第三章現代表面工

1、第三章第三章 現代表面工程技術現代表面工程技術3.1概論概論3.1-1問題的提出問題的提出材料的磨損、腐蝕、裂紋擴展等破壞往往從零件表面開始。材料的磨損、腐蝕、裂紋擴展等破壞往往從零件表面開始。隨著現代隨著現代工業(yè)發(fā)展對零件表面提出更高要求。零件在高速、高溫、高壓、重載、強工業(yè)發(fā)展對零件表面提出更高要求。零件在高速、高溫、高壓、重載、強腐蝕環(huán)境下要可靠、持續(xù)地工作，對零件表面提出了更高的要求。腐蝕環(huán)境下要可靠、持續(xù)地工作，對零件表面提出了更高的要求。表面表面工程技術研究已有很久的歷史（春秋戰(zhàn)國時鋼的淬火），表面工程迅速發(fā)工程技術研究已有很久的歷史（春秋戰(zhàn)國時鋼的淬火），表面工程迅速發(fā)展是從展是

2、從19世紀開始；世紀開始； 20世紀世紀80年代成為世界上十大關鍵技術之一；年代成為世界上十大關鍵技術之一； 20世世紀紀90年代發(fā)展更猛，新的表面技術不斷的展現；進入年代發(fā)展更猛，新的表面技術不斷的展現；進入21世紀仍是主導技世紀仍是主導技術之一。術之一。3.1-2、表面工程技術定義：、表面工程技術定義：表面工程是經表面預處理后，經過表面涂覆，表面改性或表面復合處理，表面工程是經表面預處理后，經過表面涂覆，表面改性或表面復合處理，改變金屬或非金屬表面的形態(tài)，化學成份，組織結構，應力狀況，以獲得改變金屬或非金屬表面的形態(tài)，化學成份，組織結構，應力狀況，以獲得所需要表面性能的系統(tǒng)工程。所需要表面

3、性能的系統(tǒng)工程。3.1-3 表面技術是表面工程的技術分類表面技術是表面工程的技術分類主要分為三大類：主要分為三大類： 電鍍電鍍 ： 電鍍電鍍 電刷鍍電刷鍍 化學鍍化學鍍 化學鍍化學鍍 電弧噴涂電弧噴涂 熱噴涂熱噴涂 火焰噴涂火焰噴涂 等離子噴涂等離子噴涂 爆炸噴涂爆炸噴涂 特種方法噴涂特種方法噴涂 激光噴涂激光噴涂 磷化磷化 表面涂表面涂 金屬轉化膜金屬轉化膜 化學氧化化學氧化 覆技術覆技術 陽極氧化陽極氧化 微弧氧化微弧氧化 金屬著色金屬著色 涂料涂裝涂料涂裝溶劑性涂料、高固體組分涂料、水溶性涂料、溶劑性涂料、高固體組分涂料、水溶性涂料、 粉末涂料粉末涂料 熱浸鍍熱浸鍍 鍍鋅、鍍鋁、鍍鋅鋁合

4、金鍍鋅、鍍鋁、鍍鋅鋁合金 氣相沉積氣相沉積 物理氣相沉積物理氣相沉積(PVD) 各種薄膜各種薄膜 化學氣相沉積化學氣相沉積(CVD) 等離子化學氣相沉積等離子化學氣相沉積(PCVD) 堆焊、熔焊堆焊、熔焊 防銹封存包裝防銹封存包裝 其他涂層其他涂層搪瓷涂敷、陶瓷涂敷、粘涂、達克羅涂層搪瓷涂敷、陶瓷涂敷、粘涂、達克羅涂層 噴丸強化、輥壓、擠壓強化噴丸強化、輥壓、擠壓強化 感應加熱淬火感應加熱淬火 流態(tài)床表面硬化流態(tài)床表面硬化 接觸電阻加熱淬火接觸電阻加熱淬火 表面熱處理表面熱處理 脈沖加熱淬火脈沖加熱淬火 激光表面加熱淬火激光表面加熱淬火 電子束表面淬火電子束表面淬火 火焰淬火火焰淬火表面改性技

5、術表面改性技術 滲碳滲碳 ： 固體、液體、氣體、真空、離子固體、液體、氣體、真空、離子 氣體氮化氣體氮化 化學熱處理化學熱處理 氮化氮化 離子氮化離子氮化 碳氮共滲碳氮共滲 滲金屬滲金屬 激光束照射激光束照射 高能束表高能束表 電子束照射電子束照射 面處理面處理 離子束照射離子束照射 注入注入N、C 注入金屬注入金屬Cr 、 Ti 離子離子 注入注入 復合注入復合注入Ti+C、 離子束混入離子束混入Ti+N、Mo+Si 電鍍與電泳涂裝復合電鍍與電泳涂裝復合 化學熱處理與電鍍復合化學熱處理與電鍍復合 熱噴涂與涂裝復合熱噴涂與涂裝復合 表面復合處理表面復合處理 化學熱處理與氣相沉積復合化學熱處理與

6、氣相沉積復合 技術，以上兩技術，以上兩 表面強化與固體潤滑層復合表面強化與固體潤滑層復合 種技術復合種技術復合 多層膜復合多層膜復合 隔熱層、防火層、抗蝕層復合隔熱層、防火層、抗蝕層復合 等離子噴涂與激光輻射復合等離子噴涂與激光輻射復合 3.1-4、表面工程技術達到目的、表面工程技術達到目的 抗蝕抗蝕提高材料抵御環(huán)境的抗力提高材料抵御環(huán)境的抗力 耐磨耐磨 抗高溫氧化抗高溫氧化 抗低溫環(huán)境抗低溫環(huán)境 機械功能機械功能 裝飾功能裝飾功能賦予材料表面功能有賦予材料表面功能有 物理功能物理功能 特殊功能（聲、電、磁、光等）特殊功能（聲、電、磁、光等） 弄清表面失效機理和各種特殊性能要求弄清表面失效機理

7、和各種特殊性能要求實施特定的表面技術來制備各種優(yōu)異性能的表面，促進材料表面科學實施特定的表面技術來制備各種優(yōu)異性能的表面，促進材料表面科學的發(fā)展，開發(fā)新的表面工程技術。的發(fā)展，開發(fā)新的表面工程技術。修復磨損腐蝕零件，挽救加工超差的產品，實現再制造工程。修復磨損腐蝕零件，挽救加工超差的產品，實現再制造工程。賦予制造表面光澤的色彩、圖紋、優(yōu)美外觀。賦予制造表面光澤的色彩、圖紋、優(yōu)美外觀。實現特定的表面加工來制造零件、構件和元器件。實現特定的表面加工來制造零件、構件和元器件。3.1-5 表面技術與工程應用表面技術與工程應用在航空航天工業(yè)中應用在航空航天工業(yè)中應用常用涂鍍技術物理常用涂鍍技術物理氣相沉

