Ch材料表面技術

1、第十三章 材料表面技術13.1 材料表面技術概述13.2 電鍍和化學鍍13.3 化學轉(zhuǎn)化膜技術13.4 表面涂敷技術13.5 氣相沉積技術13.6 高能束表面技術簡介113.1 材料表面技術概述 表面工程是利用物理的、化學的、物理化學的以及機械的等工藝方法，使工件表面獲得可要求的成分、組織和性能，以提高產(chǎn)量質(zhì)量的工程。始于20世紀80年代 。 主要包括： （1）熱處理，表面淬火、化學熱處理等，以提高表面強度、硬度、耐磨性為主，常稱為表面硬化（強化）技術。 （2）化學粘接鍍、電鍍、轉(zhuǎn)化膜等，以提高耐蝕性為主，常稱為防護技術。（1）、（2）有聯(lián)系有交叉，又相對獨立。 （3）氣相沉積等，成為制造新材

2、料、機件修復的手段。2一、材料表面技術的目的與作用 1. 提高材料的表面損傷失效抗力 2. 賦予材料表面某種（或多種）功能特性 3. 實施特定的表面加工來制造（或修復）零、部件二、材料表面技術的應用 1. 在結(jié)構(gòu)材料及工程構(gòu)件、機械零件上的應用 2. 在功能材料及元器件上的應用 3. 在新材料的研究與生產(chǎn)上的應用 4. 在環(huán)境保護方面的應用13.1 材料表面技術概述3三、表面技術的分類 1. 表面覆層技術 2. 表面合金化技術 3. 表面組織轉(zhuǎn)變技術四、材料表面技術的特點 1. 只需進行表面改性或強化，可以節(jié)約材料。 2. 可以獲得特殊的表面層。 3. 表面涂層很薄，涂層用料少。 4. 可以用

3、于修復已損壞、失效的零件。 13.1 材料表面技術概述4充分發(fā)揮材料潛力。 六缸柴油機曲軸噴丸處理后強度提高3038。 冷作模具承受沖擊載荷大，其表面耐磨性與心部韌性之間的矛盾更加突出，經(jīng)滲B后表面耐磨性由高硬度的硼化物層承擔，再適當?shù)靥岣呋鼗饻囟葘⒒w硬度降低到60HRC以下，使心部韌性得到改善，既發(fā)揮了硼化物層的耐磨優(yōu)勢，又避免發(fā)生脆性斷裂，可使模具壽命延長十幾倍。 氣相沉積如CVD沉積-Al2O3的硬質(zhì)合金，在10001500時刃部仍保持高硬度，使用壽命比沉積TiC、TiN高2倍。13.1 材料表面技術概述表面工程功能5節(jié)約材料資源。 用鐵基粉末燒結(jié)成形后滲鋅，代替銅制作彈子鎖芯，耐蝕性

4、好，節(jié)約了大量銅。 用低碳鋼滲鋁，代替高合金耐熱鋼制作滲碳罐，節(jié)約了鉻鎳資源并降低了成本。 英國汽車排氣系統(tǒng)采用滲鋁后，壽命比碳鋼延長三倍。 鈷合金Hs25葉片于1205工作2h后，因氧化起皮而失效，經(jīng)鉻鋁共滲后于1205，工作100h，僅失重14g/cm2，表面剛剛起皮。 有人分析，船舶壽命周期一般為2030年，報廢時實際失效件只是一部分，大約還有70可以繼續(xù)工作，如果用表面強化處理其中一些薄弱部位，可使船舶壽命延長到3035年，船舶的全壽命周期費用降低30左右。13.1 材料表面技術概述表面工程功能6制作新材料。表面強化處理是制造復合材料的預處理手段。維修與修復。 用刷鍍修復的坦克零件，耐

