金屬材料的表面處理

金屬材料的表面處理第一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五課題5金屬材料的表面處理課題引入

課題說明

課題目標

5.1金屬材料表面處理概述

5.2表面淬火

5.3表面化學熱處理技術(shù)

5.4化學氧化與磷化處理

5.5電鍍技術(shù)

5.6表面氣相沉積技術(shù)

5.7其他表面處理技術(shù)

5.1思考題第二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.1金屬材料表面處理概述5.1.1表面處理技術(shù)的作用

5.1.2表面處理技術(shù)的分類第三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.1.1表面處理技術(shù)的作用１.提高表面耐蝕性和耐磨性，減緩、消除和修復材料表面的變化及損傷

２.使普通材料獲得具有特殊功能的表面

３.表面處理技術(shù)可用于節(jié)約能源，降低成本，改善環(huán)境第四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.1.2表面處理技術(shù)的分類(１)表面合金化技術(shù)包括噴焊、堆焊、離子注入、激光熔覆等。

(２)表面覆蓋與覆膜技術(shù)包括電鍍、化學鍍、化學轉(zhuǎn)化膜、氣相沉積等。

(３)表面組織轉(zhuǎn)化技術(shù)包括表面淬火、化學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)。

(１)表面熱處理(如表面淬火、表面化學熱處理等)。

(２)電鍍與化學鍍(如純金屬電鍍、合金電鍍、電刷鍍等)。

(３)化學轉(zhuǎn)化膜(如化學氧化處理、磷化處理等)。

(４)氣相沉積(如化學氣相沉積、物理氣相沉積等)。

(５)形變強化(如噴丸、機械鍍等)。第五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.1.2表面處理技術(shù)的分類(６)熱噴涂(如火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂等)。

(７)堆焊(如手工堆焊、埋弧堆焊、等離子堆焊等)。

(８)高能束技術(shù)(如激光表面合金化、激光熔覆、離子注入等)。第六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.2表面淬火5.2.1火焰淬火

5.2.2感應淬火第七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.2.1火焰淬火１.火焰淬火原理

２.火焰淬火方法及應用

３.火焰淬火操作要點及注意事項

４.火焰淬火的特點第八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五１.火焰淬火原理圖5-1火焰淬火示意圖第九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五２.火焰淬火方法及應用(１)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5-2a所示)。圖5-2火焰表面淬火方法示意圖第十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五２.火焰淬火方法及應用(２)前進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。

(３)旋轉(zhuǎn)法用一個或幾個固定火焰噴嘴對旋轉(zhuǎn)零件表面進行加熱，表面加熱至淬火溫度后進行冷卻(如圖5-2c所示)。

(４)聯(lián)合法淬火零件繞其軸線旋轉(zhuǎn)，噴嘴和噴水裝置同時沿零件軸線移動(如圖所示)。第十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五３.火焰淬火操作要點及注意事項(１)對被淬火表面預先進行認真清理和檢查，淬火部位不允許有脫碳層、氧化皮、氣孔、砂眼和裂紋等缺陷。

(２)根據(jù)零件淬火部位及技術(shù)要求選擇合適的噴嘴。

(３)在淬火前零件一般應進行預備熱處理，如正火或調(diào)質(zhì)處理，以保證零件心部的強度和韌性。

(４)合理調(diào)整氧、乙炔混合氣。

(５)火焰淬火溫度比普通淬火溫度要高，一般取880～950℃。

(６)合理選擇淬火介質(zhì)。

(７)工作結(jié)束后，先關(guān)斷氧氣，再關(guān)斷乙炔，等熄滅后再開少量氧氣吹出燒嘴中剩余氣體，最后再關(guān)掉氧氣。

(８)工件淬火后必須立即回火，以消除應力，防止開裂。第十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五４.火焰淬火的特點火焰淬火的主要特點為：①設(shè)備簡單、體積小、成本低、使用方便，受工件體積大小的限制；②淬火后表面清潔，很少氧化與脫碳，變形小；③操作簡便，工藝靈活，淬火成本低；④火焰加熱溫度高、加熱快、生產(chǎn)效率高；⑤加熱溫度和淬硬層深度不容易控制，質(zhì)量不穩(wěn)定。所以，火焰淬火一般用于單件、小批量生產(chǎn)以及大型工件（如大模數(shù)齒輪、大軸軸頸）的表面淬火。第十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.2.2感應淬火１.感應淬火原理