8、積技術滿足氣相沉積技術滿足 飛機飛機火箭火箭 衛(wèi)星衛(wèi)星 宇宙飛船宇宙飛船導彈導彈 在惡劣環(huán)境下對在惡劣環(huán)境下對 材料提出特殊材料提出特殊 性能的要求性能的要求 在汽車工業(yè)上應用在汽車工業(yè)上應用 車身的裝飾與防護車身的裝飾與防護鋼構件的耐蝕與耐磨。（齒輪、軸、鋼構件的耐蝕與耐磨。（齒輪、軸、連桿、活塞環(huán)、銷軸等）連桿、活塞環(huán)、銷軸等）在家用電器工業(yè)中應用在家用電器工業(yè)中應用 電視電視, 冰箱冰箱 ,洗衣機洗衣機 ,電飯鍋電飯鍋 油煙機油煙機 ,空調空調 冶金工業(yè)中冶金工業(yè)中軋輥軋輥 電力工業(yè)中電力工業(yè)中鍋爐用管子鍋爐用管子在冶金、電力、石化、機械在冶金、電力、石化、機械工業(yè)中大型構件上應用工業(yè)中

9、大型構件上應用 石化工業(yè)中石化工業(yè)中石油貯罐石油貯罐 機械工業(yè)中機械工業(yè)中軸、齒輪軸、齒輪 計算機中集成電路元件用納米薄膜計算機中集成電路元件用納米薄膜 在電子技術中的應用在電子技術中的應用 VCD、DVD光盤表面真空鍍膜，光盤表面真空鍍膜， 增加存貯增加存貯 密度密度 離子注入半導體滲雜離子注入半導體滲雜 在功能元器件中應用在功能元器件中應用 電性電性 超導性超導性 磁性磁性 強磁性強磁性 光學性光學性 發(fā)光元件發(fā)光元件聲學性聲學性 保真?zhèn)髀暠Ｕ鎮(zhèn)髀暬瘜W性化學性 耐蝕耐蝕耐熱性耐熱性 耐熱、蓄熱耐熱、蓄熱轉換功轉換功 光光-電、熱電、熱-電、光電、光-熱、力熱、力-電等電等 高級賓館高級賓館

10、 音樂廳音樂廳 超級市場超級市場 都離不開表面裝璜都離不開表面裝璜在城市建設中應用在城市建設中應用 購物中心購物中心 大廈大廈 建筑用金屬構件的保護建筑用金屬構件的保護 水質凈化水質凈化保護優(yōu)化環(huán)境中的應用保護優(yōu)化環(huán)境中的應用 抗菌滅菌上用膜，光催化作用?？咕鷾缇嫌媚ぃ獯呋饔?。 綠色能源、太陽能電池、發(fā)電、熱水器等綠色能源、太陽能電池、發(fā)電、熱水器等 降低噪聲污染降低噪聲污染用吸聲材料用吸聲材料 金剛石薄膜，類金剛石薄膜金剛石薄膜，類金剛石薄膜 立方氮化硼，超導膜立方氮化硼，超導膜在研究制備先進在研究制備先進 新材料中應用新材料中應用 納米固體薄膜，非晶硅薄膜，納米固體薄膜，非晶硅薄膜，

11、 功能材料功能材料, 梯度材料等梯度材料等 3.1-6 表面工程技術發(fā)展趨勢表面工程技術發(fā)展趨勢 表面工程新技術新工藝向高效、節(jié)能、低污染和經濟的方向發(fā)展表面工程新技術新工藝向高效、節(jié)能、低污染和經濟的方向發(fā)展。 如如 高速燃氣噴涂（高速燃氣噴涂（HVOF） 噴涂陶瓷，難熔金屬及碳化物，噴涂陶瓷，難熔金屬及碳化物， 激光噴涂激光噴涂 復合材料復合材料 爆炸噴涂爆炸噴涂 PCVD 制備高性能超硬化合物制備高性能超硬化合物 離子束輔助鍍膜（離子束輔助鍍膜（IAC）雙層輝光離子滲金屬雙層輝光離子滲金屬 提高性能，節(jié)約能源明顯提高性能，節(jié)約能源明顯 真空與離子及低溫化學熱處理真空與離子及低溫化學熱處理

12、 彩色氧化膜彩色氧化膜 微弧氧化微弧氧化第五代陰極電泳自溶涂料（第五代陰極電泳自溶涂料（EOS） 已開發(fā)應用已開發(fā)應用閃光涂料、氣相固化涂料閃光涂料、氣相固化涂料溶膠凝膠涂覆層新材料也是研究發(fā)展的熱點溶膠凝膠涂覆層新材料也是研究發(fā)展的熱點有廣泛的應用前景有廣泛的應用前景表面工程的表面復合技術應用日益廣泛表面工程的表面復合技術應用日益廣泛表面復合技術發(fā)揮各工藝和材料的最佳協(xié)同效應，可獲得最佳性能，表面復合技術發(fā)揮各工藝和材料的最佳協(xié)同效應，可獲得最佳性能，得到更廣泛的應用。得到更廣泛的應用。電鍍電鍍電泳涂裝復合技術；電泳涂裝復合技術； 激光硬化與氣相沉積復合；激光硬化與氣相沉積復合；熱噴涂與涂裝

13、復合工藝；熱噴涂與涂裝復合工藝； 表面強化與固體潤滑層復合；表面強化與固體潤滑層復合；離子注入與氣相沉積復合；離子注入與氣相沉積復合； 電鍍與滲擴復合；電鍍與滲擴復合；熱噴涂與激光重熔復合。熱噴涂與激光重熔復合。智能化、自動化在表面工程領域中應用發(fā)展迅速智能化、自動化在表面工程領域中應用發(fā)展迅速人工智能用于涂裝生產線，智能熱噴涂設備、智能噴焊設備問世，過人工智能用于涂裝生產線，智能熱噴涂設備、智能噴焊設備問世，過程自動化跟蹤，工藝參數精確控制，提高了質量。智能化仍是程自動化跟蹤，工藝參數精確控制，提高了質量。智能化仍是21世紀世紀表面工程技術發(fā)展方向。表面工程技術發(fā)展方向。高能束在表面工程應用

14、前景廣闊高能束在表面工程應用前景廣闊激光熔融擴滲及合金化激光熔融擴滲及合金化 激光電鍍激光電鍍激光噴涂激光噴涂激光上釉激光上釉 激光化學反應涂層激光化學反應涂層電子束表面合金化電子束表面合金化離子注入改性離子注入改性產品性能提高，壽命提高，產品性能提高，壽命提高，節(jié)約昂貴材料和能源，今后節(jié)約昂貴材料和能源，今后將會普及推廣和應用。將會普及推廣和應用。納米表面工程技術已成為新的發(fā)展方向納米表面工程技術已成為新的發(fā)展方向納米顆粒復合電刷鍍納米顆粒復合電刷鍍納米熱噴涂納米熱噴涂 納米涂裝納米涂裝 納米固體潤滑納米固體潤滑納米膠粘劑納米膠粘劑等離子噴涂獲得納米結構等離子噴涂獲得納米結構 涂層涂層表面工

