前景，日本、美國(guó)、西歐均進(jìn)行大量的研究工作，并開(kāi)發(fā)了多種金剛石涂層工藝技術(shù)，已在國(guó)內(nèi)外掀起金剛石涂層研究的熱潮。尤其是在提高金剛石涂層和基體結(jié)合強(qiáng)度，大面積快速沉積金剛石涂層技術(shù)，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)涂層金剛石薄膜設(shè)備系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)方面國(guó)外已取得突破性進(jìn)展，美國(guó)、瑞典等國(guó)已推出金剛石金屬切削工具供應(yīng)市場(chǎng)，而我國(guó)該技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到實(shí)用水平，急待開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。（5）多元多層復(fù)合涂層技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)單一的表面涂層不能滿足表面工程設(shè)計(jì)中苛刻的工況條件，任何表面處理均有其不同的優(yōu)缺點(diǎn)，因?yàn)槔貌煌繉硬牧系男阅軆?yōu)點(diǎn)，在基體表面形成多元多層復(fù)合涂層（含萬(wàn)分漸變的梯度層）具有重大的意義，如圖1-2所示為多層涂層，不同顏色的代表不同的涂層。國(guó)外已開(kāi)展單層涂層厚度為納米級(jí)，層數(shù)在100層以上的多元多層復(fù)合涂層技術(shù)的研究，所制備的涂層具有較高的耐腐性、韌性和強(qiáng)度，和基體的結(jié)合強(qiáng)度也好，表面粗糙度低，這對(duì)直精高速工削機(jī)械加工十人有利。國(guó)外已列入主要發(fā)展方面，予計(jì)在納米級(jí)精細(xì)涂層材料研究和應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)有新的突破。因?yàn)閺?fù)合涂層技術(shù)具有抗磨損、抗高溫氧化腐蝕、隔熱等功能，能擴(kuò)大涂層制品使用范圍，延長(zhǎng)使用壽命，是一項(xiàng)在下一世紀(jì)會(huì)得到迅速發(fā)展的技術(shù)。我國(guó)目前已開(kāi)始研究，并取得初步成果，但還存在一些問(wèn)題有待于解決。圖1-2多元多層復(fù)合涂層（6）表面改性與涂層工藝模擬和性能預(yù)測(cè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)表面改性與涂層技術(shù)作為表面工程的重要組成部分，已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)工業(yè)與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)部門，根據(jù)應(yīng)用的要求反過(guò)來(lái)又促進(jìn)表面功能覆層技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。根據(jù)使用要求，對(duì)材料表面進(jìn)行設(shè)計(jì)、對(duì)表面性能參數(shù)進(jìn)行剪裁，使之符合特定要求，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)表面覆蓋層的組織結(jié)構(gòu)和性能和預(yù)測(cè)等，已成為該領(lǐng)域重要研究方向。國(guó)外已對(duì)PVD、CVD以及其它表面改性方法開(kāi)展計(jì)算機(jī)模擬研究，針對(duì)CVD過(guò)程進(jìn)行模擬，采用宏觀和微觀多層次模型，對(duì)工藝和涂層各種性能和基體的結(jié)合力進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)；對(duì)滲碳，滲氮工件滲層性能應(yīng)力等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬等等，人們可以更好地控制和優(yōu)化工藝過(guò)程。我國(guó)這方面的研究剛處地起步階段。

第二章材料表面改性技術(shù)的分類及特點(diǎn)表面技術(shù)有著十分廣泛的內(nèi)容，僅從一個(gè)角度進(jìn)行分類難于概括全面，目前也沒(méi)有統(tǒng)一的分類方法。不能簡(jiǎn)單的從物理或者化學(xué)兩方面來(lái)給它分類，在不同材料中要用不同的方法，有的是單純的物理的方法，有的是單純的化學(xué)的方法，有的是物理和化學(xué)共用的。2.1電化學(xué)方法這種方法是利用電極反應(yīng)，在工件表面形成鍍層。其中主要的方法有：電鍍、陽(yáng)極氧化等。2.1.1電鍍利用電解作用在機(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。鍍層大多是單一金屬或合金，如鋅、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-鉻層、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。電鍍分為掛鍍、滾鍍、連續(xù)鍍和刷鍍等方式，主要與待鍍件的尺寸和批量有關(guān)。掛鍍適用于一般尺寸的制品，如汽車的保險(xiǎn)杠，自行車的車把等。滾鍍適用于小件，如緊固件、墊圈、銷子等。連續(xù)鍍適用于成批生產(chǎn)的線材和帶材。刷鍍適用于局部鍍或修復(fù)。電鍍液有酸性的、堿性的和加有鉻合劑的酸性及中性溶液，無(wú)論采用何種鍍覆方式，與待鍍制品和鍍液接觸的鍍槽、吊掛具等應(yīng)具有一定程度的通用性。（1）鍍層分類鍍層分為裝飾保護(hù)性鍍層和功能性鍍層兩類。裝飾保護(hù)性鍍層：主要是在鐵金屬、非鐵金屬及塑料上的鍍鉻層，特別是鋼的銅-鎳-鉻層，鋅及鋼上的鎳-鉻層。