5、磨性是原產(chǎn)品的4.3倍； 刷鍍修復萬匹馬力柴油機的定時齒圈； 熱噴涂處理運輸船尾軸套； 用化學粘接高溫涂料修復船用柴油機排煙管等。裝飾。沉積TiN代替黃金，化學鍍仿制各類文物及裝飾品以及各類涂料的裝飾等。13.1 材料表面技術概述表面工程功能7風電設備表面處理方案：（1）風機葉片 ：噴丸強化（2）風電齒輪箱：低Ra超精研磨（3）風機輪轂：拋丸處理（4）風機塔架：拋丸/噴砂除銹等涂防腐涂層13.1 材料表面技術概述噴丸813.1 材料表面技術概述噴丸913.1 材料表面技術概述噴丸1013.2 電鍍和化學鍍一、電鍍 將零件作為陰極放在含有欲鍍金屬的鹽類電解質(zhì)溶液中，通過電解作用而在陰極上（即零件

6、）發(fā)生電沉積現(xiàn)象形成電鍍層。（一）單金屬電鍍（二）合金電鍍（三）復合電鍍（四）非金屬材料的電鍍電鍍實驗演示視頻電鍍生產(chǎn)實例視頻 1 211（1）鍍Mo顯著提高發(fā)動機QT缸體的耐磨性。（2）汽油機鑄鋁活塞裙部外表面鍍Sn。（3）活塞環(huán)用合金ZT，第一道環(huán)鍍Cr，第二道環(huán)鍍Sn或P化。（4）拉伸鋼質(zhì)零件，毛坯表面需鍍Cu或P化，使毛坯表面形成一層隔離層，能儲存潤滑劑，具有自潤性能。（5）電鍍黃銅（仿金電鍍），如Cu-Zn、Sn-Cu-Zn，可能到18K24K黃顏色仿金電鍍層，可用于：燈飾、日用五金制品；汽車輪胎子午線鋼絲的電鍍，提高橡膠與鋼絲的結(jié)合強度；節(jié)約Au，在鍍Au前先鍍黃銅。（6）減摩鍍軸

7、承電鍍，電鍍軟金屬如Sn、Pb、In等，在摩擦表面上改善磨合性能。 13.2 電鍍和化學鍍電鍍應用12 （7）車身某些部位，如5門1蓋、焊接形成的內(nèi)腔等，不能上面漆，甚至不能上電泳漆，往往成了車身整體防腐蝕的薄弱點?？刹捎脝蚊驽僙n或雙面鍍Zn鋼板，翼子板、車頂蓋也可使用Zn鋼板。 鍍Zn鋼板的鍍Zn層7.510m。 雙面鍍Zn板車身，使用壽命12年。 中高檔轎車白車身一般使用鍍Zn板，但其表面粗糙度、清潔度影響鍍Zn層附著力。 13.2 電鍍和化學鍍電鍍應用13 （8）耐蝕鍍：鍍Zn，如鍍Zn鋼板；還可電鍍Zn合金，如Zn-Ni（13）， Ni4Zn3金屬間化合物。鍍Sn，美麗的光澤，對含果

8、實類耐有機酸耐蝕能力很好，對 Sn的釬焊性能好，用于食品罐頭盒、無線電接插件及引線等 元件。鍍Ni，常存在孔隙，需多層電鍍，用于汽車、儀表等。鍍Cu，用于多層電鍍的底層或中間層。鍍Mn，用于海水中混凝土鋼筋。13.2 電鍍和化學鍍電鍍應用14 （9）耐磨鍍：鍍硬Cr：用于耐磨性和修復磨損件、切削超差的工件。硬， 熱硬性好，小。防護裝飾性鍍Cr：中間鍍層為Cu、Ni、Cu-Sn、Ni-Fe等， 在鍍Ni層上再鍍Cr銀藍色鏡面鍍層。鍍黑Cr：用于照相機、武器等，采用不同鍍液。鍍無裂紋Cr（裂紋影響金屬腐蝕性能），由于鍍Sn鋼板價 格上漲，用鍍Cr鋼板無錫鋼板。（10）復合鍍：在金屬基體上分布一些高