15、程設計趨于科學化表面工程設計趨于科學化a.產品設計由單一強度設計發(fā)展到強度、磨損、腐蝕的一體綜合設計。產品設計由單一強度設計發(fā)展到強度、磨損、腐蝕的一體綜合設計。 b.解決產品失效原因時解決產品失效原因時 要考慮系統(tǒng)工程要考慮系統(tǒng)工程c.建立表面過程的數字模型建立表面過程的數字模型預測表面的服役行為和失效機理，質量控制和過程優(yōu)化是表面工程技預測表面的服役行為和失效機理，質量控制和過程優(yōu)化是表面工程技術發(fā)展的熱點。術發(fā)展的熱點。這些已進入實用階段，這些已進入實用階段， 21世紀會有跨躍式發(fā)展世紀會有跨躍式發(fā)展232/TiOOAl工程條件，結構設計，合理選材，工程條件，結構設計，合理選材， 改進工

16、改進工藝藝 （加工），正確選擇實施表面工程技術（加工），正確選擇實施表面工程技術3.1-7表面薄膜與沉積技術表面薄膜與沉積技術 應用現代的物理化學氣相沉積法可以在零件表面沉積出厚度為應用現代的物理化學氣相沉積法可以在零件表面沉積出厚度為100nm至至微米厚的薄膜。一般小于微米厚的薄膜。一般小于25 m為薄膜，大于為薄膜，大于25 m為厚膜。為厚膜。1、薄膜技術包括、薄膜技術包括 薄膜材料薄膜材料制備技術制備技術薄膜分析表征薄膜分析表征 薄膜層設計與選擇薄膜層設計與選擇 薄膜工程應用薄膜工程應用 2、薄膜分類、薄膜分類 可分為四大類：可分為四大類： 裝飾功能膜裝飾功能膜彩色膜、裝飾膜、包裝膜、鍍

17、鋁紙膜。彩色膜、裝飾膜、包裝膜、鍍鋁紙膜。 、物理功能膜物理功能膜光學膜光學膜 反反射膜射膜陽光控制膜陽光控制膜 防激光致盲膜防激光致盲膜 、 、 、 、 32OAl2SiOTiO2TiO32OCrAlN窗口膜窗口膜 微電子膜微電子膜 電子元件膜電子元件膜Si、GaAs、GeSi 傳感器膜傳感器膜SiO、SiO2、TiO2、ZnO、AlN、SiC、Al2O3、 超導元件膜超導元件膜YBaCuO、BiSrCaClCO、Nb3Al、Nb3Sn晶體管薄膜晶體管薄膜 集成電路基片膜集成電路基片膜Al、Au、Ag、Cu、W光電子膜光電子膜 探測器膜探測器膜YAG、HgCdTe光敏電阻膜光敏電阻膜InSb

18、、GeSi、Si 信息存貯膜信息存貯膜 磁記錄膜磁記錄膜 磁帶、磁盤、磁卡、磁鼓磁帶、磁盤、磁卡、磁鼓 光盤存儲膜光盤存儲膜GdTbFe、CdCo/nSn。 -Fe2O3CrO2Fe-Co機械功能膜機械功能膜耐腐蝕膜耐腐蝕膜TiN、CrN、NbC、TaC、ZrO2、MCrAlY耐沖刷膜耐沖刷膜TiN、TaN、ZrN、TiC、SiC、BN耐高溫氧化膜耐高溫氧化膜TiCN、金剛石膜、類金剛石膜、立方氮化硼金剛石膜、類金剛石膜、立方氮化硼C-BN 防潮放熱膜防潮放熱膜AL、Zn、Cr、Ti、Ni、AlZn、NiCrAl 高強高硬膜高強高硬膜CoCrAlY、NiCoCrAlY+HfTa潤滑膜潤滑膜Mo

19、S2、S 特殊功能膜特殊功能膜 真空中的干摩擦真空中的干摩擦DLC、金剛石、金剛石 輻射下的潤滑耐磨輻射下的潤滑耐磨MoS2 高溫耐磨與透光高溫耐磨與透光金剛石、金剛石、C-BN3.1-8表面工程的學科體系表面工程的學科體系 、表表 面面 工工 程程 學學 表面工程基礎理論表面工程基礎理論 表面摩擦與磨損表面摩擦與磨損 表面腐蝕與防護表面腐蝕與防護 表面界面結合與復合表面界面結合與復合 表面失效分析表面失效分析 表面工程技術表面工程技術 表面涂層（厚膜）技術表面涂層（厚膜）技術 表面薄膜技術表面薄膜技術 化學轉化膜技術化學轉化膜技術 表面改性技術表面改性技術 表面機械強化技術表面機械強化技術

20、復合表面技術復合表面技術 表面加工技術表面加工技術表面預處理加工，表面層機械加工，特殊加工表面預處理加工，表面層機械加工，特殊加工 表面質量表面質量 檢測與控制檢測與控制 幾何形狀特性檢測幾何形狀特性檢測 表面力學特性的檢測表面力學特性的檢測 表面物理化學特性檢測表面物理化學特性檢測 表面分析技術：成分、組織、結構檢測表面分析技術：成分、組織、結構檢測 表面工程技術設計表面工程技術設計 表面層結構設計表面層結構設計 表面層材料設計表面層材料設計 表面層工藝設計表面層工藝設計 表面工程車間設計表面工程車間設計 表面工程技術經濟分析表面工程技術經濟分析 作業(yè)題：表面工程技術包括哪幾類表面技術？并說

21、明這些技術達到的工程目的。作業(yè)題：表面工程技術包括哪幾類表面技術？并說明這些技術達到的工程目的。3.2電鍍與化學鍍電鍍與化學鍍3.2-1電鍍電鍍電鍍技術定義：電鍍技術是屬于表面技術中覆蓋層技術的領域，是一電鍍技術定義：電鍍技術是屬于表面技術中覆蓋層技術的領域，是一種古老而又較廣泛應用的一種技術。它是用電解的方法從一定的電解種古老而又較廣泛應用的一種技術。它是用電解的方法從一定的電解質溶液（水溶液，非水溶液，熔鹽）中，在經預處理的金屬或非金屬質溶液（水溶液，非水溶液，熔鹽）中，在經預處理的金屬或非金屬表面沉積原子，獲得所要性能沉積層的方法。表面沉積原子，獲得所要性能沉積層的方法。3.2-1-1

22、鍍件的預處理：鍍件的預處理：任何表面處理技術都需要對工件進行前處理，任何表面處理技術都需要對工件進行前處理，如除銹、除油、表面活化等。它是獲得優(yōu)良的鍍、滲層的基礎。后面如除銹、除油、表面活化等。它是獲得優(yōu)良的鍍、滲層的基礎。后面講到各種表面技術時，前處理工藝不再贅述。講到各種表面技術時，前處理工藝不再贅述。3.2-1-2.電鍍的方法電鍍的方法單金屬電鍍：鍍單金屬電鍍：鍍A1、Cr、Cu、Zn、Fe、Au、Ag。合金鍍層，銅合金（黃銅合金鍍層，銅合金（黃銅Cu-Zn、青銅、青銅Cu-Sn）錫合金）錫合金 （ Sn-Pb ， Sn-Zn，Sn-Ni），鋅合金），鋅合金 （Zn-Ni Zn-Co，Z

