第10章 工程材料的表面处理

第十章工程材料的表面热处理第一节概述一、材料表面处理的目的1、提高材料的耐腐蚀性或抗高温氧化性2、提高工件耐磨、减磨、润滑及抗疲劳性3、防止金属材料及其制品在生产、储运和使用过程中发生锈蚀4、根据需要赋予表面特殊的功能，如绝缘、导电等5、赋予金属或非金属制品表面优美外观6、修复腐蚀或腐蚀损坏的工件二、表面处理方法的分类（一）表面强化处理通过材料表层的相变、改变表层的化学成分、改变表层的应力状态以及提高表层的冶金质量等途径来改变性能，达到强化表面的目的。常用的强化方法：1、表面的覆盖层强化法：气相沉积层、镀覆层、热喷涂层等2、表面形变强化法：喷丸、滚压、挤压等产生3、表面热处理强化法：渗碳、表面淬火等4、表面复合处理强化法（二）表面防腐、保护处理电镀、化学镀、热浸度、化学氧化、磷化等（三）表面装饰加工表面抛光、金属着色、光亮镀层和美术装饰漆膜等三、表面预处理1\脱脂碱溶液脱脂有机溶剂脱脂金属清洗剂2除锈机械除锈化学除锈电化学除锈3其他表面预处理氧化处理磷化处理化学转化膜技术•就是通过化学或电化学手段使金属表面形成稳定的化合物膜层的技术,优点:工艺简单,操作方便.一.氧化处理将钢铁工件放入某些氧化性的溶液工艺流程•脱脂----清洗(热水)----清洗(流动水)-----酸洗------清洗------氧化------清洗(回收槽中)•------清洗-----浸渍------清洗(热水)------干燥------检验.•脱脂除锈—清洗--氧化-----清洗---干燥电镀的定义•电镀是在电解液中使零件表面镀上一层金属薄层，起到保护和装饰作用，有时也可用于零件的部分修复。•电镀必须首先对工件进行预处理，去除表面的杂质和锈蚀并冲洗干净电镀的应用性•电镀可在钢铁材料、铝、锌等非铁金属、粉末冶金工件、塑料、陶瓷、玻璃等各种材料上进行。电镀可以镀铜、镍、铬、锌等单一金属，也可镀铜锡合金、锡镍合金等各类合金，还可以使金属与不溶性非金属固体微粒(或其他金属微粒)共同沉积形成复合镀层。电镀不受工件大小和批量的限制，所以电镀的适应性很强。电镀的作用•电镀的作用有：①修复磨损零件、增大零件尺寸；②覆盖耐磨性镀层，提高耐磨性；③提高零件的耐腐蚀性；④提高零件表面美观装饰性；⑤其他特殊用途，例如防止局部渗碳的镀铜、防止局部渗氮的镀锡、提高零件导电性能的镀银等。•电刷镀(又称刷镀、无槽镀或涂镀)多用于对金属材料的表面防护、表面强化、加工超差零件和磨损报废零件的修复以及金属与非金属制品的表面装饰等。•电刷镀是以专用直流电源为能源，通过浸有镀液的镀笔在被镀工件表面的相对运动，使镀液中的金属离子在被镀工件表面放电结晶而形成镀层•电刷镀是从普通电镀中发展出来的一项新技术，它具有传统电镀不具备的许多优点。电刷镀优点•(1)此法区别于槽镀(普通电镀)的最大工艺特点是镀笔与被镀工件必须保持一定的相对运动速度，从而使电镀过程中散热良好，不会引起工件变形和组织的变化。•(2)即便使用比槽镀大几倍到几十倍的电流密度也不易使工件过热，仍然能得到均匀、致密、结合良好的高质量镀层。其镀覆速度比槽镀快5～50倍，而能耗仅为槽镀的十几分之一到几十分之一。电刷镀优点•(3)电刷镀不但可以镀覆所有槽镀能镀的金属和非金属(如石墨)，而且能镀覆许多槽镀不能得到或难以镀覆或成本极高的贵金属(如金、银、锡、镍、铂、铑、铬、钴)、软金属、成分比可随意变化的合金镀层以及有外加粒子的复合镀层。目前，国内能供应的镀层种类已超过100种，并且仍在以很快的速度增加。