為了節(jié)約鎳，人們已能在鋼上鍍銅-鎳/鐵-高硫鎳-鎳/鐵-低固分鎳-鉻層。與鍍鉻層相似的錫/鎳鍍層，可用于分析天平、化學(xué)泵、閥和流量測(cè)量?jī)x表上。（2）功能性鍍層：這種鍍層種類很多，如：①提高與軸頸的相容性和嵌入性的滑動(dòng)軸承罩鍍層，鉛-錫，鉛-銅-錫，鉛-銦等復(fù)合鍍層；②用于耐磨的中、高速柴油機(jī)活塞環(huán)上的硬鉻鍍層，這種鍍層也可用在塑料模具上，具有不粘模具和使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)；③在大型人字齒輪的滑動(dòng)面上鍍銅，可防止滑動(dòng)面早期拉毛；④用于防止鋼鐵基體遭受大氣腐蝕的鍍鋅；⑤防止?jié)B氮的銅錫鍍層；⑥用于收音機(jī)、電視機(jī)制造中釬焊并防止鋼與鋁間的原電池腐蝕的錫-鋅鍍層。適用于修復(fù)和制造的工程鍍層，有鉻、銀、銅等，它們的厚度都比較大，硬鉻層可以厚達(dá)300μm。2.1.2陽(yáng)極氧化陽(yáng)極氧化（Anodicoxidation）：金屬或合金的電化學(xué)氧化。鋁及其合金在相應(yīng)的電解液和特定的工藝條件下，由于外加電流的作用下，在鋁制品（陽(yáng)極）上形成一層氧化膜的過(guò)程.陽(yáng)極氧化如果沒(méi)有特別指明，通常是指硫酸陽(yáng)極氧。如圖2-1所示，將金屬或合金的制件作為陽(yáng)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，如表面著色，提高耐腐蝕性、增強(qiáng)耐磨性及硬度，保護(hù)金屬表面等。例如鋁陽(yáng)極氧化，將鋁及其合金置于相應(yīng)電解液(如硫酸、鉻酸、草酸等)中作為陽(yáng)極，在特定條件和外加電流作用下，進(jìn)行電解。陽(yáng)極的鋁或其合金氧化，表面上形成氧化鋁薄層，其厚度為5～20μm，硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜可達(dá)60～200μm。陽(yáng)極氧化后的鋁或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可達(dá)250～500kg/mm2，良好的耐熱性，硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜熔點(diǎn)高達(dá)2320K，優(yōu)良的絕緣性，耐擊穿電壓高達(dá)2000V，增強(qiáng)了抗腐蝕性能，在ω=0.03NaCl鹽霧中經(jīng)幾千小時(shí)不腐蝕。氧化膜薄層中具有大量的微孔，可吸附各種潤(rùn)滑劑，適合制造發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力強(qiáng)可著色成各種美觀艷麗的色彩。有色金屬或其合金（如鋁、鎂及其合金等）都可進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，這種方法廣泛用于機(jī)械零件，飛機(jī)汽車部件，精密儀器及無(wú)線電器材，日用品和建筑裝飾等方面。功用：防護(hù)性、裝飾性、絕緣性、提高與有機(jī)圖層的結(jié)合力、提高與無(wú)機(jī)覆蓋層的結(jié)合力。圖2-1金屬陽(yáng)極氧化2.2化學(xué)方法這種方法是無(wú)電流作用，利用化學(xué)物質(zhì)相互作用，在工件表面形成鍍覆層。其中主要的方法是：化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理、化學(xué)鍍等。2.2.1化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理在電解質(zhì)溶液中，金屬工件在無(wú)外電流作用，由溶液中化學(xué)物質(zhì)與工件相互作用從而在其表面形成鍍層的過(guò)程，稱為化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理。（1）化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的分類按基材分：鋁材、鋅材、鋼材、鎂材、鈦材和銅材轉(zhuǎn)化膜；按工藝分：陽(yáng)極氧化膜、磷化膜、鈍化膜、著色膜、化學(xué)氧化膜等；按用途分：裝飾性膜、防護(hù)性膜、減摩性膜、耐摩性膜、絕緣性膜、打底膜等。（2）化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法化學(xué)轉(zhuǎn)化膜常用的處理方法有：浸漬法、電解法、噴涂法、刷涂法等。①電解法：以陽(yáng)極氧化為主，即工件與直流電源（或交流電源）的正極相連，廣泛應(yīng)用于鋁、鎂、鈦為基材的各種單金屬或合金的氧化處理；②浸漬法：即直接浸入藥液中，在相應(yīng)的溫度下進(jìn)行處理。由于沒(méi)有電解法所存在的電流分布問(wèn)題，其廣泛應(yīng)用于處理形狀復(fù)雜的、不同材質(zhì)的表面轉(zhuǎn)化處理，如鋼材的化學(xué)氧化（發(fā)藍(lán)、發(fā)黑）、鋁的化學(xué)氧化、鋅的鈍化、多種材料的磷化等等；③噴淋法：其原理與浸漬法相似，也屬于化學(xué)處理法。主要用于形狀復(fù)雜、表面府蝕較輕的零件，適用于批量生產(chǎn)或自動(dòng)化作業(yè)；④刷涂法：即直接在工件上進(jìn)行刷涂，其成本低，但質(zhì)量不易保證，主要用于局部處理。2.2.2化學(xué)鍍化學(xué)鍍就是在不通電的情況下，利用氧化還原反應(yīng)在具有催化表面的鍍件上，獲得金屬合金的方法。它是新近發(fā)展起來(lái)的一門新技術(shù)。美、英、日、德等國(guó)，其工業(yè)產(chǎn)值正以每年15%的速度遞增。它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、電子、塑料、模具、冶金、石油化工、陶瓷、水力、航空航天等工業(yè)部門，是一項(xiàng)很有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一。