23、n-Fe）單層電鍍單層電鍍多層組合電鍍多層組合電鍍Ni/Cu ，Cu/Ni-Fe ，Cr/Co ，Ni/Ni-P。復合電鍍復合電鍍Ni/SiC ， Fe-Al2O3 ，Ni-ZrO2 。脈沖電鍍是用脈沖電流進行的一種電鍍，無針孔晶粒細。脈沖電鍍是用脈沖電流進行的一種電鍍，無針孔晶粒細。3.2-1-3 電鍍的應用電鍍的應用 用于金屬或非金屬的裝飾防護；用于金屬或非金屬的裝飾防護； 用于金屬或非金屬的特殊性能；用于金屬或非金屬的特殊性能； 用于金屬或非金屬的功能鍍層；用于金屬或非金屬的功能鍍層； 用于電氣、電子、微電子、機械、汽車、航空、航天等用于電氣、電子、微電子、機械、汽車、航空、航天等 各領

24、域。各領域。3.2-1-4電鍍技術研究和開發(fā)的重點。電鍍技術研究和開發(fā)的重點。 研究開發(fā)新型化合物作電鍍液成分，以提供特殊性能層，研究開發(fā)新型化合物作電鍍液成分，以提供特殊性能層，提高電沉積速度。提高電沉積速度。 研究開發(fā)新型非水鍍液研究開發(fā)新型非水鍍液熔鹽。熔鹽。 開發(fā)新的鍍層、合金層、復合層、功能梯度層和多層鍍開發(fā)新的鍍層、合金層、復合層、功能梯度層和多層鍍層。層。 電鍍技術與其他技術廣泛的組合，使電鍍性能更好。電鍍技術與其他技術廣泛的組合，使電鍍性能更好。 利用計算機程序化、智能化使電鍍技術更趨科學化利用計算機程序化、智能化使電鍍技術更趨科學化 研究開發(fā)清潔電鍍技術、推動電鍍技術清潔生產

25、。研究開發(fā)清潔電鍍技術、推動電鍍技術清潔生產。3.2-2化學鍍技術化學鍍技術3.2-2-1.化學鍍定義化學鍍定義 化學鍍是不加外電流而利用異相（液相、固相）表面受控化學鍍是不加外電流而利用異相（液相、固相）表面受控自催化還原反應在基體上獲得連續(xù)均勻沉積層，又稱化學自催化還原反應在基體上獲得連續(xù)均勻沉積層，又稱化學沉積，非電解沉積或自催化沉積，此層叫化學鍍層，是屬沉積，非電解沉積或自催化沉積，此層叫化學鍍層，是屬于表面工程技術中覆蓋技術?；瘜W鍍技術比電鍍技術更年于表面工程技術中覆蓋技術?；瘜W鍍技術比電鍍技術更年輕更先進的表面覆蓋層技術，是屬于原子沉積技術?；瘜W輕更先進的表面覆蓋層技術，是屬于原子

26、沉積技術?；瘜W鍍關鍵在于：沉積速度、沉積厚度與基體附著力，沉積層鍍關鍵在于：沉積速度、沉積厚度與基體附著力，沉積層性能，沉積層結構、沉積層均勻性、鍍液的穩(wěn)定性、利用性能，沉積層結構、沉積層均勻性、鍍液的穩(wěn)定性、利用率成本及工業(yè)危害的合理控制，條件就是鍍液、成分、溫率成本及工業(yè)危害的合理控制，條件就是鍍液、成分、溫度和度和ph值。值。3.2-2-2化學鍍的種類化學鍍的種類 化學鍍鎳化學鍍鎳 化學鍍銅化學鍍銅 化學鍍金化學鍍金 、化學鍍合金化學鍍合金 Ni-P、Ni-P-Mo（防腐層）（防腐層） Ni-B、Ni-B-Ti、Ni-P+WC（抗磨層）（抗磨層） Co-W-B、Ni-Re-P（抗高溫）（

27、抗高溫） Ni-Co-P、Ni-Co-B、Ni-Fe-P（磁性）（磁性） PTFE+氟化碳氟化碳+liMg的氟化物（復合潤滑劑粒子）的氟化物（復合潤滑劑粒子） 化學鍍復合層化學鍍復合層 ：Ni-P鍍液中加入鍍液中加入金剛石金剛石,碳化硅碳化硅,碳化鎢，碳化碳化鎢，碳化鈦等納米顆粒形成（復合各種硬粒子）鈦等納米顆粒形成（復合各種硬粒子）3.2-2-3化學鍍應用化學鍍應用 化學鍍鎳應用于石油、化工、印刷、宇航、核工業(yè)、電化學鍍鎳應用于石油、化工、印刷、宇航、核工業(yè)、電子計算機、機械子計算機、機械 等行業(yè)。等行業(yè)。 化學鍍銅應用于印刷線路板的加工，塑料鍍銅代金屬裝化學鍍銅應用于印刷線路板的加工，塑料

28、鍍銅代金屬裝飾功能層?；瘜W鍍金，應用于印刷線路中的導體和絕緣體，飾功能層?；瘜W鍍金，應用于印刷線路中的導體和絕緣體，半導體材料良好歐姆接觸?；瘜W鍍合金，用于電子、宇航、半導體材料良好歐姆接觸?；瘜W鍍合金，用于電子、宇航、醫(yī)療、石油、化工、機動車等的耐腐蝕、耐磨、抗高溫。醫(yī)療、石油、化工、機動車等的耐腐蝕、耐磨、抗高溫。 3.3 電刷鍍技術電刷鍍技術 3.3-1電刷鍍技術基本原理及特點電刷鍍技術基本原理及特點 原理：電刷鍍是應用電化學沉積的原理在導電零件需要制原理：電刷鍍是應用電化學沉積的原理在導電零件需要制鍍層的表面上快速沉積金屬鍍層的表面技術，是表面工程技鍍層的表面上快速沉積金屬鍍層的表面技

29、術，是表面工程技術重要組成部分，電刷鍍用的直流電源的正極與鍍具連接，術重要組成部分，電刷鍍用的直流電源的正極與鍍具連接，負接與工件連接，當鍍具與工件接觸時，在電場的作用下鍍負接與工件連接，當鍍具與工件接觸時，在電場的作用下鍍液中的金屬離子定向遷移到工件表面，在工件表面獲得電子，液中的金屬離子定向遷移到工件表面，在工件表面獲得電子，還原成金屬原子而得到連續(xù)的沉積層。還原成金屬原子而得到連續(xù)的沉積層。 特點特點 電刷鍍層有電刷鍍層有良好的力學、物理、化學性能。有一百多種鍍液可供選用可良好的力學、物理、化學性能。有一百多種鍍液可供選用可獲得耐磨、耐蝕、減磨、抗氧化、防輻射、導電、導磁及特獲得耐磨、耐

30、蝕、減磨、抗氧化、防輻射、導電、導磁及特定功能的需要。定功能的需要。 厚度可精確控制，在電源上有鍍層的控制系統(tǒng)。厚度可精確控制，在電源上有鍍層的控制系統(tǒng)。 溫度低溫度低mm級級)，鏡面鍍液鏡面鍍液(5 m級級)，復合鍍液復合鍍液 (可獲得納米級復合鍍液可獲得納米級復合鍍液)，非晶鍍液，非晶鍍液，固體制劑固體制劑 (以固態(tài)形式商品化以固態(tài)形式商品化)。2、電刷鍍設備的進步、電刷鍍設備的進步向大容量（大容量向大容量（大容量500A）、小型化，多功能，操作方便發(fā)展）、小型化，多功能，操作方便發(fā)展小型化小型化: 主要靠電路的小型化主要靠電路的小型化 主電路有主電路有 調壓變壓式調壓變壓式 晶閘管式晶閘