２.常用感應淬火方法及應用

３.感應淬火的特點第十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五１.感應淬火原理感應淬火是利用感應電流通過零件所產(chǎn)生的熱效應，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，如圖5〖KG*8〗3所示。感應淬火是目前應用最廣泛的一種表面淬火。當一定頻率的電流通過空心銅管制成的感應器時，在感應器的內(nèi)部及周圍便產(chǎn)生一個交變磁場，于是，在工件內(nèi)部產(chǎn)生了同頻率的感應電流。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。依靠感應電流的熱效應，可將工件表層迅速加熱到淬火溫度，而此時心部溫度還很低，淬火介質(zhì)通過感應器內(nèi)側(cè)的小孔及時噴射到工件上，形成淬硬層。感應電流頻率越高，電流透入深度越小，工件加熱層越薄，淬硬層越淺。因此，感應加熱進入工件表層的深度主要取決于電流頻率。第十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五２.常用感應淬火方法及應用(１)工頻感應淬火電流頻率為50Hz，可獲得10～15mm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。

(２)中頻感應淬火常用電流頻率為2500～8000Hz，可獲得3～6mm深的淬硬層，主要用于要求淬硬層較深的零件，如發(fā)動機曲軸、凸輪軸、大模數(shù)齒輪、較大尺寸的軸和鋼軌的表面淬火。

(３)高頻感應淬火常用電流頻率為200～300kHz，可獲得的表面淬硬層深度為0.5～2mm，主要用于中小模數(shù)齒輪和小軸的表面淬火。第十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五３.感應淬火的特點圖5-3感應淬火示意圖

1—加熱淬火層2—水3—間隙4—工件

5—加熱感應圈6—進水7—出水

8—淬火噴水套9—水第十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五３.感應淬火的特點圖5-4高頻感應加熱設(shè)備第十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.3表面化學熱處理技術(shù)(1)分解富有滲入元素的介質(zhì)在一定的條件下進行化學反應，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)，這一過程的進行必須具備下列兩個條件：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，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，并達到一定的濃度和深度。

(1)強化工件表面提高工件表層的力學性能，如表層硬度、耐磨性、疲勞強度等。第十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.3表面化學熱處理技術(shù)(2)保護工件表面改善工件表層的物理、化學性能，如耐高溫及耐蝕性等。

5.3.1滲碳技術(shù)

5.3.2滲氮技術(shù)

5.3.3碳氮共滲技術(shù)

5.3.4滲硼技術(shù)第二十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.3.1滲碳技術(shù)(１)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)進行的，如圖5-5所示。

(２)氣體滲碳氣體滲碳是指零件在氣體滲碳劑中進行滲碳的工藝。第二十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.3.1滲碳技術(shù)表5-1常見滲碳用鋼及其用途第二十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.3.1滲碳技術(shù)圖5-5固體滲碳箱

1—滲碳劑2—工件3—箱體4～6mm

鐵板4—泥封5—試棒?10mm

6—蓋：鐵板厚6～8mm第二十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五(２)氣體滲碳氣體滲碳是指零件在氣體滲碳劑中進行滲碳的工藝。圖5-6井式氣體滲碳爐

1—風扇電動機2—廢氣火焰3—爐蓋4—砂封5—電阻絲

6—耐熱罐7—工件8—爐體第二十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五(２)氣體滲碳氣體滲碳是指零件在氣體滲碳劑中進行滲碳的工藝。圖5-7氣體滲碳典型工藝曲線第二十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五(２)氣體滲碳氣體滲碳是指零件在氣體滲碳劑中進行滲碳的工藝。1)排氣階段零件在裝爐時使爐溫下降，同時帶入大量空氣。2)強滲階段到溫后保溫約30min，排氣階段結(jié)束即關(guān)閉排氣孔，進入強滲階段。

3)擴散階段進入擴散階段應減少煤油滴量，使表面高濃度的碳向心部擴散，同時滴入少量甲醇，最終達到規(guī)定的滲層深度和合適的碳濃度分布。

4)降溫階段提前0.5～1h檢查試棒，當滲層深度達到規(guī)定要求時間時即可降溫出爐。第二十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.3.2滲氮技術(shù)１.氣體滲氮