其特點(diǎn)如下：（1）表面硬度高，耐磨性能好：其表面硬度可在Hv0.1=550-1100kg/mm2（相當(dāng)于HRc=55-72）的范圍內(nèi)任意控制選擇。處理后的機(jī)械部件，耐磨性能好，使用壽命長(zhǎng)，一般可提高3-4倍，有的可達(dá)8倍以上。（2）硬化層的厚度極其均勻，處理部件不受形狀限制，不變形。特別適用于形狀復(fù)雜、深盲孔及精度要求高的細(xì)小及大型部件的表面強(qiáng)化處理。（3）有優(yōu)良的抗腐蝕性能：它在許多酸、堿、鹽、氨和海水中具有很好的耐蝕性，其耐蝕性比不銹鋼要優(yōu)越得多，如表2-2所示。表2-2Ni-12P合金鍍層在下列介質(zhì)中的腐蝕速率腐蝕介質(zhì)溫度℃腐蝕速率（mm/年）Ni-12P合金銹鋼不銹鋼Cr18Ni9Ti42%NaOH沸騰＜0.048＞1.545%NaOH20℃沒(méi)有0.537%HCl30℃0.141.5-1.810%H2SO430℃0.031＞1.510%H2SO470℃0.048＞1.5水（海水）3.5%鹽95℃沒(méi)有0.5-1.440%HF30℃0.0141＞1.5（4）處理后的部件，表面光潔度高，表面光亮，不需重新機(jī)械加工和拋光，即可直接裝機(jī)使用。（5）鍍層與基體的結(jié)合力高，不易剝落，其結(jié)合力比電鍍硬鉻和離子鍍要高。（6）可處理的基體材料：理材料有各種模具合金鋼、不銹鋼、銅、鋁、鋅、鈦、塑料、尼龍、玻璃、橡膠、粉末、木頭等。2.3熱加工方法這種方法是在高溫條件下令材料熔融或熱擴(kuò)散，在工件表面形成涂層。其主要方法有一下幾種：熱浸鍍、熱噴涂、化學(xué)熱處理、堆焊等等。2.3.1熱浸鍍金屬工件放入熔融金屬中，令其表面形成涂層的過(guò)程，稱為熱浸鍍，如熱鍍鋅、熱鍍鋁等。熱浸鍍鋅的特點(diǎn):整個(gè)鋼材表面均受到保護(hù),無(wú)論在凹陷處管件內(nèi)，任何其它涂層很難進(jìn)入的角落,溶化鋅均很容易均勻的覆蓋上。鍍鋅層的硬度值比鋼材還大。最上層的Etalayer只有70DPN硬度,故易受碰撞而凹入，但下層Zetalayer及Deltalayer分別有179及211DPN硬度值比鐵材的159DPN硬度值最還高，故其抗沖擊及抗磨耗性均相當(dāng)良好。在邊角區(qū)，鋅層往往比其它地方還厚，且有良好的韌性及抗磨耗性。而其它涂層在此邊角處，往往是最薄最不易施工，最易受傷害處，故常須再維護(hù)。即使因受很大的機(jī)械傷害或其它原因。造成一小部份的鋅層脫落，將鐵基裸露，此時(shí)，周圍鋅層就會(huì)發(fā)揮犧牲陽(yáng)極的功能，來(lái)保護(hù)此處鋼鐵，使其不受侵蝕。而其它涂層則剛好相反，銹會(huì)馬上生成，且迅速漫延至涂層下面，引起涂層剝落。鋅層在大氣中的消耗是非常緩慢的，約為鋼鐵腐蝕速率的1/17至1/18，且是可預(yù)估的，其壽命遠(yuǎn)超過(guò)其它任何涂層。鍍層壽命在某一特定的環(huán)境下，主要視鍍層厚度而定。而鍍層厚度又受鋼鐵厚度而決定，即越厚的鋼鐵易得較厚的鍍層，故同一個(gè)鋼構(gòu)中厚的鋼鐵部位一定也得到較厚的鍍層，以保證得到更長(zhǎng)的壽命。因美觀、藝術(shù)，或在特定嚴(yán)重腐蝕環(huán)境使用時(shí)，鍍鋅層可再施以上漆處理，只要漆的系統(tǒng)選用正確、施工容易，其防蝕效果比單獨(dú)上漆及熱浸鋅壽命加起來(lái)還要好上1.5~2.5倍。2.3.2熱噴涂如圖2-4所示為離子熱噴涂，以及離子熱噴涂的工藝過(guò)程，將熔融金屬霧化，噴涂于工件表面，形成涂層的過(guò)程，稱為熱噴涂，如熱噴涂鋅、熱噴涂涂鋁等。優(yōu)點(diǎn)：基體材料不受限制，可以是金屬和非金屬，可以在各種基體材料上噴涂；可噴涂的涂層材料極為廣泛，熱噴涂技術(shù)可用來(lái)噴涂幾乎所有的固體工程材料，如硬質(zhì)合金、陶瓷、金屬、石墨等；噴涂過(guò)程中基體材料溫升小，不產(chǎn)生應(yīng)力和變形；操作工藝靈活方便，不受工件形狀限制，施工方便；涂層厚度可以從0.01mm至幾毫米；涂層性能多種多樣，可以形成耐磨、耐蝕、隔熱、抗氧化、絕緣、導(dǎo)電、防輻射等具有各種特殊功能的涂層；適應(yīng)性強(qiáng)及經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。圖2-4離子熱噴涂2.3.3熱燙印將金屬箔加溫、加壓覆蓋于工件表面上，形成涂覆層的過(guò)程，稱為熱燙印，如熱燙印鋁箔等。優(yōu)點(diǎn)：(1)質(zhì)量好，精度高，燙印圖像邊緣清晰、銳利；(2)表面光澤度高，燙印圖案明亮、平滑；(3)燙印箔的選擇范圍廣，不同顏色的燙印箔，不同光澤效果的燙印箔，適用于不同基材的燙印箔；(4)熱燙印工藝有一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：就是可以進(jìn)行立體燙印。采用電腦數(shù)控雕刻制版(CNC)方式制成立體燙印版，使?fàn)C印加工成的圖文具有明顯立體層次，在印刷品表面形成浮雕效果，產(chǎn)生強(qiáng)烈的視覺(jué)。2.3.4堆焊如圖2-5所示為曲軸的堆焊，令熔敷金屬堆集于工件表面而形成焊層的過(guò)程，稱為堆焊，如堆焊耐磨合金等。堆焊零件冗雜、金屬類型多，被堆焊的零件品種單一，任務(wù)要求非常復(fù)雜，包括簡(jiǎn)直全部類型的金屬，必需按照詳細(xì)狀況正確選用堆焊資料，才干使堆焊零件具有高的運(yùn)用壽命。減小熔合比要取得預(yù)期的堆焊成分和效果，必需盡量增加母材的熔入量，減小熔合比，降低濃縮率。堆焊金屬與母資料差別大，堆焊金屬與母資料成分通常相差懸殊，為避免堆焊、焊后熱處置及零件運(yùn)用進(jìn)程中發(fā)生開(kāi)裂或剝離，堆焊金屬與母材應(yīng)有相近的線收縮系數(shù)和相變溫度。堆焊的成本比較低，而且效果和原來(lái)的基本相近。圖2-5曲軸的堆焊2.4真空法這種方法是在高真空狀態(tài)下令材料氣化或離子化沉積于工件表面而形成鍍層的過(guò)程。