31、管式 逆變式逆變式 晶體管式晶體管式 多功能：電刷鍍電鍍噴涂電源多功能：電刷鍍電鍍噴涂電源 電刷鍍電刷鍍工模具修補機電源工模具修補機電源3、電刷鍍工藝發(fā)展、電刷鍍工藝發(fā)展流鍍：陽極和工件可以相對運動流鍍：陽極和工件可以相對運動珩磨鍍：在鍍的同時可以機械磨削珩磨鍍：在鍍的同時可以機械磨削脈沖靜鍍：加脈沖工藝脈沖靜鍍：加脈沖工藝電噴鍍：陽極和工件不接觸，連續(xù)噴射電解液電噴鍍：陽極和工件不接觸，連續(xù)噴射電解液復合鍍：電刷鍍復合鍍：電刷鍍+釬焊、電刷鍍釬焊、電刷鍍+槽鍍、電刷鍍槽鍍、電刷鍍+化學鍍等。化學鍍等。4、應用實踐的進步與發(fā)展、應用實踐的進步與發(fā)展發(fā)電機密封瓦軸頸的發(fā)電機密封瓦軸頸的2.5mm

32、大面積拉傷修復，鐵路提速道岔墊板的防大面積拉傷修復，鐵路提速道岔墊板的防護與強化。護與強化。 3.4轉化膜技術轉化膜技術 3.4-1轉化膜定義：轉化膜定義：轉化膜是指金屬與某種特定的腐蝕液相接觸轉化膜是指金屬與某種特定的腐蝕液相接觸,在一定條件下發(fā)生化學在一定條件下發(fā)生化學與電化學反應，在金屬表面形成難熔化合物的膜層。與電化學反應，在金屬表面形成難熔化合物的膜層。3.4-2轉化膜的分類：轉化膜的分類： 按用途分類按用途分類 涂裝底材料轉化膜涂裝底材料轉化膜塑料加工用轉化膜塑料加工用轉化膜防銹轉化膜防銹轉化膜耐磨轉化膜耐磨轉化膜絕緣轉化膜絕緣轉化膜其他功能轉化膜其他功能轉化膜按方法分類按方法分類

33、 電化學轉化膜電化學轉化膜 化學轉化膜化學轉化膜 陽極氧化陽極氧化 微弧等離子氧化微弧等離子氧化化學氧化法化學氧化法 化學磷化法化學磷化法 鉻酸鹽法鉻酸鹽法 草酸鹽法草酸鹽法 3.4-3 鋁合金的陽極氧化鋁合金的陽極氧化 1定義：定義：陽極氧化是以工件（鋁合金）為陽極，通直流電后在電陽極氧化是以工件（鋁合金）為陽極，通直流電后在電解液中工件表面生成氧化膜層，此氧化過程稱為陽極氧化。陽極氧化解液中工件表面生成氧化膜層，此氧化過程稱為陽極氧化。陽極氧化是兩種不同化學反應同時進行的結果，一種是電化學反應，鋁與氧作是兩種不同化學反應同時進行的結果，一種是電化學反應，鋁與氧作用（在陽極上析出用（在陽極上

34、析出O O2 2）生成）生成AlAl2 2O O3 3，另一種是化學反應，是電解液對生，另一種是化學反應，是電解液對生成的成的AlAl2 2O O3 3不斷地溶解，只有生成速度大于溶解速度，氧化膜才能生成不斷地溶解，只有生成速度大于溶解速度，氧化膜才能生成一定的厚度。一定的厚度。 2陽極氧化工藝種類陽極氧化工藝種類 硫酸陽極氧化硫酸陽極氧化 :主要用質量分數為主要用質量分數為1020%的的H2SO4電解液電解液 鉻酸陽極氧化鉻酸陽極氧化 :主要用質量分數為主要用質量分數為3055%的鉻酸電解液的鉻酸電解液 草酸陽極氧化草酸陽極氧化: 主要用質量分數為主要用質量分數為3080%的草酸電解液的草酸

35、電解液 特種陽極氧化為厚度特種陽極氧化為厚度50mm左右硬度大左右硬度大12001500HV，電解液為硫，電解液為硫酸和草酸、蘋果酸等混合酸酸和草酸、蘋果酸等混合酸其他陽極氧化其他陽極氧化 :硝酸陽極氧化硝酸陽極氧化 溴酸陽極氧化溴酸陽極氧化 堿性陽極氧化堿性陽極氧化 3陽極氧化的性能及用途陽極氧化的性能及用途性能性能 用途用途 硬硬度度400600HV耐蝕性大大提高，抗氧化力增高耐蝕性大大提高，抗氧化力增高 吸收率（能力）因有孔隙度，對各種液體有機吸收率（能力）因有孔隙度，對各種液體有機物有良好吸附，粘附能力提高物有良好吸附，粘附能力提高用于防護裝飾用于防護裝飾 用于耐磨零件；用于耐磨零件；

36、 由于多孔性吸附，留存潤滑油耐磨由于多孔性吸附，留存潤滑油耐磨 用于電絕緣層；用于電絕緣層； 氧化膜是種良好的絕緣材料，銅導線氧化膜是種良好的絕緣材料，銅導線絕緣絕緣用作油漆涂料底層用作油漆涂料底層 用作電鍍底層用作電鍍底層 3.4-4 微弧氧化技術微弧氧化技術 1.微弧氧化微弧氧化(Mcro Plasma Oxidation Process) (1)該技術開始于該技術開始于20世紀世紀50年代到年代到80年代，成為國際研究的熱點并開始應用。年代，成為國際研究的熱點并開始應用。 我國于我國于20世紀世紀90年代起步，目前開始進入應用研究階段。年代起步，目前開始進入應用研究階段。 (2)微弧氧化

37、是將工件置于電解質水溶液中，通以高壓直流電，通過高壓放電作微弧氧化是將工件置于電解質水溶液中，通以高壓直流電，通過高壓放電作用，在工件陽極的表面產生火花放電斑點，在熱化學、電化學和等離子化用，在工件陽極的表面產生火花放電斑點，在熱化學、電化學和等離子化學的共同作用下，在其表面形成一層以學的共同作用下，在其表面形成一層以-Al2O3和和 -Al2O3為主的硬質陶瓷為主的硬質陶瓷層的方法。層的方法。 (3)微弧氧化包括下列幾個基本過程：微弧氧化包括下列幾個基本過程： ()空間電荷在氧化物基體中形成。空間電荷在氧化物基體中形成。 ( )在氧化物孔洞中產生氣體放電，氧化物層擊穿產生微弧。在氧化物孔洞中

