讲稿7

物理涂镀技术材料10级山东建筑大学第一章物理气相沉积第一节真空技术基础（物理基础、泵、规）真空、真空度、气体分子的平均自由程、粘性流、分子流、起始压强、极限压强、抽气速率第二节蒸发镀蒸（原理、设备、工艺、应用）镀膜三部曲、成膜四段、电阻、e电子枪、感应、辐射加热蒸发源、蒸发镀制合金膜、化合物膜第三节溅射镀膜（原理、设备、工艺、应用）辉光放电、阴极位降区、靶座保护、溅射系数、溅射速率、直流二极（磁控、射频、中频）溅射、平面靶、圆柱靶、刻蚀、多靶、复合靶第四节离子镀（原理、设备、工艺、应用）。。。。。。。。。离子镀特点：气化--离化--工件接电蒸发—辉光离化2%溅射—辉光离化蒸发---弧光离化60-90%蒸发—电子束离化22-40%蒸发---二次电子离化2-10%蒸发—电子束离化22-40%蒸发镀、溅射镀、离子镀的比较蒸发源工件蒸发源电源辉光放电区工件。。。。。。。。。电源工件磁控靶离子镀200eV溅射镀10eV能量低高致密性低高沉积速率高低工件的极性不一样附着力小大没有扩散层有过渡层过渡层厚蒸发镀0.1eV绕镀性低高思考题:•从膜附着力上讲，为什么离子镀膜溅射镀膜蒸发镀膜？丁肇中1、沉积粒子能量越高：（1）轰击基片越强烈，轰击出基片表面的原子越多，经碰撞返回沉积的数量越多；（2）高能离子的注入效应越强。结果，形成的膜基过渡层（伪扩散层）越厚。由于离子镀膜的沉积粒子能量溅射镀膜蒸发镀膜，所以，膜附着力上讲，离子镀膜溅射镀膜蒸发镀膜。第四节离子镀一、原理二、设备三、工艺与应用1、工艺•影响离子镀膜层质量的工艺参数•（1）基片（工件）偏压V•V越大：•A、沉积的粒子能量提高，•伪扩散层增厚，附着力增强，•晶粒细小，组织致密。•B、沉积速率降低，•基片温度升高、•膜层受轰击严重，•表面光洁度降低。。。。。。。。。。V影响离子镀膜层质量的工艺参数（1）基片（工件）偏压V（2）镀膜真空度和反应气体分压•A、真空度的影响：•同蒸发镀和溅射镀TiN2•B、反应气体分压：•分压高低将影响化合物膜的成分影响离子镀膜层质量的工艺参数（1）基片（工件）偏压V（2）镀膜真空度和反应气体分压•A、真空度的影响：•同蒸发镀和溅射镀影响离子镀膜层质量的工艺参数（1）基片（工件）偏压V（2）镀膜真空度和反应气体分压（3）基片温度同蒸发镀和溅射镀影响离子镀膜层质量的工艺参数（1）基片（工件）偏压V（2）镀膜真空度和反应气体分压（3）基片温度（4）蒸发功率WW越大：沉积越快，离化率会降低，膜的质量会有所下降。化合物膜成分会有所改变。。。。。。。。。。第四节离子镀一、原理二、设备三、工艺与应用1、工艺2、应用第五节镀膜前处理及膜厚测量同电镀膜---（略）太阳能集热管简介生产工艺过程目前溅射镀膜设备的结构示意图Cu低发射层AlN+SS吸收层AlN减反层第二章热喷涂第一节热喷涂的定义、分类及特点•一、热喷涂的定义一定形状、一定材质的材料经热源加热至熔化或半熔化态，用高压气流令其雾化微小粒子流并高速喷于经过净化和粗化的工件表面上，形成一定结合的一定组织结构的涂层的工艺方法。凡是不挥发、不升华、不分解、不发生晶型转变、可熔融的固体材料均可进行热喷涂。•速度的贡献主要是获得致密涂层，而不是将其转化为热能，使工件温度升高。二、热喷涂的分类1、火焰线材及粉末喷涂2、火焰爆炸喷涂3、火焰超音速喷涂4、火焰粉末喷熔5、电弧喷涂6、线爆喷涂7、等离子喷涂8、等离子弧粉末堆焊三、热喷涂特点1、工艺灵活，适用广泛---大小件，室内室外，整体与局部。2、基体及喷涂材料广泛---基体几乎任何材料，喷涂金属、非金属、有机材料涂层3、工件产后生的应力变形小(喷熔及堆焊除外）4、生产效率高---每小时几千克到数十千克的喷涂量，沉积效率高。第二节热喷涂原理、工艺及应用一、原理微小粒子打击到工件表面的瞬间产生变形，依靠“镶嵌”作用附着于工件表面，形成的层状结构涂层，颗粒间的结合也是机械的，存在着一定的空洞和氧化夹杂。