9、硬度氧化物、碳化物 質(zhì)點，常以Ni、Co為主體金屬，如化學鍍Ni-P、Ni-B為主體 金屬，分散硬顆粒是SiC等，Ni-P-SiC復合鍍層的耐磨性比鍍 Ni層高70，已用于汽車發(fā)動機。 13.2 電鍍和化學鍍電鍍應用15硬幣的設計 第五套人民幣硬幣 1元硬幣 鋼芯鍍鎳 5角硬幣 鋼芯鍍銅合金 1角硬幣 不銹鋼13.2 電鍍和化學鍍電鍍應用16二、化學鍍（一）基本原理 在無外加電場的情況下，鍍液中的金屬離子在還原劑的作用下，通過催化在鍍件（金屬或非金屬件）表面上的還原沉積過程。（二）基本特點 均鍍能力和深鍍能力好，可在形狀復雜的鍍件表面產(chǎn)生均勻厚度的鍍層 ； 鍍層晶粒細，空隙小，力學性能、物理性

10、能和化學性能優(yōu)良； 設備簡單、操作容易，適合于金屬與非金屬鍍件。（三）應用及舉例13.2 電鍍和化學鍍17應用13.2 電鍍和化學鍍鍍銅系列鍍鉻系列電鍍黑鎳系列 電鍍鋅系列 仿古銅系列 1813.3 化學轉(zhuǎn)化膜技術引言一、化學氧化二、鋁及鋁合金的陽極氧化三、磷化處理四、鉻酸鹽處理19引言化學轉(zhuǎn)化膜：通過化學或電化學手段，使金屬表面形成穩(wěn)定的化合物膜層的方法。成膜機理：金屬與特定腐蝕液（ 化學介質(zhì)）接觸而在一定條件下發(fā)生（電）化學反應，由于濃差極化和陰極極化作用，在金屬表面轉(zhuǎn)化 產(chǎn)生一層堅固、穩(wěn)定的化合物膜。主要用途：（1）防銹耐蝕（2）耐磨減摩（3）其它作用，如絕緣性、吸光性或反射光性、染色性

11、等13.3 化學轉(zhuǎn)化膜技術20引言13.3 化學轉(zhuǎn)化膜技術 高速鋼刀具氧化處理（蒸氣處理）（屬轉(zhuǎn)化膜），氧化膜是Fe3O4，藍色，多孔，能貯油，潤滑、減磨。 與回火工藝相結(jié)合； 與滲氮工藝相結(jié)合，氧氮化處理，外層是氧化膜，散 熱，潤滑；內(nèi)層是氮化層； 硫氮共滲蒸氣處理，可使刀具防銹。 21一、化學氧化（一）鋼鐵的化學氧化 鋼鐵在含有氧化劑的溶液中進行化學處理，可在其表面生成一層 0.5 1.5 m 厚的堅固致密的以 Fe3O4 為主的氧化膜，稱為鋼鐵的化學氧化。由于 Fe3O4 膜的顏色可以從藍到黑變化，故又稱發(fā)藍或發(fā)黑處理。（二）有色金屬的化學氧化 1. 鋁及鋁合金的化學氧化：將鋁及鋁合金置

12、于沸水中，或酸性、堿性溶液中即可發(fā)生化學氧化而生成 Al2O3 為主的氧化膜， 其厚度一般可控制在 0.5 4 m。 2. 銅及銅合金的化學氧化：在含有氧化劑的溶液中（ 如 NaOH + K2S2O8 ）， 銅及銅合金表面可氧化生成主要為 CuO 或 Cu2O 的氧化膜，厚度一般為 0.5 2 m。13.3 化學轉(zhuǎn)化膜技術22二、鋁及鋁合金的陽極氧化 將金屬零件（如鋁件）作為陽極放置于適當?shù)碾娊庖褐校ㄈ缌蛩?、鉻酸、草酸等水溶液），在外加電流的作用下，表面生成氧化膜的方法。 鋁陽極氧化膜的主要特性： （1）多孔性 （2）耐蝕性 （3）耐磨性 （4）電絕緣性13.3 化學轉(zhuǎn)化膜技術23三、磷化處理