38、產生氣體放電，氧化物層擊穿產生微弧。 ()膜層材料在瞬時形成超高溫區(qū)（膜層材料在瞬時形成超高溫區(qū)（2000-8000）被局部熔融或氣化。）被局部熔融或氣化。 () 熔融物激冷而形成非金屬陶瓷層。熔融物激冷而形成非金屬陶瓷層。2微弧氧化方法微弧氧化方法 A、有恒流操作、有恒流操作:電流設一定值，工作中膜層增加，自動增加電壓。電流設一定值，工作中膜層增加，自動增加電壓。 B、有恒壓操作、有恒壓操作:電壓上升到一定值，工作中膜層增加電流先升后降。電壓上升到一定值，工作中膜層增加電流先升后降。 C、實際應用中，一般先采用恒流操作，當達到最高電壓時，再、實際應用中，一般先采用恒流操作，當達到最高電壓時，

39、再 采取恒壓操作的方法采取恒壓操作的方法 3微弧氧化的應用微弧氧化的應用 鋁及鋁合金鋁及鋁合金:形成形成a-Al2O3微密層微密層+r-Al2O3疏松層，這層陶瓷層硬而耐磨。疏松層，這層陶瓷層硬而耐磨。 鎂及鎂合金鎂及鎂合金:形成形成MgO膜層提高膜層提高Mg合金的耐磨性。合金的耐磨性。3.4-5 化學轉化膜化學轉化膜1化學氧化膜化學氧化膜 化學氧化是金屬與一定的介質相接觸在一定的條件下發(fā)生化學反應，在化學氧化是金屬與一定的介質相接觸在一定的條件下發(fā)生化學反應，在金屬表面形成良好的氧化膜金屬表面形成良好的氧化膜,形成過程有三個階段：形成過程有三個階段： a、表面金屬溶解到處理液中。、表面金屬溶

40、解到處理液中。 b、溶解產生的物質在處理液中同介質發(fā)生反應生成中間產物。、溶解產生的物質在處理液中同介質發(fā)生反應生成中間產物。 c、氧化物從飽和溶液中結晶折出。、氧化物從飽和溶液中結晶折出。 鋼鐵鋼鐵 鋁及鋁合金化學氧化鋁及鋁合金化學氧化 鎂及鎂合金的化學氧化鎂及鎂合金的化學氧化 酸性化學氧化（發(fā)黑）酸性化學氧化（發(fā)黑）堿性化學氧化（發(fā)蘭）表面生成堿性化學氧化（發(fā)蘭）表面生成1.5mmFe3O4層層2.化學磷化處理化學磷化處理 鐵鋼鐵鋼 鋁及鋁合金鋁及鋁合金 鋅及鋅合金鋅及鋅合金 3.5 熱噴涂技術熱噴涂技術3.5-1熱噴涂基本原理熱噴涂基本原理 熱噴涂是利用特定的熱源（燃燒火焰、電弧、電弧等

41、離子體、激光熱噴涂是利用特定的熱源（燃燒火焰、電弧、電弧等離子體、激光 ）將噴）將噴涂材料加熱、熔化或軟化，并借助自身動力或外加氣流將熔滴加速，以一定涂材料加熱、熔化或軟化，并借助自身動力或外加氣流將熔滴加速，以一定的速度噴射到經凈化的工件表面上形成涂層的工藝方法，基本方法如圖的速度噴射到經凈化的工件表面上形成涂層的工藝方法，基本方法如圖3.5.1：輔助裝置能源供給涂層材料輔送熱源噴槍噴涂材料涂層工件 圖圖3.5.1熱噴涂過程示意圖熱噴涂過程示意圖噴涂材料從進入熱源到形成涂層大體可形成四個階段：噴涂材料從進入熱源到形成涂層大體可形成四個階段： a 材料被加熱熔化材料被加熱熔化 b 熔滴在高速氣

42、流下霧化成微米大小之后被加速熔滴在高速氣流下霧化成微米大小之后被加速 c 高溫熔微粒進入飛行階段與周圍氣體發(fā)生某些反高溫熔微粒進入飛行階段與周圍氣體發(fā)生某些反應減速降溫應減速降溫 d 一定速度和溫度的微粒與基體撞擊快速的冷卻并一定速度和溫度的微粒與基體撞擊快速的冷卻并沉積于工件表。沉積于工件表。 涂層與基體的結合有三種形式涂層與基體的結合有三種形式 a 機械結合：微粒與凹凸不平表面互相嚙合形成機機械結合：微粒與凹凸不平表面互相嚙合形成機械結合。械結合。 b 冶金冶金-化學結合：基體溫度較高時形成冶金結合，化學結合：基體溫度較高時形成冶金結合，生成金屬化合物生成金屬化合物 c 物理結合：由范德瓦

43、力或次價鍵形成物理結合。物理結合：由范德瓦力或次價鍵形成物理結合。3.5-2熱噴涂方法熱噴涂方法 。熱熱 噴噴 涂涂 方方 法法氣體燃燒熱源氣體燃燒熱源 氣體放電熱源氣體放電熱源 其他熱源其他熱源 火焰噴涂火焰噴涂 連續(xù)爆炸噴涂（連續(xù)爆炸噴涂（CDS）超聲速火焰噴涂（超聲速火焰噴涂（HVOF）火焰粉未噴焊火焰粉未噴焊 粉末火焰噴涂粉末火焰噴涂 絲材火焰噴涂絲材火焰噴涂 棒材火焰噴涂棒材火焰噴涂 電弧絲材噴涂電弧絲材噴涂 等離子噴涂等離子噴涂 等離子噴焊等離子噴焊 大氣等離子噴涂大氣等離子噴涂APS低壓等離子噴涂（低壓等離子噴涂（LPPS） 水穩(wěn)等離子噴涂水穩(wěn)等離子噴涂 超聲速等離子噴涂超聲速等

44、離子噴涂 激光噴涂激光噴涂激光噴焊激光噴焊 1粉末火焰噴涂粉末火焰噴涂熱源：為乙炔、丙烷、氫氣、天然氣。常用熱源：為乙炔、丙烷、氫氣、天然氣。常用C2H2乙炔和氧氣、天然氣。乙炔和氧氣、天然氣?；鹧鏈囟然鹧鏈囟?200-3500C過程反應：過程反應：C2H2+5/2O2=2CO2+H2O+1262J2. 絲材及棒材火焰噴涂。采用壓縮空氣霧化和加速熔粒絲材及棒材火焰噴涂。采用壓縮空氣霧化和加速熔粒3爆炸噴涂（爆炸噴涂（CDS）是將一定比例的乙炔和氧氣及噴涂粉送入槍中點火）是將一定比例的乙炔和氧氣及噴涂粉送入槍中點火噴炸形成涂層，可生成結合強度高，氣孔率低的優(yōu)質涂層。噴炸形成涂層，可生成結合強度高