Ni合金+Al2O3abcdPVD镀层1玻璃基体PVD镀层2玻璃基体多层膜•涂层质量极大程度取决于热源温度（热能）和颗粒飞行速度（动能）。•改善涂层质量的有效途径：•1、提高热能---氧乙炔火焰（3100℃）--电弧（5000℃）--等离子火焰（20000℃）•2、提高动能---氧乙炔火焰（160m/s）--高压空气（180m/s）--超音速（500m/s）---爆炸喷涂（1500m/s）•3、提高热能和动能二、热喷涂工艺•工件表面的净化及粗化•-----喷涂•----封闭及机加工三、热喷涂的应用1、防腐蚀------喷锌、喷铝，30年寿命，优于油漆。2、耐磨损------高硬耐磨。3、特殊涂层---耐热、隔热、导电、绝缘、隐形、生物相容等。第三节氧-乙炔火焰喷涂一、原理及特点（一）氧-乙炔火焰喷涂原理1、氧-乙炔火焰线材喷涂原理氧-乙炔火焰线材喷涂线材丝盘第三节氧-乙炔火焰喷涂一、原理及特点（一）氧-乙炔火焰喷涂原理1、氧-乙炔火焰线材喷涂原理2、氧-乙炔火焰粉末喷涂原理氧-乙炔火焰线材与粉末喷涂比较火焰温度分布线材喷涂温度下降快，粉末喷涂温度下降慢，原因是加了压缩空气加速了气体冷却。颗粒飞行速度线材喷涂速度快，粉末喷涂速度慢，原因是线材喷涂加了压缩空气，加速了颗粒的飞行速度。线材喷涂与粉末喷涂总的效果的比较线材喷涂涂层比粉末喷涂孔隙率低，主要原因是线材喷涂加了压缩空气，加速了颗粒的飞行速度。一、原理及特点（一）氧-乙炔火焰喷涂原理1、氧-乙炔火焰线材喷涂原理2、氧-乙炔火焰粉末喷涂原理3、氧-乙炔火焰性质1）化学反应•2C2H2+5O2-----4CO2+2H2O+Q•2C2H2:5O2=1:2.5在喷涂时，为中性火焰，C2H2:O2=（1.1-1.2）：1，氧气不足部分有空气中的氧补给。2）采用中火焰的原因•若用氧化性火焰，会使合金元素氧化损失，产生过多氧化夹杂；若用还原性火焰，乙炔气过剩，会分解出C和H，改变涂层成分，使涂层性能恶化。第三节氧-乙炔火焰喷涂一、原理及特点（一）氧-乙炔火焰喷涂原理1、氧-乙炔火焰线材喷涂原理2、氧-乙炔火焰粉末喷涂原理3、氧-乙炔火焰性质4、涂层与工件表面的润湿性润湿性好，结合强度高。第三节氧-乙炔火焰喷涂一、原理及特点（一）氧-乙炔火焰喷涂原理1、氧-乙炔火焰线材喷涂原理2、氧-乙炔火焰粉末喷涂原理3、氧-乙炔火焰性质4、涂层与工件表面的润湿性（二）氧-乙炔火焰喷熔原理（二）氧-乙炔火焰喷熔原理1、原理•以氧-乙炔为热源，将自熔合金粉末喷于工件上，在工件不熔化状态，令合金粉末涂层熔化并润湿（重熔），通过液态合金（涂层）与固态工件表面互相溶解与扩散，形成喷熔层。涂层与基体之间没有明显的界面，冶金结合涂层与基体之间有明显的界面，机械结合（二）氧-乙炔火焰喷熔原理1、原理2、影响喷熔质量的因素1）工件表面洁净度•喷涂参数（如喷距影响颗粒温度和速度、乙炔和氧气压力及流量影响火焰性质和火焰温度等）•2）熔化合金的润湿性（希望润湿性好，有利于提高涂层的覆盖和附着）•3）工件表面光洁度（不要太光滑,一般为Ra12.5-Ra6.3）•4）重熔温度（过高涂层流淌，过低涂层不熔化，一般达到镜面即可）3、喷熔特点•1）工艺特点•母材不熔化，与喷涂工艺相似，但涂层经重熔后为冶金结合。设备简单，易于操作。•2）喷熔层优点•喷涂层平整有气孔，有氧化渣、层状结构，机械结合。•喷熔层平整无气孔，氧化渣少、单层结构，冶金结合。•3）喷熔层缺点•喷熔比喷涂工件受热多，变形倾向大；•要求母材熔点高于自熔合金的熔点，应用受限。（二）氧-乙炔火焰喷熔原理1、原理2、影响喷熔质量的因素4）结合机理特点1）工件材质适应性•不是所有的母材都能进行喷熔，因为：•A、成分要求----母材不能含过多的与氧相亲合力强的元素（Al、Mg、Ti、Nb、W、Mo等，否则产生过多的氧化渣，从而影响自熔合金中B、Si的造渣能力。•B、组织要求----有马氏体相变的母材，喷熔后要进行去应力退火。