13、 將金屬放入含有錳、鋅、鐵的磷酸鹽中進行化學處理，使其表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護膜的方法，即為磷化處理（簡稱磷化）。 磷化膜厚度一般在1 50 m 之間，呈多孔結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出吸附、耐蝕、減摩等特性。（一）鋼鐵的磷化處理 除油脫脂 酸洗 水洗 磷化 水洗 磷化后處理（如封閉處理） 水洗 干燥主要應用：防護用磷化膜； 涂裝用磷化膜 ；冷加工潤滑用磷化膜；減摩用磷化膜 ；電絕緣用磷化膜。（二）有色金屬磷化處理13.3 化學轉(zhuǎn)化膜技術24三、磷化處理13.3 化學轉(zhuǎn)化膜技術P化應用：（1）柴油機鑄鋁活塞裙部外表面P化。（2）活塞環(huán)用合金ZT，第一道環(huán)鍍Cr，第二道環(huán)鍍Sn或P化。（3）拉伸鋼質(zhì)零件

14、，毛坯表面需鍍Cu或P化，使毛坯表面形成一層隔離層，能儲存潤滑劑，具有自潤性能。 25四、鉻酸鹽處理 將金屬或金屬鍍層放入含有某些添加劑的鉻酸或鉻酸鹽溶液中， 通過化學或電化學的方法在金屬表面生成以鉻酸鹽（三價鉻或六價鉻）為主的膜的方法，有時也稱鈍化。 鉻酸鹽膜的主要特性：（1）對基體金屬的保護作用（2）表面裝飾性13.3 化學轉(zhuǎn)化膜技術2613.4 表面涂敷技術一、涂料與涂裝二、粘涂三、熱噴涂四、熱浸鍍27一、涂料與涂裝（一）涂膜的作用 1. 保護作用 2. 裝飾作用 3. 標志作用 4. 特殊功能（二）涂料的組成與類型 涂料一般由四大部分組成：主要成膜物質(zhì)（如油脂、各類合成樹 脂）、顏料、

15、溶劑、助劑。 涂料的主要類型： 1. 普通涂料 2. 水性涂料 3. 粉末涂料 4. 其它涂料（三）涂裝方法 1. 一般涂裝方法 包括刷涂、淋涂、壓縮空氣噴涂、高壓無空氣噴涂等。 2. 靜電涂裝法 3. 電泳涂裝法13.4 表面涂敷技術28二、粘涂 材料表面粘涂技術是粘接技術的一個分支，它是將特種功能的膠粘劑（通常是在膠粘劑中加入有機或無機填料，如二硫化鉬、金屬粉末、陶瓷粉末和樹脂粉末）直接涂敷于材料表面，使之具有耐磨、耐蝕、耐熱、絕緣、導電、導磁、防輻射等功能的一項新技術，主要用于零件的表面強化與修復，也可使其獲得某種特殊功能。粘涂的一般工藝過程：表面預處理（清洗、粗化、活化） 配膠 涂敷（

16、刮涂法、刷涂法、模壓法等） 固化（室溫或加熱固化） 后處理（如清理、修整或表層機械切削、磨削加工）。13.4 表面涂敷技術29二、粘涂 表面粘涂技術的應用 1. 零件的減磨潤滑 粘涂技術獲得的涂層通常稱為粘結(jié)固體潤滑膜。在空間技術方面應用廣泛。例如，人造衛(wèi)星的天線驅(qū)動系統(tǒng)、太陽電池帆板機構(gòu)、光學儀器的驅(qū)動機構(gòu)和溫控機構(gòu)、星箭分離機構(gòu)及衛(wèi)星搭載機械等都使用了粘接固體潤滑膜潤滑。 此外，粘接固體潤滑膜在高低溫條件下的應用已經(jīng)非常廣泛，如火箭、飛機和汽車等的高溫發(fā)動機的滑動件、汽缸、活塞環(huán)和飛機上的其它高溫滑動件，以及遠程炮的炮膛、金屬熱加工模具、原子核反應堆的有關部件和耐高溫燒蝕螺絲等。13.4