２.離子滲氮第二十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五１.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、9—U形氣壓計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—氨氣瓶第二十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五２.離子滲氮圖5-9離子滲氮裝置

1—溫度表2—熱電偶3—接真空系統(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—溫度控制器第二十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.3.3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，僅是滲氮時間的1/3～1/4。

(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)不受鋼種的限制第三十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五(4)不受鋼種的限制表5-2幾種表面熱處理工藝的比較第三十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.3.4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，顯微硬度可達1290～2300HV，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。

１.固體滲硼第三十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.3.4滲硼技術(shù)２.液體滲硼液體滲硼包括鹽浴滲硼和電解鹽浴滲硼。鹽浴滲硼是利用硼砂作為供硼源，無水硼砂（Na2B4O7）在高溫熔融狀態(tài)和還原劑作用下，有活性硼原子產(chǎn)生。在高溫下游離狀態(tài)的活性硼原子，被工件表面吸附，與鐵原子生成硼化物FeB和Fe2B。鹽浴滲硼多采用坩堝電阻爐，而且多是自制設(shè)備。爐內(nèi)放置鹽浴坩堝，為了防止腐蝕，鹽浴坩堝必須用不銹鋼制作。滲硼溫度為〖WTBZ〗900～1000℃〖WTBZ〗，時間為4～6h。鹽浴配制完成后加熱到滲硼溫度，保溫05h，再攪拌一次，方可放入滲硼工件。滲硼工件要吊裝在坩堝內(nèi)，每隔05～1h將工件適當?shù)匾苿樱员ＷC滲硼層均勻。達到滲硼保溫時間后，即可出爐。不需淬火的工件從鹽浴中取出，空冷，由于有粘在工件上的鹽浴液保護，滲硼層不致?lián)p壞。需要淬火的工件應立即轉(zhuǎn)入中性鹽浴中加熱，然后淬火。電解鹽浴滲硼時，以浸在熔融硼砂中的工件作陰極，石墨坩堝作陽極，電流密度為（015～02）A/cm2，處理溫度為930～950℃，時間為2～6h，可得滲層深015～035mm。電解滲硼速度快，滲劑便宜，滲層深，易調(diào)節(jié)，但滲層欠均勻，坩堝壽命較短。氣體滲硼與固體滲硼的區(qū)別是供硼劑為氣體。氣體滲硼需用易爆的乙硼烷或有毒的氯化硼，在工業(yè)生產(chǎn)上很少使用。工件滲硼后一般應進行淬火和回火處理。熱處理使基體發(fā)生相變，而硼化物層不發(fā)生相變，因硼化物與基體的膨脹系數(shù)差別較大，滲層易開裂，所以要盡量使用緩和的淬火介質(zhì)，并及時回火。鹽浴滲硼具有設(shè)備簡單，用鹽資源豐富，成本低，無公害等優(yōu)點。適合滲硼的材料十分廣泛，幾乎所有鋼鐵材料，如結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、模具鋼、鑄鐵均可進行滲硼，硬質(zhì)合金、有色金屬也可以進行滲硼。第三十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五１.固體滲硼固體滲硼是將工件埋入含硼的粉末或顆粒介質(zhì)中，或在其表面涂以含硼膏劑，裝箱密封再加熱保溫的化學熱處理工藝。