•C、热膨胀系数----在喷熔前，要检查母材与自熔合金热膨胀系数的匹配性。膨胀系数相差过大，易出现裂纹或翘起。（二）氧-乙炔火焰喷熔原理1、原理2、影响喷熔质量的因素3、喷熔特点4、工件对火焰粉末喷熔的适应性能不能喷熔：与教材核实一下①无需处理就可喷熔的材料•含碳量小于0.25%一般碳素钢•Mn、Mo、V总量小于3%的结构钢•一般不锈钢•灰铸铁及球墨铸铁•纯铁②需处理就可喷熔的材料•1）预热250度-375度，喷熔后缓冷材料----含碳量大于0.4%碳素钢；Mn、Mo、V总量大于3%的结构钢；含Cr量大于2%的结构钢。（热膨胀系数问题）•2）喷熔后需等温退火处理的材料----含Cr量大于11%的马氏体不锈钢；含Cr量大于0.4%的铬钼结构钢。（相变问题）③不适合喷熔的材料熔点比自熔合金粉末还低材料（铝、铜及其合金等）；含Cr量大于18%的马氏体高Cr钢；红硬性高的NiCr及CrMo合金钢。2）工件形状的适应性•形状复杂的工件适应性差，因为加热不易均匀。（二）氧-乙炔火焰喷熔原理1、原理2、影响喷熔质量的因素3、喷熔特点4、工件对火焰粉末喷熔的适应性1）工件材质适应性第三节氧-乙炔火焰喷涂一、原理及特点（一）氧-乙炔火焰喷涂原理（二）氧-乙炔火焰喷熔原理二、重熔•1、重熔的实质：•以氧-乙炔为热源，将自熔合金粉末喷于工件上，在工件不熔化状态，令合金粉末涂层熔化并润湿（重熔），通过液态合金（涂层）与固态工件表面互相溶解与扩散，形成喷熔层。涂层与基体之间没有明显的界面，冶金结合涂层与基体之间有明显的界面，机械结合•2、重熔方法•火焰重熔、•炉中重熔（能耗高、工件变形倾向大）、高频感应重熔、•激光重熔。•温度要适中，一般高于合金涂层熔点10-30度。•3、重熔过渡层•1）过渡层组织----固溶体（好，塑性和强度均好）、共晶体（结合强度下降）、金属间化合物（硬而脆，结合强度显著下降）。•2）过渡层厚度----45号钢（60微米）、铸铁（60-120微米）。思考题•1、什么是热喷涂？•一定形状、一定材质的材料经热源加热至熔化或半熔化态，用高压气流令其雾化微小粒子流并高速喷于经过净化和粗化的工件表面上，形成一定结合的一定组织结构的涂层的工艺方法。•2、改善热喷涂质量的途径是什么？•1、提高热能---氧乙炔火焰（3100℃）--电弧（5000℃）--等离子火焰（20000℃）•2、提高动能---氧乙炔火焰（160m/s）--高压空气（180m/s）--超音速（500m/s）---爆炸喷涂（1500m/s）•3、提高热能和动能3、火焰线材喷涂与火焰粉末喷涂有什么不同？画出它们原理图。（作业题）Thanksforyourattention!•镁及镁合金能否进行热喷涂？•凡是不挥发、不升华、不分解、不发生晶型转变、可熔融的固体材料均可进行热喷涂。•镁：熔点为650℃，沸点为1107℃•（一般不行）影响因子•影响因子（ImpactFactor----IF)是美国ISI（科学信息研究所）的JCR(期刊引证报告）中的一项数据。•即某期刊前两年发表的论文在统计当年的被引用总次数除以该期刊在前两年内发表的论文总数。这是一个国际上通行的期刊评价指标。•例如，某期刊2005年影响因子的计算本刊2004年的文章在2005年的被引次数：48本刊2004年的发文量：187本刊2003年的文章在2005年的被引次数：128•本刊2003年的发文量：154本刊2003-2004的文章在2005年的被引次数总计：176本刊2003-2004年的发文量总计：341本刊2005年的影响因子：0.5161=176÷341意义：该指标是相对统计值，可克服大小期刊由于载文量不同所带来的偏差。一般来说，影响因子越大，其学术影响力也越大。Ca-CancerJClin69.026NewEnglJMed52.589AnnuRevImmunol47.981RevModPhys38.403NatRevMolCellBio31.921AnnuRevBiochem