2.4.1物理氣相沉積（PVD）物理氣相沉積是利用蒸發(fā)或?yàn)R射等物理形式，把材料從靶源移走，然后通過(guò)真空或半真空空間使這些攜帶能量的蒸發(fā)粒子沉積到基體或零件的表面，以形成膜層。物理氣相沉積法主要有真空蒸鍍、陰極濺射和離子鍍。（1）真空蒸鍍?cè)谡婵罩惺菇饘?、合金或化合物蒸發(fā)，然后凝結(jié)在基體表面上的方法叫真空蒸鍍。鍍膜特點(diǎn)：（1）鍍膜由氣相沉積，均勻性好；（2）在真空條件下形成，純凈性好；（3）成膜過(guò)程簡(jiǎn)單，工藝可精確控制。（2）陰極濺射陰極濺射是利用高速正離子轟擊某一靶材（陰極），使靶材表面原子以一定能量逸出，然后在工件表面沉積的過(guò)程。陰極濺射與真空蒸鍍相比有如下特點(diǎn)：①薄膜的結(jié)合力高；②容易相成高熔點(diǎn)物質(zhì)的膜；③可以在較大面積上得到均勻的薄膜；④容易控制膜的組成；⑤可以長(zhǎng)時(shí)間地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；⑥有良好的再現(xiàn)性；⑦幾乎可以制造一切物質(zhì)的薄膜。（3）離子鍍離子鍍借助于一種惰性氣體的輝光放電使欲鍍金屬或合金蒸發(fā)離子化，在帶負(fù)電荷的基體（工件）上形成鍍膜。離子鍍膜的特點(diǎn)：①離子鍍膜附著力強(qiáng)；②均勻性好；③取材廣泛且能相互搭配；④整個(gè)工藝過(guò)程無(wú)污染。2.4.2化學(xué)氣相沉積（CVD）CVD（ChemicalVaporDeposition，化學(xué)氣相淀積），指把含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣及反應(yīng)所需其它氣體引入反應(yīng)室，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成薄膜的過(guò)程。CVD的特點(diǎn)：淀積溫度低，薄膜成份易控，膜厚與淀積時(shí)間成正比，均勻性，重復(fù)性好，臺(tái)階覆蓋性優(yōu)良。圖2-6為金剛石噴射裝置示意圖。由于低壓氣相沉積法是在金剛石處于亞穩(wěn)態(tài)條件下合成金剛石的，因此在金剛石相析出的同時(shí)，還會(huì)伴隨有非金剛石相——石墨的出現(xiàn)，后者的存在會(huì)抑制金剛石相的沉積，降低薄膜的質(zhì)量。因此，金剛石薄膜沉積技術(shù)的關(guān)鍵是能否抑制、去除石墨相。CH4氣在1200℃以下的溫度分解速度非常慢，而氣相沉積的溫度又要求控制在1200℃以下，因?yàn)樵诟哒婵罩校饎偸?300℃以上時(shí)便會(huì)逐漸石墨化，所以必須設(shè)法提高CH4在1200℃以下的分解速度，以得到實(shí)現(xiàn)金剛石沉積所必須的甲基CH3。金剛石中碳原子的外層電子處于SP3雜化狀態(tài)，而甲基CH3具有SP3雜化結(jié)構(gòu)，從而它就相當(dāng)于一個(gè)金剛石的活性種子，它分解便以金剛石的形式析出。在金剛石析出的同時(shí)，石墨也可能會(huì)沉積出來(lái)，要除去它必須依靠原子氫。CVD法中加入的碳?xì)浠衔镆粴錃饣旌蠚怏w，在低于常壓被加熱或放電時(shí)會(huì)生成原子氫。原子氫有抑制石墨碳與金剛石同時(shí)析出，促進(jìn)金剛石生長(zhǎng)的作用。圖2-6金剛石噴射裝置示意圖（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。2.5其它方法 主要是機(jī)械的、化學(xué)的、電化學(xué)的、物理的方法。其中的主要方法有以下幾種。2.5.1涂裝噴涂或刷涂方法，將涂料(有機(jī)或無(wú)機(jī))涂覆于工件表面而形成涂層的過(guò)程，稱為涂裝，如噴漆、刷漆等。如圖2-7所示為汽車的噴涂過(guò)程，圖中為機(jī)械手臂正在進(jìn)行噴涂。圖2-7汽車的噴涂過(guò)程載重汽車的主要涂裝件是前部駕駛室，涂裝要求最高；其他部件如車廂、車架等涂裝要求比駕駛室低。客車的涂裝與載貨汽車的涂裝有較大區(qū)別?？蛙囓嚿戆ù罅?、骨架、車廂內(nèi)部、車身外表面，其中以車身外表面要求較高。車身外表面不但要求具有良好的保護(hù)性和裝飾性，而且噴涂面積大、平面多，有兩種以上的顏色，有時(shí)還有汽車色帶。因此，施工周期比載貨汽車長(zhǎng)，施工要求比載貨汽車高，施工過(guò)程比載貨汽車復(fù)雜。轎車和小型旅行車，不論在表面裝飾性或底層保護(hù)性都比大型客車和載貨汽車的要求高。它的表面涂層屬于一級(jí)裝飾精度，具有美麗的外觀，光亮如鏡或光滑的表面，無(wú)細(xì)微的雜質(zhì)、擦傷、裂紋、起皺、起泡及肉眼可見(jiàn)的缺陷，并應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。底面涂層屬于優(yōu)良保護(hù)層，應(yīng)有優(yōu)良的防銹性和防腐蝕性，很強(qiáng)的附著力；局部或全部刮涂附著力好、機(jī)械強(qiáng)度高的膩?zhàn)?，使用?shù)年也不會(huì)出現(xiàn)銹蝕或脫落等現(xiàn)象。2.5.2激光表面處理激光表面處理工藝主要有激光相變硬化、激光熔融及激光表面沖擊三類。激光熔融又有激光表面熔融、激光表合金化和激光表面熔融。（1）激光熔凝技術(shù)激光熔凝處理是利用高能量密度的激光束掃描金屬材料表層使其快速熔化。從而造成熔化表層和基體之間很大的溫度梯度，待激光掃過(guò)后，熔化表層快速冷卻而凝固，形成極細(xì)的亞穩(wěn)相、過(guò)飽和相以至非晶相組織。這樣既可減少金屬表層的微孔和裂紋，提高抗腐蝕性能，又可提高表層的硬度和強(qiáng)度，特別對(duì)鑄造零件和焊縫的改性非常有效。例如，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的鑄鐵凸輪軸、摩擦飛輪等經(jīng)激光熔凝處理后，耐磨性和抗腐蝕性能都有明顯提高。激光熔凝處理工藝簡(jiǎn)單、成熟、易于控制，被加工件的熱影響區(qū)小，因而變形較小，但由于被加工件表面發(fā)生微熔，故平整表面的粗糙度會(huì)有所增加，需增加精磨等后續(xù)加工。（2）激光合金化激光合金化處理是利用激光作為熱源。