固體滲硼不需要專用設(shè)備，操作方便，適應性強。但固體滲硼勞動強度大、工作條件差、成本較高。固體滲硼分為粉末滲硼和膏劑滲硼。粉末滲劑一般由供硼劑（硼粉、碳化硼B(yǎng)4C、硼鐵合金B(yǎng)Fe、硼砂Na2B4O7等）、活化劑（氟硼酸鹽、冰晶石、氟化物、氯化物、碳酸鹽等）和填充劑（三氧化二鋁Al2O3、碳化硅SiC、木炭、煤粉等）組成。滲硼用鐵箱可用低碳鋼板焊制。裝箱方法與固體滲碳相似，先在箱底鋪上一層厚20～30mm的滲硼劑后，再放入工件。工件與箱壁、工件與工件之間要保持10～15mm的間隙，然后填充滲硼劑。蓋上箱蓋后用耐火泥或黃土泥密封。對于大型凹模的模腔，因非工作部位不需滲硼，所以只在模腔內(nèi)填充滲硼劑，其他部位用木炭填充，防止表面脫碳。操作時，為了防止活化劑過早分解，影響滲硼效果，要先將爐升溫，采用熱爐裝箱。粉末滲硼的溫度一般為850～950℃。提高滲硼溫度可以縮短滲硼時間，但會引起晶粒粗大。滲硼保溫時間一般為3～5h，最長不超過6h，滲硼層的厚度為007～015mm。工件經(jīng)固體滲硼后，最好采用滲箱出爐空冷，至300～400℃以下開箱取出工件，滲硼工件表面呈光亮的銀灰色。膏劑滲硼所用膏劑是粉末滲硼劑與粘結(jié)劑（常用的有松香酒精溶液、硅酸乙酯水溶液等）混合制成的膏狀物。滲硼前將工件去銹、脫脂清洗干凈后，再將膏劑涂于工件表面，涂層厚度為1～2mm，經(jīng)自然干燥或在≤150℃烘箱中烘干后便可裝箱。對不需要滲硼的部位，可用三氧化二鋁與水玻璃調(diào)成糊狀進行保護。工件與箱底、箱壁應保持20～30mm距離。蓋箱后用水玻璃調(diào)制耐火土或黃土泥密封，然后裝入已升溫到滲硼溫度的箱式電爐中加熱。膏劑滲硼溫度常用930～950℃，保溫時間為3～6h，溫度過高或保溫時間過長將引起滲硼層脆性增大，反之滲層過薄。第三十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五２.液體滲硼液體滲硼包括鹽浴滲硼和電解鹽浴滲硼。鹽浴滲硼是利用硼砂作為供硼源，無水硼砂（Na2B4O7）在高溫熔融狀態(tài)和還原劑作用下，有活性硼原子產(chǎn)生。在高溫下游離狀態(tài)的活性硼原子，被工件表面吸附，與鐵原子生成硼化物FeB和Fe2B。鹽浴滲硼多采用坩堝電阻爐，而且多是自制設(shè)備。爐內(nèi)放置鹽浴坩堝，為了防止腐蝕，鹽浴坩堝必須用不銹鋼制作。滲硼溫度為900～1000℃，時間為4～6h。鹽浴配制完成后加熱到滲硼溫度，保溫05h，再攪拌一次，方可放入滲硼工件。滲硼工件要吊裝在坩堝內(nèi)，每隔05～1h將工件適當?shù)匾苿?，以保證滲硼層均勻。達到滲硼保溫時間后，即可出爐。不需淬火的工件從鹽浴中取出，空冷，由于有粘在工件上的鹽浴液保護，滲硼層不致?lián)p壞。需要淬火的工件應立即轉(zhuǎn)入中性鹽浴中加熱，然后淬火。電解鹽浴滲硼時，以浸在熔融硼砂中的工件作陰極，石墨坩堝作陽極，電流密度為（015～02）A/cm2，處理溫度為930～950℃，時間為2～6h，可得滲層深015～035mm。電解滲硼速度快，滲劑便宜，滲層深，易調(diào)節(jié)，但滲層欠均勻，坩堝壽命較短。氣體滲硼與固體滲硼的區(qū)別是供硼劑為氣體。氣體滲硼需用易爆的乙硼烷或有毒的氯化硼，在工業(yè)生產(chǎn)上很少使用。工件滲硼后一般應進行淬火和回火處理。熱處理使基體發(fā)生相變，而硼化物層不發(fā)生相變，因硼化物與基體的膨脹系數(shù)差別較大，滲層易開裂，所以要盡量使用緩和的淬火介質(zhì)，并及時回火。鹽浴滲硼具有設(shè)備簡單，用鹽資源豐富，成本低，無公害等優(yōu)點。適合滲硼的材料十分廣泛，幾乎所有鋼鐵材料，如結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、模具鋼、鑄鐵均可進行滲硼，硬質(zhì)合金、有色金屬也可以進行滲硼。第三十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.4化學氧化與磷化處理5.4.1化學氧化處理

5.4.2磷化處理第三十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.4.1化學氧化處理１.氧化處理(發(fā)藍)時氧化膜形成的原理