45、，氣孔率低的優(yōu)質涂層。4超聲速火焰噴涂（超聲速火焰噴涂（HVOF）。用較高壓力的氧氣和流量送入噴槍點燃，）。用較高壓力的氧氣和流量送入噴槍點燃，可使火焰噴速超可使火焰噴速超2-8倍聲速使噴涂粉熔化形成涂層，但消耗的焰氣及設倍聲速使噴涂粉熔化形成涂層，但消耗的焰氣及設備昂貴，而變成液體燃料（燃油）可克服此缺點。備昂貴，而變成液體燃料（燃油）可克服此缺點。5電弧噴涂。特點：兩金屬絲作為自耗電極，兩金屬瞬間接觸短路放電產電弧噴涂。特點：兩金屬絲作為自耗電極，兩金屬瞬間接觸短路放電產生電弧熔化金屬絲，前端高速噴出的壓縮空氣，使熔化金屬霧化形成涂生電弧熔化金屬絲，前端高速噴出的壓縮空氣，使熔化金屬霧化形

46、成涂層。層。6等離子噴涂。用直流或高頻電火花作弧，工作氣體為氬氣，輔助氣為等離子噴涂。用直流或高頻電火花作弧，工作氣體為氬氣，輔助氣為（N2，H2）噴涂粉末用）噴涂粉末用N2氣送入氣送入7低壓等離子涂噴，等離子槍放入真空室中，對工件噴涂。低壓等離子涂噴，等離子槍放入真空室中，對工件噴涂。3.5-3 噴涂技術發(fā)展的趨勢噴涂技術發(fā)展的趨勢1噴涂材料：噴涂材料的發(fā)展向兩方面展開噴涂材料：噴涂材料的發(fā)展向兩方面展開， a.開發(fā)新涂層開發(fā)新涂層 Ni-Al NiCr-Al 復合線材或粉末，復合線材或粉末，Ni-Al反應熱量提高了溫度反應熱量提高了溫度 低鋁釔的低鋁釔的MCrAlY底層底層 高鋁釔的高鋁釔

47、的MCrAlY底層底層薄鋁層薄鋁層 薄薄Al2O3層層 ZrO2+5%Y2O3層（低孔隙率）層（低孔隙率）ZrO2+5%Y2O3層（低孔隙率）層（低孔隙率） b.涂層系統(tǒng)的設計涂層系統(tǒng)的設計 結構設計結構設計 工藝設計工藝設計材料選擇材料選擇 后續(xù)處理后續(xù)處理質量控制質量控制 2. 噴涂設備噴涂設備 機械化機械化 自動化自動化 3.涂層標準體系建立涂層標準體系建立 4.涂層質量體系的建立涂層質量體系的建立3.5-4涂層的后處理涂層的后處理1.封孔處理封孔處理熱噴涂后有熱噴涂后有1%以上的氣孔，有的相互連通。封孔就是用封孔劑填充以上的氣孔，有的相互連通。封孔就是用封孔劑填充這些氣孔。這些氣孔。封

48、孔劑有：乙烯基樹脂，酚醛樹脂，改進環(huán)氧樹脂，聚胺脂樹脂。封孔劑有：乙烯基樹脂，酚醛樹脂，改進環(huán)氧樹脂，聚胺脂樹脂。封孔劑中添加超細鋁粉可改善封孔劑作用。封孔劑中添加超細鋁粉可改善封孔劑作用。2涂層后處理工藝：涂層后處理工藝：a.噴丸處理，噴丸處理，b.擴散處理擴散處理: 先加熱到先加熱到500600擴散擴散1小時，小時，900-1000擴散一小時，使金屬涂層與基體反應、擴散，擴散一小時，使金屬涂層與基體反應、擴散，形成擴散層。形成擴散層。c.熱等靜壓處理（熱等靜壓處理（HIP）：加熱一定溫度）：加熱一定溫度+高壓惰性氣體同高壓惰性氣體同時作用。時作用。 d.涂層機械加工涂層機械加工(車削車削,

49、磨削磨削,研磨研磨,拋光拋光)。作業(yè)題：一汽車軸因局部磨損而報廢，試用一種合適的表面技術對其修復，作業(yè)題：一汽車軸因局部磨損而報廢，試用一種合適的表面技術對其修復，使其獲得新生使其獲得新生3.6 化學熱處理技術化學熱處理技術3.6-1化學熱處理定義化學熱處理定義是指將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾是指將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入工件表層，以改變基體表面化學成份、組織和性能的熱處種元素滲入工件表層，以改變基體表面化學成份、組織和性能的熱處理工藝，又稱表面合金化。理工藝，又稱表面合金化。3.6-2 化學熱處理分類化學熱處理分類化化 學學

50、 熱熱 處處 理理 固體法固體法 液體法液體法 氣體法氣體法 粉末法粉末法涂滲法涂滲法 電鍍電鍍 熔鹽法熔鹽法 熱浸鍍法熱浸鍍法水溶液電解水溶液電解 滲各種金屬滲各種金屬 滲碳滲碳 滲氮滲氮 碳氮共滲碳氮共滲滲硼滲硼滲各種金屬滲各種金屬液體滲碳液體滲碳真空滲碳真空滲碳 離子滲碳離子滲碳 氣體滲氮氣體滲氮 、碳氮共滲碳氮共滲離子滲氮離子滲氮 、碳氮共滲碳氮共滲下面，重點介紹滲碳和氮化下面，重點介紹滲碳和氮化3.6-3滲碳的原理滲碳的原理 滲碳是在富碳的活性介質中將低碳鋼或低碳合金鋼加熱到高溫滲碳是在富碳的活性介質中將低碳鋼或低碳合金鋼加熱到高溫（930左右）保溫使碳原子滲入表面層的化學熱處理，目

51、的增加表左右）保溫使碳原子滲入表面層的化學熱處理，目的增加表面碳濃度提高耐磨性，一般滲碳包括碳原子的分解、吸收和擴散三個面碳濃度提高耐磨性，一般滲碳包括碳原子的分解、吸收和擴散三個基本過程。基本過程。3.6-4 滲碳的化學反應（分解過程）滲碳的化學反應（分解過程）滲碳氣氛組分主要為滲碳氣氛組分主要為CO和和CH4、CO滲碳能力弱滲碳能力弱, CH4能力強，產生活能力強，產生活性碳的反應如下：性碳的反應如下：2CO CO2+C CH4 2H2+CCO+H2 H2O+ C CO O2+C 3.6-5滲碳過程滲碳過程 首先首先C原子溶入奧氏體中達飽和后，形成原子溶入奧氏體中達飽和后，形成Fe3C，表

52、層含碳量一般控制在，表層含碳量一般控制在0.85%1.05%，8小時后滲層厚度一般在小時后滲層厚度一般在0.52.0mm。滲碳緩冷后。滲碳緩冷后組織從表層向內層依次為組織從表層向內層依次為Fe3C+P, P, P+F。 213.6-6滲碳種類滲碳種類 固體滲碳，固體滲碳，液體滲碳，液體滲碳，氣體滲碳，氣體滲碳，離子滲碳，離子滲碳，真空滲碳真空滲碳（丙烷甲烷乙炔），（丙烷甲烷乙炔），流態(tài)床滲碳，流態(tài)床滲碳，膏劑滲碳。膏劑滲碳。3.6-7離子滲碳原理離子滲碳原理 離子滲碳是在工件（陰極）和陽極之間產生輝光放電，進行滲離子滲碳是在工件（陰極）和陽極之間產生輝光放電，進行滲碳的工藝，又稱輝光離子滲碳，