17、表面涂敷技術30二、粘涂表面粘涂技術的應用2. 零件的防腐蝕 涂料涂覆于物面上能保護其不受環(huán)境的侵蝕，而且涂裝施工方便，不必像搪瓷需大型烘爐、電鍍需電鍍槽等設備，也不必像陰極保護只限用于水下、地下浸沒部位。 我國某油田埋地管線中，集油管線孔腐蝕速率為2.4mm/a（毫米/年）不斷出現(xiàn)，在經(jīng)濟上造成的損失極大。安徽省化工研究所陳向普等開發(fā)了管道內(nèi)壁粉末涂裝設備和工藝，不僅防腐蝕，且可減少阻力，增加了流量，減少了維護費用。 為了減少腐蝕的損失，人們采取了許多措施，但迄今仍以有機涂層為最有效、最經(jīng)濟、應用普遍。13.4 表面涂敷技術31二、粘涂表面粘涂技術的應用3. 零件磨損的修復 零件磨損后，可采

18、用耐磨修補膠直接涂敷于磨損的表面，然后采用機械加工或打磨使零件尺寸恢復到設計要求。該方法與傳統(tǒng)的堆焊、熱噴涂、電鍍、電刷鍍方法相比，具有可修復對溫度敏感性強的金屬零部件，和修復徐層厚度調(diào)節(jié)范圍寬的特點。此外，還可進行零件劃傷修補、零件的密封堵漏等。13.4 表面涂敷技術32二、粘涂13.4 表面涂敷技術表面粘涂技術的應用4. 鑄造缺陷的修補 鑄造缺陷(氣孔、縮孔)一直是耗費資金的大問題。采用表面粘涂技術修補鑄造缺陷簡便易行，省時省工且效果良好，修補后的顏色可保持與鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄銅一致。 天津塘沽閥門廠生產(chǎn)的一大批大型閥門（內(nèi)徑1.6m），內(nèi)圈加工后發(fā)現(xiàn)有大量氣孔，采用TG919導電膠填補

19、氣孔，再在表面刷鍍鎳，不僅達到了密封的目的，而且表面美觀。33二、粘涂表面粘涂技術的應用5. 車身涂飾工藝（1）涂3層體系涂3層烘3層體系：基底漆涂層中間涂層面漆涂層，3層分別烘干，適于豪華轎車。涂3層烘2層體系：涂層同上，第1層不烘干，涂中間涂層后一起烘干，采用“濕碰濕”工藝。適于普通車、大客車身、大貨駕駛室。（2）涂2層體系;基底漆涂層面漆涂層，無中間涂層，2層分別烘干，適于中、重型貨車駕駛室。13.4 表面涂敷技術34三、熱噴涂 熱噴涂技術是利用各種熱源，使各種固體噴涂材料加熱到熔化或軟化狀態(tài)，通過高速氣流使其霧化，然后噴射、沉積到經(jīng)過預處理的工件表面而形成具有各種不同性能的涂層。（一）

20、涂層結(jié)構(gòu)與結(jié)合機理（二）熱噴涂材料（三）熱噴涂工藝方法 1. 工藝過程：表面預處理（脫脂去油、除銹、表面粗化） 噴底層（或過渡層） 噴工作層 后處理（如重熔、封閉等） 2. 熱噴涂方法 火焰噴涂 ；電弧噴涂 ； 等離子噴涂 ； 其它特種噴涂方法，如爆炸噴涂、超音速噴涂、高頻噴涂、激光噴涂等。13.4 表面涂敷技術35三、熱噴涂13.4 表面涂敷技術36三、熱噴涂13.4 表面涂敷技術1. 空氣通道 2. 燃料氣體3. 氧氣4. 線材或棒材5. 空氣罩6. 氣體噴嘴7. 燃燒氣體8. 熔融材料9. 噴涂束流火焰噴射槍剖面圖12435678937三、熱噴涂13.4 表面涂敷技術38三、熱噴涂13.