２.氧化處理工藝

３.發(fā)藍處理后的質(zhì)量檢查

４.氧化處理設(shè)備

5.氧化處理安全要求

6.氧化處理的應用第三十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五１.氧化處理(發(fā)藍)時氧化膜形成的原理

第三十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五２.氧化處理工藝(１)高溫氧化工藝流程堿性化學脫脂→熱水洗→酸洗→冷水洗兩次→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。

(２)常溫氧化工藝流程化學脫脂→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。第三十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五３.發(fā)藍處理后的質(zhì)量檢查(１)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。

(２)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。第四十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五４.氧化處理設(shè)備(１)酸洗槽應采用玻璃鋼耐酸缸，耐酸塑料桶、耐酸搪瓷缸等。

(２)氧化槽應保證一定的氧化速度所具有的功率。

(３)其他輔助設(shè)備清洗槽、皂化槽、熱油槽等都無一定技術(shù)規(guī)定，按需選用即可。第四十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.氧化處理安全要求(１)操作人員在操作時必須戴上眼鏡、橡膠手套、高筒膠皮鞋，穿耐酸工作服。

(２)堿性溶液在氧化階段具有強烈腐蝕性氣體，蒸發(fā)時，如碰到操作人員皮膚，會導致皮膚發(fā)癢甚至破裂，因此必須采用鐵罩殼將蒸氣通向屋外，或安裝排氣扇把氣體排出室外。第四十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五6.氧化處理的應用氧化處理適用于碳素鋼和低合金鋼，廣泛應用于機械零件、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—裝飾性工件。在不影響精密度及力學性能的前提下，它能使工件增加美觀和防銹等，但在使用過程中應定期擦油。由于操作不同及金屬本身的化學成分不同，獲得的氧化膜顏色也不同，有藍黑色、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。第四十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.4.2磷化處理１.磷化工藝的基本原理

２.磷化工藝分類及應用特點第四十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五１.磷化工藝的基本原理(１)利用酸的浸蝕使基體金屬表面H+濃度降低

(２)促進劑(氧化劑)加速

(３)磷酸根的多級離解

(４)磷酸鹽沉淀結(jié)晶成為磷化膜第四十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五２.磷化工藝分類及應用特點(１)防銹磷化工藝磷化工藝的早期應用是防銹，鋼鐵件經(jīng)磷化處理形成一層磷化膜，起到防銹作用。

(２)耐磨減摩潤滑磷化工藝對于發(fā)動機活塞環(huán)、齒輪、制冷壓縮機一類工件，它不僅承受一次載荷，而且還有運動摩擦，要求工件能減摩、耐磨。

(３)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，提高整個涂層系統(tǒng)的耐腐蝕能力，提供工序間保護以免形成二次生銹。

(１)高溫磷化鋼鐵零件的高溫磷化是在90～98℃溫度下處理10～30min。

(２)中溫磷化鋼鐵零件中溫磷化，是在50～70℃溫度下處理10～15min。第四十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五２.磷化工藝分類及應用特點(３)常(低)溫磷化鋼鐵零件常溫磷化，是指不加熱，在自然室溫條件下的磷化，正常為10～35℃。

(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、洗衣機殼體。

(3)刷涂磷化上述兩種方法無法實施時，采用本法。第四十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.5電鍍技術(shù)5.5.1普通電鍍

5.5.2電刷鍍第四十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.5.1普通電鍍１.電鍍原理

２.鍍鉻

３.鍍鋅第四十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五１.電鍍原理圖5-10電鍍鋅裝置示意圖第五十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五２.鍍鉻(１)鍍前準備包括鍍前機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。

(２)吊入鍍槽進行電鍍。

(３)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。第五十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五３.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。這是因為鈍化膜緊密細致及鋅鍍層表面生成的堿式碳酸鹽薄膜保護了下面的金屬不再受腐蝕的緣故。另一方面，由于鋅有較高的負電位，比鐵的電位高，因此，形成鐵—鋅原電池時，鋅鍍層是陽極，它會自身溶解而保護鋼鐵基體，即使表面鋅鍍層不也能起到這個作用。鋅鍍層對鐵基體既有物理保護作用，又有電化學保護作用，所以，耐蝕性能相當優(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，這是因為彩虹色鈍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)上也有應用。鋅是既溶于酸又溶于堿的兩性金屬，鋅層中含有異類金屬越多越容易溶解。電鍍所得鋅層較純，在酸和堿中溶解較慢。鋅鍍層經(jīng)特種處理后可呈現(xiàn)各種顏色作裝飾用。鋅鍍層的厚度視工件的要求而定，一般不低于5μm，普通在6～12μm，惡劣環(huán)境條件下才超過20μm。鍍鋅具有成本低，耐蝕性好、美觀和耐儲存等優(yōu)點，在工業(yè)中得到廣泛應用。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。第五十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.5.2電刷鍍圖5-11電刷鍍原理示意圖