使外加合金元素和基體金屬表層融合而形成一種新的合金層，獲得基體金屬所沒(méi)有的新性能：激光合金化技術(shù)具有很大的自由度，可根據(jù)不同的性能設(shè)計(jì)要求而采用不同的外加合金元素。從而使廉價(jià)的基體金屬得到優(yōu)異的表面性能，而且原料消耗很少，是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)而高效的表面處理技術(shù)。激光合金化技術(shù)常用于對(duì)性能要求比較苛刻的材料處理。如要求耐磨性很高的材料、工作在強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)氧化、高溫或其它復(fù)雜惡劣環(huán)境中的材料。因此，激光合金化技術(shù)在航空航天、兵器制造、汽車、模具；采掘機(jī)械制造等工業(yè)部門具有廣闊的應(yīng)用前景。（3）激光熔覆處理激光溶覆處理是根據(jù)工況對(duì)零件表面性能的要求，選擇相應(yīng)的涂敷材料(合金、陶瓷粉末或其它復(fù)合粉末)，先預(yù)涂在零件表面，然后用高能激光束進(jìn)行掃描，控制激光參數(shù)使涂敷材料完全熔化而基體微熔，隨后凝固形成和基體為冶金結(jié)合的涂敷層。目前更為先進(jìn)的激光熔覆工藝已不采用預(yù)涂的方法，而是采用同步送粉裝置，在激光束掃描基體表面使之熔化的同時(shí)，將涂敷材料的粉末噴注在激光熔池內(nèi)，可以一次獲得較厚的涂敷層。在實(shí)際應(yīng)用中，涂敷材料多選擇Co-Cr基、Ni-Cr基、Fe-Cr基合金粉末配以一定數(shù)量的陶瓷材料，如WC、TiC、Al2O3、VC、BN、ZrO2、SiC、B4C等，形成致密的超硬金屬陶瓷涂層，厚度可達(dá)零點(diǎn)一到十幾毫米之間。激光熔覆處理的應(yīng)用主要是高耐磨、抗腐蝕、抗氧化性要求更高的零件，如汽輪機(jī)葉片、電廠排粉機(jī)葉片（表面熔覆Co-Cr-Mo合金）、石油鉆頭、穿孔頂頭、高壓閥門密封面、軋輥、閥座、閥桿、泥漿泵和抽油泵內(nèi)壁。另外，激光熔覆技術(shù)對(duì)磨損報(bào)廢的零件進(jìn)行整體或局部修復(fù)十分有效。激光熔覆技術(shù)是一種發(fā)展?jié)摿O大的表面處理技術(shù)。激光表面處理技術(shù)與淬火、電鍍、噴涂等常規(guī)表面熱處理方法、以及與近代物理方法（PVD）、化學(xué)方法（CVD）相比，其優(yōu)越性通過(guò)下表可以看出。激光束這一領(lǐng)域快速提高了表面溫度（達(dá)1000K），薄層轉(zhuǎn)換成奧氏體。通過(guò)冷熱傳導(dǎo)去除能量導(dǎo)致自行誶滅，由此產(chǎn)生快速冷卻表面層和奧氏體轉(zhuǎn)換為馬氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程。激光硬化的基本目標(biāo)是提高耐磨性。磨損減少是基于激光硬化后的零件表面硬度高于磨損媒介的硬度。由于摩擦系數(shù)的降低，提高了抗粘磨損，同時(shí)可以提高其疲勞強(qiáng)度。（4）激光束加工的優(yōu)點(diǎn)激光束加工的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)主要有一下幾點(diǎn)：①不需要工具，適合于自動(dòng)化連續(xù)操作；②不受切削力影響，容易保證加工精度；③能加工所有材料；④加工速度快，效率高，熱影響區(qū)??；⑤可加工深孔和窄縫，直徑或?qū)挾瓤尚〉綆孜⒚祝疃瓤梢赃_(dá)到直徑或?qū)挾鹊?0倍以上；⑥可透過(guò)玻璃對(duì)工件進(jìn)行加工；⑦工件可以不放在真空室中，也不需要用X射線進(jìn)行防護(hù)，裝置較為簡(jiǎn)單；⑧激光束傳遞方便，容易控制。2.5.3電泳及靜電噴涂（1）電泳工件作為一個(gè)電極放入導(dǎo)電的水溶性或水乳化的涂料中，與涂料中另一電極構(gòu)成電解電路。在電場(chǎng)作用下，涂料溶液中已離解成帶電的樹(shù)脂離子，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)。這些帶電荷的樹(shù)脂離子，連同被吸附的顏料粒子一起電泳到工件表面，形成涂層，這一過(guò)程稱為電泳。（2）靜電噴涂在直流高電壓電場(chǎng)作用，霧化的帶負(fù)電的油漆粒子定向飛往接正電的工件上，從而獲得漆膜的過(guò)程，稱為靜噴涂。然而，所有上述種類的劃分不是絕對(duì)的。如表面處理技術(shù)還可劃分為狹義表面改性技術(shù)、薄膜技術(shù)、涂鍍層技術(shù)三大技術(shù)：①狹義表面改性技術(shù)表面改性和表面轉(zhuǎn)化兩個(gè)方面的技術(shù)都可屬于表面改性技術(shù)。實(shí)際上“表面改性”是一個(gè)具有較為廣泛涵義的技術(shù)名詞，它可泛指“經(jīng)過(guò)特殊表面處理以得到某種特殊性能的技術(shù)”。因此，有許多表面涂鍍層技術(shù)或薄膜技術(shù)也可看作表面改性技術(shù)。為了使各類技術(shù)歸類完整，這里所說(shuō)的表面改性技術(shù)是指“表面覆蓋”以外的，通過(guò)用機(jī)械、物理、化學(xué)等方法，改變材料表面的形貌、化學(xué)成分、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)或應(yīng)力狀態(tài)，來(lái)獲得某種特殊性能的表面處理技術(shù)。②薄膜技術(shù)：主要包括圖中的溶膠-凝膠法制備薄膜、真空物理沉積和化學(xué)氣相沉積中的技術(shù)。③涂鍍層技術(shù)：主要包括圖中的涂料涂層、電化學(xué)及化學(xué)沉積、熱噴涂中所列出的技術(shù)。表面工程技術(shù)為各個(gè)領(lǐng)域、各行各業(yè)高技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了新天地。它所形成的表面改性層、薄膜和涂鍍層幾乎擴(kuò)展到所能設(shè)想到的每個(gè)方面，同時(shí)其基礎(chǔ)理論也在不斷豐富和發(fā)展。