53、以碳的工藝，又稱輝光離子滲碳，以CH4、,C2H6， C3H8作為滲碳介質作為滲碳介質為例，不僅有熱分解反應，還有在輝光放電陰極位降區(qū)在電場作用下為例，不僅有熱分解反應，還有在輝光放電陰極位降區(qū)在電場作用下的電離的電離 CH4 =【C】+2H2 若滲碳介質為乙烷，丙烷若滲碳介質為乙烷，丙烷,將發(fā)生如下反應過程：將發(fā)生如下反應過程： C2H6 =【C】+CH4+H2 C3H8 = 【C】+C2H6+H2C1000900輝光放電C1000900輝光放電C1000900輝光放電【 C】為活性】為活性C原子或離子。原子或離子。 活性碳原子或離子在陰件（工件）位降區(qū)加速沖活性碳原子或離子在陰件（工件）位

54、降區(qū)加速沖到工件表面被吸收，由于轟擊使工件升溫，碳原到工件表面被吸收，由于轟擊使工件升溫，碳原子向內擴散，由于轟擊可能造成工件表面空位、子向內擴散，由于轟擊可能造成工件表面空位、晶格缺陷，加速碳的滲入，轟擊使工件表面活化晶格缺陷，加速碳的滲入，轟擊使工件表面活化可能也是碳原子擴散快速的原因。由于轟擊濺射可能也是碳原子擴散快速的原因。由于轟擊濺射出來的出來的Fe與與C原子結合成原子結合成FeC后沉積工件表面，后沉積工件表面，在表面形成化合物層。在表面形成化合物層。3.6-8離子滲碳的特點離子滲碳的特點 離子滲碳速度快離子滲碳速度快 滲碳質量高，不產生晶界氧化，不脫碳，滲滲碳質量高，不產生晶界氧化

55、，不脫碳，滲層均勻層均勻 滲層容易控制，調節(jié)放電電流密度值就很容滲層容易控制，調節(jié)放電電流密度值就很容易控制表面碳濃度和深層深度易控制表面碳濃度和深層深度 可實現高濃度滲碳可實現高濃度滲碳 滲碳效率高，生產成本低滲碳效率高，生產成本低,勞動條件好勞動條件好3.6-9滲氮的原理滲氮的原理 根據根據FeNFeN相圖圖相圖圖3.6.13.6.1，滲，滲氮在氮在500-590500-590進行，常用進行，常用560560，FeFe和和N N從相圖知，可從相圖知，可形成形成5 5種相。種相。相相NN在鐵在鐵素體中固溶體；素體中固溶體；相相NN在在奧氏體中固溶體；奧氏體中固溶體；以以FeFe4 4N N為

56、基的中間相，為基的中間相，相相以以F F2.32.3N N為基的中間相，為基的中間相，相相以以F F2 2N N為基的中間相。為基的中間相。與滲碳的原理不同，它是典與滲碳的原理不同，它是典型的反應擴散過程。型的反應擴散過程。不同溫度滲層中各相形成順不同溫度滲層中各相形成順序如下：序如下： 滲氮溫度滲氮溫度 相形成順序相形成順序 由由表及里深層組織表及里深層組織 圖圖3.6.1 FeN相圖相圖590 , ,+, ,+，590680 ，+，+, ，滲氮過程是隨著氮原子不斷滲入，使?jié)B氮過程是隨著氮原子不斷滲入，使相達到飽和氮含相達到飽和氮含量，氮繼續(xù)擴散，引發(fā)了量，氮繼續(xù)擴散，引發(fā)了反應產生了反應產

57、生了 相，繼相，繼續(xù)滲氮達到續(xù)滲氮達到相中的飽和極限后才形成氮含量高的相中的飽和極限后才形成氮含量高的相，相， 之后是之后是 （Fe2N）相，此相因很脆，形成后）相，此相因很脆，形成后必須去除退氮或磨削去掉。必須去除退氮或磨削去掉。3.6-10 滲氮的種類滲氮的種類液體滲氮液體滲氮氣體滲氮氣體滲氮輝光離子滲氮輝光離子滲氮流態(tài)床滲氮流態(tài)床滲氮高頻滲氮高頻滲氮真真空脈沖滲氮空脈沖滲氮 36-11 離子氮化原理離子氮化原理 在真空中，作為陰極的工件和陽極（容器）之間加入在真空中，作為陰極的工件和陽極（容器）之間加入400-1100V400-1100V直直流高壓電源，使通入真空室中的氨氣或氮氫混合氣電

58、離成流高壓電源，使通入真空室中的氨氣或氮氫混合氣電離成N N+ + 、H H+ + 、NHNH3 3+ +等離子產生輝光放電。等離子產生輝光放電。 正離子在陰極位降區(qū)轟擊工件表面，產生一系列反應，如轟擊正離子在陰極位降區(qū)轟擊工件表面，產生一系列反應，如轟擊使表面凈化，動能變成熱能使工件升溫，離子轟擊打出二次電子，陰使表面凈化，動能變成熱能使工件升溫，離子轟擊打出二次電子，陰極濺射產生極濺射產生FeFe原子，原子，FeFe原子，原子，FeFe原子和原子和N+N+結合形成結合形成FeNFeN，吸附于工件，吸附于工件表面，表面，FeNFeN由于離子的轟擊分解為含氮低的由于離子的轟擊分解為含氮低的Fe

59、Fe2 2N N、FeFe3 3N N、FeFe4 4N N和和-Fe-Fe（N N），并放出），并放出N N原子，這些氮原子一部分擴散入工件內部形成氮化物原子，這些氮原子一部分擴散入工件內部形成氮化物層，一部分又返回到輝光放電區(qū)，提高工件表面氮勢。層，一部分又返回到輝光放電區(qū)，提高工件表面氮勢。 離子轟擊產生表面原子濺射，工件表面晶格變形產生高密度位離子轟擊產生表面原子濺射，工件表面晶格變形產生高密度位錯，以至形成空位均有利于氮原子向內擴散。錯，以至形成空位均有利于氮原子向內擴散。 滲層組織最外層為化合物層，然后是擴散層滲層組織最外層為化合物層，然后是擴散層+ +過度層。過度層。3.6-12

60、輝光離子滲氮的特點輝光離子滲氮的特點 滲氮速度快，滲氮鋼滲氮速度快，滲氮鋼550獲得獲得0.4mm滲氮層，一般氣體氮化要滲氮層，一般氣體氮化要20h而離子氮化只而離子氮化只要要8h。一般離子氮化獲得。一般離子氮化獲得0.1mm層深只要層深只要25min。 滲層組成相可以控制，可得滲層組成相可以控制，可得 ，相相（Fe4N）或脆性小的）或脆性小的相（相（Fe2.3N）。）。 節(jié)能節(jié)能 可不銹鋼滲氮可不銹鋼滲氮 無公害無污染無公害無污染3.7氣相沉積技術氣相沉積技術3.7-1 氣相沉積技術概念及分類氣相沉積技術概念及分類概念：利用氣相中發(fā)生的物理化學過程，在固體表面形成金屬、非概念：利用氣相中發(fā)生