１—工件２—鍍層３—鍍液４—包套５—陽極６—導電

柄７—電刷鍍電源８—陽極電纜９—陰極電纜

１０—循環(huán)使用溶液１１—拾液盤第五十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.6表面氣相沉積技術(shù)5.6.1化學氣相沉積

5.6.2物理氣相沉積

5.6.3等離子化學氣相沉積(PCVD)第五十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.6.1化學氣相沉積１.化學氣相沉積的原理

２.化學氣相沉積的特點

３.化學氣相沉積的應用第五十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五１.化學氣相沉積的原理圖5-12化學氣相沉積氮化鈦設(shè)備示意圖

１—干燥器２—凈化器３—流量計４—TiC包蒸發(fā)器５—反應器

６—加熱器７—工件８—泵９—尾氣吸收器(1)反應氣體向工件表面擴散并吸附。第五十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五１.化學氣相沉積的原理(2)吸附于工件表面的各種物質(zhì)發(fā)生表面化學反應。

(3)生成物質(zhì)點聚集成晶核逐漸長大。

(4)表面化學反應中產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物脫離工件表面返回氣相。

(5)沉積層與基體的界面發(fā)生元素的互擴散，形成鍍層。第五十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五２.化學氣相沉積的特點(1)設(shè)備簡單，操作維護方便，靈活性強。

(2)由于它繞鍍性能好，所以可涂覆帶有槽、溝、孔、不通孔等各種形狀的復雜工件。

(3)由于沉積溫度高，涂層與基體之間結(jié)合牢靠，經(jīng)CVD處理的工件，即使在十分惡劣的條件下工作涂層也不易脫落。

(4)涂層致密均勻，并且可以控制它們的純度、結(jié)構(gòu)和晶粒度。

(5)CVD法沉積溫度高，一般在800～1100℃范圍內(nèi)，對于高溫時變形量較大的鋼材和尺寸要求特別精密的工件要考慮變形的影響。第五十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五３.化學氣相沉積的應用(１)耐磨鍍層以氮化物、氧化物、碳化物和硼化物為主，主要應用于金屬切削刀具。