主要領(lǐng)域包括：1）通過(guò)電沉積工藝在金屬（后發(fā)展到在塑料、陶瓷等非金屬材料）基體表面制造多種金屬或合金涂層；2）在鋼鐵或其他基材表面涂刷涂料來(lái)獲得漆膜，僅涂料一項(xiàng)，全球主要工業(yè)國(guó)家統(tǒng)計(jì)1997年產(chǎn)量已達(dá)140億升；3）通過(guò)涂刷油、蠟、脂在材料表面得到各類防銹潤(rùn)滑作用的涂膜；4）通過(guò)化學(xué)氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、磁控（電控）濺射等獲得多種性能或用途的薄膜。據(jù)BBCInc統(tǒng)計(jì)全球1995年CVD、PVD和離子注入業(yè)的設(shè)備材料銷售值近90億美元，到2000年達(dá)150億美元，年增長(zhǎng)率7.4%，大于工業(yè)平均增長(zhǎng)率。涂層材料品種的發(fā)展也很快，已有單一金屬、多種合金、高分子聚合物、工程塑料、合成橡膠、陶瓷、金屬陶瓷、無(wú)機(jī)硅酸鹽及具有特殊光、磁、電性能等等材料。同時(shí)制造涂層和薄膜的工藝技術(shù)和工藝方法亦愈來(lái)愈多，有電沉積、化學(xué)沉積、真空沉積、浸鍍、刷鍍、靜電噴涂、電泳、電弧噴涂、等離子噴涂、爆炸噴涂、超音速噴涂、熱熔敷、激光熔覆等。各類制造涂層與薄膜的工藝技術(shù)促進(jìn)了相應(yīng)工程裝備的發(fā)展，工程技術(shù)界不斷推陳出新，各類加工制造用設(shè)備愈來(lái)愈先進(jìn)。值得一提的是，由于表面涂層、表面薄膜、表面改性在材料科學(xué)上的巨大發(fā)展?jié)摿?，已涌現(xiàn)出將多種表面工程技術(shù)復(fù)合而形成的復(fù)合表面處理技術(shù)。目前已開(kāi)發(fā)的一些復(fù)合表面處理如等離子噴涂與激光輻照復(fù)合、熱噴涂與噴丸復(fù)合、化學(xué)熱處理與電鍍復(fù)合、激光淬火與化學(xué)熱處理復(fù)合、化學(xué)熱處理與氣相沉積復(fù)合等，已經(jīng)取得良好效果，有的還收到了意想不到的效果。

第三章表面改性技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用汽車零件的表面處理技術(shù)，是通過(guò)表面涂覆、表面改性或復(fù)合處理技術(shù)，改變零件表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。從表面處理的方式上，又可分為：化學(xué)方法、物理方法物理化學(xué)方法和機(jī)械方法。雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但在汽車零件制造中應(yīng)用較多的主要的滲氮、滲碳和氣相沉積。3.1汽車零件的真空熱處理技術(shù)真空熱處理技術(shù)是近些年發(fā)展起來(lái)的一種新型的熱處理技術(shù)，它所具備的特點(diǎn)，正是模具制造中所迫切需要的，比如防止加氧化和不脫碳、真空脫氣或除氣，消除氫脆，從而提高材料（零件）的塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度。真空加熱緩慢、零件內(nèi)外溫差較小等因素，決定了真空熱處理工藝造成的零件變形小等。按采用的冷卻介質(zhì)不同，真空淬火可分為真空油冷淬火、真空氣冷淬火、真空水冷淬火和真空硝鹽等溫淬火。汽車零件真空熱處理中主要應(yīng)用的是真空油冷淬火、真空氣冷淬火和真空回火。為保持工件（如汽車零件）真空加熱的優(yōu)良特性，冷卻劑和冷卻工藝的選擇及制定非常重要，零件淬火過(guò)程主要采用油冷和氣冷。對(duì)于熱處理后不再進(jìn)行機(jī)械加工的零件工作面，淬火后盡可能采用真空回火，特別是真空淬火的工件（汽車零件），它可以提高與表面質(zhì)量相關(guān)的機(jī)械性能。如疲勞性能、表面光亮度、腐蝕性等。熱處理過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)（包括組織模擬和性能預(yù)測(cè)技術(shù)）的成功開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，使得零件的智能化熱處理成為可能。由于零件生產(chǎn)的小批量（甚至是單件）、多品種的特性，以及對(duì)熱處理性能要求高和不允許出現(xiàn)廢品的特點(diǎn)，又使得零件的智能化處理成為必須。零件的智能化熱處理包括：明確零件的結(jié)構(gòu)、用材、熱處理性能要求：零件加熱過(guò)程溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)分布的計(jì)算機(jī)模擬；零件冷卻過(guò)程溫度場(chǎng)、相變過(guò)程和應(yīng)力場(chǎng)分布的計(jì)算機(jī)模擬；加熱和冷卻工藝過(guò)程的仿真；淬火工藝的制定；熱處理設(shè)備的自動(dòng)化控制技術(shù)。國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、日本等，在真空高壓氣淬方面，已經(jīng)開(kāi)展了這方面的技術(shù)研發(fā)。3.2應(yīng)用在汽車領(lǐng)域的離子氮化技術(shù)滲氮工藝有氣體滲氮、離子滲氮、液體滲氮等方式。每一種滲氮方式中，都有若干種滲氮技術(shù)，可以適應(yīng)不同鋼種不同工件的要求。由于滲氮技術(shù)可形成優(yōu)良性能的表面，并且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協(xié)調(diào)，同時(shí)滲氮溫度低滲氮后不需激烈冷卻，零件的變形極小，因此零件的表面強(qiáng)化是采用滲氮技術(shù)較早，也是應(yīng)用最廣泛的。零件滲碳的目的，主要是為了提高零件的整體強(qiáng)韌性，即零件的工作表面具有高的強(qiáng)度和耐磨性。