其中镍、钨、钴及其合金镀层其硬度可超过600HV，具有极高的耐磨性及耐蚀性。电刷镀优点•(4)镀层厚度尺寸范围宽且易于控制。刷镀能获得0.01～1mm的镀层，当修复工件上的凹槽和擦伤时，镀层厚度可达3mm，而镀层尺寸的控制精度可达0.0lmm。•(5)电刷镀不需要镀槽，镀笔所到之处均能形成镀层，因而可以对局部或整体进行镀覆，甚至可以在机械不分拆、不遮蔽的条件下施镀。由于电刷镀的设备简单便携，非常适宜于在现场对大型设备的局部表面进行修复。电刷镀优点•(6)投资少，成本低，对环境污染微弱。其设备仅一台电源和一些镀笔，只要更换不同性能的镀液就可得到数十种镀层。镀覆贵金属时电刷镀就更显得经济。刷镀溶液不含氰化物等毒品，且可循环使用，消耗量小，不致因大量废液排放而造成污染。电刷镀应用•电刷镀目前已在航空、机电、冶金、矿山、交通、化工、电子等工业部门以及军械、坦克、舰艇等诸方面得到了广泛应用。其明显特点是从传统的维修工作向表面强化、表面防蚀、表面精饰等方向发展，从一般零件修复扩展到特大型、超小型以及工艺形式的多样化等方面。例如，在功能性方面，刷镀工艺除在耐化学腐蚀和电化腐蚀方面应用外，还可在耐高温腐蚀方面获得应用。电刷镀应用•实践证明，刷镀层也可提高模具钢的热疲劳性能以及中等载荷下某些机件的接触疲劳性能。另外，它还可用来修复大型挤压机柱塞、造纸机的大型烘缸、自动螺母冷墩机主轴和模具小孔等。一般来说，若沉积厚度小于0.2mm，采用刷镀比其它维修方法好，不仅沉积速度快，而且镀铬层质量优良。目前，我国在液流电镀铬工艺方面处于国际领先地位。涂装•利用喷射、涂饰等方法，将有机涂料涂覆于制件表面并形成与基体牢固结合的涂覆层过程称为涂装。涂装可以用来保护物体表面免受外界(空气、水分、阳光及其他腐蚀介质)侵蚀；在物体表面增添一层硬膜，减轻表面磨损；掩饰表面缺陷，美化物体，并赋予各种丰富的色彩，改善外观。此外，还可以在特殊情况下起特殊的作用，例如色彩伪装、防红外伪装、电气绝缘和船体防菌藻、防污涂层等。涂料的组成•涂料一般由四部分组成，即成膜材料、颜料、溶剂和助剂。1成膜材料•成膜材料是涂料中形成漆膜的主要物质，它主要是以天然或合成树脂为基础的油脂、天然树脂、酚醛树脂、沥青、醇酸树脂、丙烯酸脂、环氧树脂等十八大类。2颜料•颜料是不溶于水或油的微细粉末状有色物质，能使漆膜具有一定的遮盖能力，增加色彩、装饰和保护作用，还能防紫外线穿透，防涂层老化、增强漆膜的耐磨性等。3溶剂的作用•溶剂的作用是使涂料始终保持溶解状态，调整涂料的粘度，便于施工；使漆膜具有均衡的挥发速度以达到漆膜的平整与光泽；消除漆膜的针孔、鱼眼、刷痕等疵病。助剂的作用•助剂是为了改善施工性能和其他特殊性能的附加物质，例如表面活性剂改善颜料的分散性，防沉淀剂防止颜料沉淀，此外还有紫外线吸收剂、防霉剂、增滑剂、消泡剂等涂装工艺方法•涂料的涂装工艺方法很多，其中常用的方法有浸涂法、喷涂法、淋涂法、静电喷涂法、电泳涂装法、粉末涂装法和辊涂法等激光表面改性•激光表面改性技术主要有激光淬火、激光表面合金化、激光熔覆和激光喷涂等。尽管具体方法各异，但大多有以下共同特点：①材料表面改性层厚度足以适应某些机械零件的要求，而镀覆沉积技术就难达到这一点。②改性层组织、性能优良，且与基材之间呈致密牢固的冶金结合状态。③光束能量准确集中，与工件作用时间极短，对工件整体热影响小，变形极微，尤其适于细长杆件、薄小零件的局部表面强化处理。④激光工艺参数随意可调，工艺操作灵活方便，劳动条件好，利于建立自动化生产线。