(２)摩擦學鍍層主要降低接觸的滑動面或轉(zhuǎn)動面之間的摩擦因數(shù)，減少粘著、摩擦或其他原因造成的磨損。

(３)高溫應用鍍層主要是鍍層的熱穩(wěn)定性。第五十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.6.2物理氣相沉積物理氣相沉積（PVD）是在真空條件下，將金屬、合金或非金屬及化合物等用物理方法氣化為原子或分子，或使之離化為離子，然后直接沉積在基體表面形成薄膜的技術(shù)。物理氣相沉積技術(shù)始于20世紀初，現(xiàn)已在機械、電子、信息、航空航天、輕工、光學、能源等部門得到廣泛應用。可用于制備抗氧化、抗腐蝕、耐磨、潤滑、裝飾等結(jié)構(gòu)鍍層，也可制備光學、磁性、導電、壓電和超導等具有特殊性能的功能膜。物理氣相沉積的實用方法有以下三種。①真空蒸鍍：在真空室中將成膜材料用電阻加熱(或電子束加熱、感應加熱)方法加熱至熔化狀態(tài)，并使之蒸發(fā)后以原子或分子態(tài)沉積在基體表面成膜；②真空濺射：在真空室內(nèi)通入01～10Pa的惰性氣體(如氮)，使之在高電壓下輝光放電，氣體離子在強電場作用下轟擊膜材制成的陰極靶，使表面的原子被濺射出來，沉積在基體上成膜；③離子鍍：將真空蒸鍍和離子濺射結(jié)合起來的一種新的鍍膜技術(shù)。在真空室中通過電阻加熱(或電子束加熱、感應加熱)使膜材汽化，然后向真空室中通入01～10Pa的氫氣，在基體相對于膜材間加負高壓，于是基體與膜材間產(chǎn)生輝光放電，基體在受到氣體正離子轟擊清除表面污染物的同時，也有大量被電離的膜材物質(zhì)的正離子射向負高壓的基體，沉積成膜。物理氣相沉積過程是在真空中進行的，與其他工藝相比有以下特點：①在真空條件下制備的膜物理化學性能好，如不受污染、純度高、致密性好、光潔度高、膜厚均勻；②膜厚容易控制，既可制幾百微米的厚膜，也很容易制備數(shù)十納米的極薄膜；③鍍膜材料和基體材料的范圍廣泛，幾乎不受限制?？芍萍兘饘倌ぃ煞謴碗s的合金膜，也可在沉積過程中通入反應氣體(如氧、氮等)制備化合物膜，如三氧化二鋁（Al2O3）、氮化鋁（AlN）、氮化鈦（TiN）、二硫化鉬（MoS2）等膜；④沉積速度較快。不足之處是PVD法形成的沉積層較薄，且與工件表面的結(jié)合力較小，鍍層的均勻性較差，設(shè)備的造價較高，操作維護的技術(shù)要求也較高。鍍膜前可在真空室中對基體表面進行離子轟擊清洗，以增強鍍層與基體的結(jié)合強度第六十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.6.3等離子化學氣相沉積(PCVD)表5-3PVD法、CVD法及PCVD法的特性與應用比較第六十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.7其他表面處理技術(shù)5.7.1熱噴涂

5.7.2噴丸強化

5.7.3激光表面強化處理第六十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.7.1熱噴涂1.火焰粉末噴涂

2.電弧噴涂

3.等離子噴涂第六十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.7.1熱噴涂圖5-13熱噴涂技術(shù)原理示意圖第六十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.7.1熱噴涂圖5-14涂層的形成過程第六十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五1.火焰粉末噴涂圖5-15火焰粉末噴涂示意圖第六十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五2.電弧噴涂圖5-16電弧噴涂示意圖第六十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五3.等離子噴涂圖5-17等離子噴涂示意圖(1)適應性廣熱噴涂可在各種基體上制備各種材質(zhì)的涂層。第六十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五3.等離子噴涂(2)基體溫度低一般在30～200℃之間，因此變形小，熱影響區(qū)淺。

(3)操作靈活可噴涂各種規(guī)格和形狀的物體，特別適合于大面積涂層，并可在野外作業(yè)。

(4)涂層厚度范圍寬從幾十微米到幾毫米的涂層都能制備，且容易控制；噴涂效率高，成本低，噴涂時生產(chǎn)效率為每小時數(shù)公斤到數(shù)十公斤。第六十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.7.2噴丸強化(１)延長構(gòu)件壽命(使疲勞強度提高20%～70%)。

(２)在壽命等同的條件下增加承載能力。

(３)允許減小工件的尺寸和質(zhì)量。

(４)減少對精加工的需求。

(５)降低成本。

(６)在使用高強度鋼時，不必擔心出現(xiàn)缺口敏感性。

(７)能夠用于對疲勞性有損害的工藝過程，例如放電加工、電解加工以及鍍硬鉻等過程。

(１)鑄鐵彈丸碳質(zhì)量分數(shù)wC為2.75%～3.60%，硬度約為58～65HRC。第七十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.7.2噴丸強化(２)鋼彈丸當前使用的鋼彈丸一般是將wC為0.7%的彈簧鋼絲(或不銹鋼絲)，切制成段，經(jīng)磨圓加工制成，直徑為d＝0.4～1.2mm。

(３)玻璃彈丸其應用是在近十幾年發(fā)展起來的，已在國防工業(yè)中獲得應用。第七十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五5.7.3激光表面強化處理1.激光相變硬化

2.激光熔化—凝固處理(熔凝處理)

3.激光表面合金化

１.實驗目的

２.實驗設(shè)備及材料

３.實驗步驟

4.實驗報告內(nèi)容

5.實驗注意事項

１.實驗目的

２.實驗設(shè)備及材料

３.實驗步驟4.實驗報告內(nèi)容

5.注意事項：第七十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期五1.激光相變硬化激光相變硬化