由此引入的技術(shù)思路是，用較低級(jí)的材料，即通過(guò)滲碳淬火來(lái)代替較高級(jí)別的材料，從而降低制造成本。離子滲氮作為強(qiáng)化金屬表面的一種化學(xué)方法，廣泛適用于鑄鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼及鈦合金等，如圖3-1所示為離子滲氮處理后的活塞環(huán)。零件經(jīng)離子滲氮處理后，可顯著提高材料表面的硬度，使其具有高的耐磨性、疲勞強(qiáng)度，抗蝕能力及抗燒傷性等。圖3-1離子滲氮處理后的活塞環(huán)離子氮化作為七十年代興起的一種新型滲氮方法，與氣體滲氮相比具有滲氮速度快、滲氮層組織易于控制、脆性小、無(wú)環(huán)境污染、節(jié)約電能，氣源、變形小等優(yōu)點(diǎn)。脈沖電源用于離子滲氮，則是近十年來(lái)離子滲氮技術(shù)的發(fā)展，它能進(jìn)一步節(jié)約能源、提高工作效率（縮短打弧時(shí)間）、工藝參數(shù)獨(dú)立可調(diào)便于操作、滲件表面質(zhì)量好、更利于深孔，狹縫滲氮。3.2.1離子氮化及優(yōu)點(diǎn)離子氮化是由德國(guó)人B.Berghaus于1932年發(fā)明的。該法是在0.1～10Torr（Torr=133.3Pa）的含氮?dú)夥罩校誀t體為陽(yáng)極，被處理工件為陰極，在陰陽(yáng)極間加上數(shù)百伏的直流電壓，由于輝光放電現(xiàn)象便會(huì)產(chǎn)生象霓紅燈一樣的柔光覆蓋在被處理工件的表面。此時(shí)，已離子化了的氣體成分被電場(chǎng)加速，撞擊被處理工件表面而使其加熱。同時(shí)依靠濺射及離子化作用等進(jìn)行氮化處理。離子氮化法與以往的靠分解氨氣或使用氰化物來(lái)進(jìn)行氮化的方法截然不同，作為一種全新的氮化方法，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、精密儀器、擠壓成型機(jī)、模具等許多領(lǐng)域，而且其應(yīng)用范圍仍在日益擴(kuò)大。離子氮化法具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：（1）由于離子氮化法不是依靠化學(xué)反應(yīng)作用，而是利用離子化了的含氮?dú)怏w進(jìn)行氮化處理，所以工作環(huán)境十分清潔而無(wú)需防止公害的特別設(shè)備。因而，離子氮化法也被稱作二十一世紀(jì)的“綠色”氮化法。（2）由于離子氮化法利用了離子化了的氣體的濺射作用，因而與以往的氮化處理相比，可顯著的縮短處理時(shí)間（離子滲氮的時(shí)間僅為普通氣體滲氮時(shí)間的1/3～1/5）。（3）于離子氮化法利用輝光放電直接對(duì)工件進(jìn)行加熱，也無(wú)需特別的加熱和保溫設(shè)備，且可以獲得均勻的溫度分布，與間接加熱方式相比加熱效率可提高2倍以上，達(dá)到節(jié)能效果（能源消耗僅為氣體滲氮的40～70％）。（4）由于離子氮化是在真空中進(jìn)行，因而可獲得無(wú)氧化的加工表面，也不會(huì)損害被處理工件的表面光潔度。而且由于是在低溫下進(jìn)行處理，被處理工件的變形量極小，處理后無(wú)需再行加工，極適合于成品的處理。（5）通過(guò)調(diào)節(jié)氮、氫及其他（如碳、氧、硫等）氣氛的比例，可自由地調(diào)節(jié)化合物層的相組成，從而獲得預(yù)期的機(jī)械性能。（6）離子氮化從380℃起即可進(jìn)行氮化處理，此外，對(duì)鈦等特殊材料也可在850℃的高溫下進(jìn)行氮化處理，因而適應(yīng)范圍十分廣泛。（7）由于離子氮化是在低氣壓下以離子注入的方式進(jìn)行，因而耗氣量極少。3.2.2零件離子氮化處理后的常見(jiàn)缺陷（1）硬度偏低生產(chǎn)實(shí)踐中，工件氮化后其表面硬度有時(shí)達(dá)不到工藝規(guī)定的要求，輕者可以返工，重者則造成報(bào)廢。造成硬度偏低的原因是多方面的：有設(shè)備方面的原因，如系統(tǒng)漏氣造成氧化；有選材方面的原因，如材料選擇不恰當(dāng)；有前期熱處理方面的原因，如基本硬度太低，表面脫碳等；有工藝方面的原因，如氮化溫度過(guò)高或過(guò)低，時(shí)間短或氮?jiǎng)莶蛔愣斐蓾B層太薄等等。只有根據(jù)具體情況，找準(zhǔn)原因，問(wèn)題才會(huì)得以解決。（2）硬度和滲層不均勻裝爐方式不當(dāng)，氣壓調(diào)節(jié)不當(dāng)（如供氣量過(guò)大），溫度不均，小孔、窄縫未屏蔽造成局面過(guò)熱等均會(huì)造成硬度和滲層不均勻。（3）變形差變形是難以杜絕的，對(duì)易變形件，采取以下措施，有利于減小變形。氮化前應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化處理(處理次數(shù)可以是幾次)直至將氮化前的變形量控制在很小的范圍內(nèi)(一般不應(yīng)超過(guò)氮化后允許變形量的50％)；氮化過(guò)程中的升、降溫速度應(yīng)緩慢；保溫階段盡量使工件各處的溫度均勻一致。對(duì)變形要求嚴(yán)格的工件，如果工藝許可，盡可能采用較低的氮化溫度。（4）外觀質(zhì)量差氮化件出爐后首先用肉眼檢查外觀質(zhì)量，鋼鐵零件經(jīng)氮化處理后表面通常呈銀灰色或暗灰色（不同材質(zhì)的工件，離子氮化后其表面顏色略有區(qū)別），鈦及鈦合金件表面應(yīng)呈金黃色。離子滲氮后工件表面不應(yīng)有明顯的電弧燒傷和剝落等缺陷，這些要求在正常情況下是完全可以達(dá)到的。不正常的氮化顏色有以下一些情況：①表面電弧燒傷：主要是由于工件表面、工件上的小孔中或焊接件的空腔內(nèi)及組合件的接合面上存在含油雜質(zhì)，引起強(qiáng)烈弧光放電所致。②表面剝落起皮：產(chǎn)生起皮的機(jī)理還不十分清楚，但在生產(chǎn)實(shí)踐中，工件表面清理不凈、脫碳或氣份中含氧量過(guò)多、氮化溫度過(guò)高等有時(shí)會(huì)產(chǎn)生起皮。