21、4 表面涂敷技術火焰噴涂噴槍火焰噴涂電弧噴涂電弧噴涂原理圖39三、熱噴涂（四）熱噴涂技術的特點與應用 1. 熱噴涂特點 適應材料廣，基材幾乎不受限制 ； 工藝靈活、各種形狀尺寸的零件均可采用，特別適合于現(xiàn)場施工； 除火焰噴涂外，噴涂過程母材受熱溫度低，即熱噴涂實際上是“冷工藝”，涂層厚度從幾十微米到幾毫米可控，基體不變性、不變形 ； 工藝簡便，方法多樣，生產(chǎn)效率高。 2. 應用13.4 表面涂敷技術40三、熱噴涂13.4 表面涂敷技術41三、熱噴涂13.4 表面涂敷技術421. 電弧噴涂技術在艦船上的應用 我國南海地區(qū)在高溫、高濕、高鹽霧的惡劣環(huán)境下艦船鋼鐵結(jié)構(gòu)腐蝕嚴重，有的艦船中修換板率達5

22、0以上?，F(xiàn)有防腐措施難以解決艦船的防腐問題。全軍裝備維修表面工程研究中心開發(fā)研究了優(yōu)質(zhì)、高效、低成本、適于現(xiàn)場施工的電弧噴涂防腐的技術并取得了成功、解決了艦船鋼結(jié)構(gòu)防腐的重大難題。13.4 表面涂敷技術電弧噴涂應用實例4313.4 表面涂敷技術2. 大功率發(fā)動機曲軸的修復 長江三峽的挖泥船在施工中由于潤滑系統(tǒng)缺油而導致第三連桿軸頸嚴重拉傷，被迫停機。該發(fā)動機屬于大馬力中速柴油機，要求曲軸軸頸修復層具有良好的耐磨性，較高的結(jié)合強度和硬度，并能承受低沖擊負荷和較高的抗疲勞性能。通過綜合評估各種方案，采用電弧噴涂曲軸工藝修復后，該曲軸修好至今已正常工作三年，完好無損，該船現(xiàn)每天24小時連續(xù)工作，每小

23、時挖泥720m3，己充分發(fā)揮了技術性能。如當時不修此軸而購買新軸，需用人民幣120多萬元，從訂購到交貨需三個月以上，其停產(chǎn)損失更為可觀，而用電弧噴除技術修理該軸，各種費用總合3.5萬元，不足曲軸價格的3。電弧噴涂應用實例443. 200m3球罐噴涂修復 該罐用16MnR制作，壁厚24mm，貯存介質(zhì)為含H2較高的液化石油氣，使用5年后在焊接頭區(qū)出現(xiàn)開裂。為此在焊縫及熔合區(qū)及熱影響區(qū)噴涂銅合金。預處理先在焊縫及熱影響區(qū)用砂輪打磨除銹，打磨寬度為150170mm，用蘸丙酮的棉紗擦洗23次，用液化石油氣火焰將噴涂部位預熱到250350。噴涂鎳包鋁復合粉末作為底層。最后噴涂銅合金工作層。噴涂寬度為120

24、150mm，噴涂距離150200mm。經(jīng)過120天運行考核，未發(fā)現(xiàn)H2S應力腐蝕開裂，效果良好。13.4 表面涂敷技術電弧噴涂應用實例454. 氣缸體的噴涂修復 氣缸體用合金鑄鐵制作，其主軸承座孔常因磨損與拉傷而失效。處理前先將主軸承孔座進行整體加工，消除橢圓。用氧-乙炔焰將噴涂部位加熱至300350，燒掉其表面微孔和石墨中油污，先用三氯乙烯清洗干凈，用石英砂進行表面粗化處理后再在座孔表面每隔23mm打一個三角形洋沖眼。在上、下半環(huán)栽植四只高度與涂層厚度一致的M3螺釘，以提高涂層與基體的結(jié)合力。噴涂前再用丙酮擦洗一次。用氧-乙炔焰將座孔預熱到160180。噴涂0.1mm厚的鎳包鋁底層。噴涂后座

25、孔的耐磨性和潤滑性好，使用壽命長，經(jīng)濟效益好。13.4 表面涂敷技術電弧噴涂應用實例46熱噴涂表面修復三、熱噴涂13.4 表面涂敷技術噴涂合金層噴涂耐磨陶瓷熱噴涂陶瓷熱噴涂設備47四、熱浸鍍 熱浸鍍是將金屬（工件）浸在另一種低熔點的液態(tài)金屬中，在工件表面發(fā)生一系列的反應而產(chǎn)生所需的金屬鍍層，也稱為熱浸鍍，在化學熱處理中稱為液體滲。熱鍍一般要求鍍層金屬的熔點要比被鍍材料低得多，主要用來提高金屬構(gòu)件的防護能力（耐蝕、耐熱、抗高溫氧化）。（一）熱浸鍍材料（二）熱浸鍍工藝方法 熱浸鍍基本過程：預處理、熱浸鍍和后處理。 按預處理不同可分為熔劑法和保護氣還原法。13.4 表面涂敷技術48四、熱浸鍍（三）熱