③表面發(fā)藍(lán)或呈紫藍(lán)色這是氧化造成的，如果氧化是在氮化結(jié)束后停爐過(guò)程中產(chǎn)生的，則僅影響外觀質(zhì)量，對(duì)滲層硬度、深度無(wú)影響。如果氧化是在氮化過(guò)程中產(chǎn)生的，則將不僅影響到產(chǎn)品外觀，而且將直接影響到滲層硬度和深度。表面發(fā)藍(lán)的原因可能有：爐子系統(tǒng)漏氣，氣氛中含水及含氧量過(guò)多；工件各處的溫度不均勻，溫度過(guò)低的部位由于滲氮較弱而呈綠色；冷卻時(shí)工件各部位冷速不一致，冷得慢的部位可能呈藍(lán)色。④表面發(fā)黑這對(duì)將氮化作為最后一道工序的零件將影響外觀，但一般不影響滲層硬度和深度。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是：爐子系統(tǒng)漏氣，氣氛中含水量及含氧量過(guò)高；溫度過(guò)高；工件上的油污及氧化皮未去凈等。3.2.3離子氮化后零件的腫脹現(xiàn)象及防治對(duì)策腫脹的本質(zhì)離子氮化后零件的腫脹實(shí)際上是零件尺寸變化的一種表現(xiàn)形式。尺寸變化是由于氮化時(shí)工件表面吸收了大量的氮原子，生成各種氮化物或工件表層原始組織的晶格常數(shù)增大所致，宏觀上則表現(xiàn)為表層體積的略微增加。氮化后零件的腫脹是一種普遍現(xiàn)象。各種氮化方法（氣體氮化、液體氮化和離子氮化）處理后的零件或多或少總會(huì)存在一定的腫脹。但應(yīng)該說(shuō)明的是：離子氮化后零件的腫脹量較其它氮化方法要小。這是因?yàn)椋弘x子氮化中的“陰極濺射”有使尺寸縮小的作用，因而抵消了一部分氮化腫脹量。影響腫脹的因素氮化后尺寸的脹大量取決于零件表層的吸氮量。因而，影響吸氮量的因素均是影響腫脹的因素。影響腫脹的因素主要有：材料中合金元素的含量、氮化溫度、氮化時(shí)間、氮化氣氛中的氮?jiǎng)莸取２牧现泻辖鹪睾吭礁?，零件氮化后的腫脹越大。氮化溫度愈高、氮化時(shí)間愈長(zhǎng)，零件氮化后的腫脹愈大。氮化氣氛的氮?jiǎng)菰礁?，零件氮化后的腫脹愈大。腫脹的防治辦法前以述及，腫脹是氮化過(guò)程中一種必然的現(xiàn)象，因此要徹底杜絕腫脹是不現(xiàn)實(shí)的。我們此處所說(shuō)的“防治”主要有兩種含義：一是盡可能減小腫脹量；二是在腫脹不可避免的情況下，掌握腫脹規(guī)律，省去氮化后的再次加工。（1）減小腫脹的方法①根據(jù)工件的服役條件，正確選用材料。避免因追求工件性能而盲目使用“好”材料（高合金鋼）的現(xiàn)象。②根據(jù)工件的服役條件，提出合理的氮化要求，避免片面追求氮化層深度和硬度的現(xiàn)象。③正確做好氮化前的預(yù)先熱處理工作和“穩(wěn)定化”處理，預(yù)先熱處理工藝參數(shù)的制定必須正確，操作必須合理。對(duì)形狀復(fù)雜的零件，在最終精加工前必須進(jìn)行一次或幾次“穩(wěn)定化”處理。④在工藝允許的前提下，適當(dāng)降低氮化溫度，縮短氮化時(shí)間。⑤在保證氮化層性能的前提下，調(diào)整氮化氣氛。⑥合理裝爐，確保同爐工件溫度的均勻性。（2）腫脹規(guī)律，省去氮化后的再次加工一般說(shuō)來(lái)，在選材、工藝制定正確的前提下，如能合理裝爐，正確操作，則工件的腫脹是有一定規(guī)律的。掌握了腫脹的規(guī)律后，即可在氮化處理前的最后一道加工工序中根據(jù)腫脹量使工件尺寸處于負(fù)偏差，工件經(jīng)氮化處理后尺寸可正好處于要求的尺寸公差范圍內(nèi)，因而可省去氮化后的再次加工。3.2.4離子氮化脈沖電源的優(yōu)點(diǎn)脈沖電源離子氮化技術(shù)的特點(diǎn)與直流離子氮化相比，脈沖電源使離子氮化工藝得到了進(jìn)一步的發(fā)展，并在直流離子氮化技術(shù)基礎(chǔ)上拓寬了應(yīng)用范圍。脈沖電源離子氮化技術(shù)具有如下一些特點(diǎn)：（1）工藝參數(shù)獨(dú)立可調(diào)，脈沖電源的優(yōu)點(diǎn)之一是工藝參數(shù)與物理參數(shù)獨(dú)立可調(diào)。這是因?yàn)樵谥绷麟娫礂l件下，既要滿足零件表面的電流密度要求，又要滿足零件保溫電流密度的要求，兩者相互影響。而在脈沖電源條件下，電流密度由峰值電流滿足，保溫電流由平均電流滿足，可由兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)分別調(diào)節(jié)。因此，工藝參數(shù)可在較大范圍內(nèi)變動(dòng)。（2）打弧速度快，脈沖電源的輸出特性，自身就有抑制電弧迅速發(fā)展的特點(diǎn)，由于IGBT開(kāi)關(guān)響應(yīng)速度極快，這更利于我們一旦發(fā)現(xiàn)弧光放電就立即關(guān)斷電源，然后重新點(diǎn)燃電源，這些工作均在幾十微秒內(nèi)完成。（3）無(wú)需堵孔，由于脈沖電源對(duì)弧光放電的抑制作用，因此對(duì)于很多零件無(wú)需堵孔，這樣給生產(chǎn)操作帶來(lái)很大的方便。例如處理曲軸時(shí)就不需堵孔，而當(dāng)曲軸上存在有一些為提高零件性能的工藝孔時(shí)，這種優(yōu)點(diǎn)就顯得更為突出。（4）處理質(zhì)量好、變形小，利于提高層深，由于脈沖電源對(duì)弧光發(fā)電的抑制作用，弧光在零件表面作用的時(shí)間極短，可獲得高質(zhì)量的表面，絕無(wú)灼傷。并且提高了工件溫度的均勻性，零件變形小。由于其改善了工藝條件，在相同的時(shí)間內(nèi)或者不利于氮化的條件下，能提高層深。（5）能提高設(shè)備的利用率，在直流電源的條件下，由于工藝參數(shù)和物理參數(shù)的相互影響，在保溫時(shí)電壓的調(diào)節(jié)范圍通常在650V左右，而采用脈沖電源，電壓調(diào)節(jié)范圍將提高，例如在處理狹縫時(shí)可將電壓提高到900V，增加了電源的有效輸出。（6）有利于深孔、窄縫、微孔的滲氮，由于脈沖電源對(duì)空心陰極效應(yīng)的抑制作用，可在深孔、窄縫、微孔內(nèi)實(shí)現(xiàn)氮化。例如可在型腔≥0.6mm的鋁型材擠壓模和Ф4×80（