26、浸鍍應用13.4 表面涂敷技術49四、熱浸鍍（三）熱浸鍍應用13.4 表面涂敷技術 熱鍍Al主要是Fe2Al5、FeAl3；實際上大多是Fe2Al5，較脆，10m加Si（9.510.5）等，抑制其增厚。 純Al鍍層型，但高溫易剝落； 加10Si型，700高溫不易剝落。 鍍Al鋼材耐大氣腐蝕，比熱鍍Zn好得多，應用在汽車、摩托車的消音器、排氣管。熱鍍Al鋼具有良好的抗高溫氧化性50四、熱浸鍍（三）熱浸鍍應用13.4 表面涂敷技術熱鍍Sn鋼板（馬口鐵）：制罐罐頭盒?，F(xiàn)用電鍍Sn板代替熱鍍Sn板。但熱鍍Sn板用于電器、無線電、酒精、燃料油箱以及線材鍍Sn等熱鍍Pb-Sn熱鍍Pb可防腐（耐化學藥品、耐

27、石油），但熔融Pb不浸潤鋼材，加Sn熱鍍Pb板實質(zhì)是熱鍍Pb-Sn板，即FeSn2中間層，Pb表面層后處理：磷酸鹽。封閉針孔，用于屋頂板、落水管等、化學藥品貯槽、電解槽。5113.5 氣相沉積技術 氣相沉積是將含有形成沉積元素的氣相物質(zhì)，通過各種手段和反應，在工件表面形成沉積層（薄膜）的工藝方法。一、物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition ，PVD）PVD技術：可獲得金屬涂層和化合物涂層。 在高速鋼表面涂敷TiN、TiC薄膜, 提高刃具的耐磨性； 在塑料帶上涂敷鐵鈷鎳膜，制作磁帶； 在黃銅表面涂敷金膜，用于裝飾。 在耐熱合金表面沉積蜂窩狀ZrO2復合涂層，起著隔熱作用

28、，使耐熱合金葉片的溫度比燃氣溫度低150以上，從而研制出燃燒室溫度更高的燃氣輪機，促成航空發(fā)動機的更新?lián)Q代。5213.5 氣相沉積技術一、物理氣相沉積 采用多弧離子鍍在合金鑄鐵表面得到CrN/TiN/CrN多層納米膜，結(jié)合力高，耐磨性好。厚度為3m3.2m，顯微硬度為16001800HV。多層納米膜 采用多弧離子鍍在高速鋼鉆頭表面得到TiN、TiAlN涂層，提高鉆頭耐磨性。鍍硬質(zhì)膜高速鋼鉆頭 用PVD法鍍層與界面結(jié)合的牢固性好，又稱“離子滲鍍”、“離子鍍”。53例1：普通高速鋼制造的冷擠壓凸模和冷鐓機的沖頭，通過多次調(diào)整淬火和回火工藝，使其壽命提高了近10倍；經(jīng)過鐵素體氮碳共滲處理，壽命又提高

29、了近10倍；其后添加離子鍍處理，壽命又提高了好幾倍。 經(jīng)過幾次工藝的改進，壽命比20年前提高了幾百倍，而所用的材料依然是普通高速鋼。13.5 氣相沉積技術一、物理氣相沉積5413.5 氣相沉積技術一、物理氣相沉積例2：冷鐓機的生產(chǎn)率現(xiàn)在已達600件/分，相比于20幾年前60件/分提高了10倍，其實冷鐓機并不復雜，在當年設計制造600件/分的冷鐓機亦非難事，問題倒在于那個小小的六角沖頭，它當時壽命低于2萬件，在這種情況下，提高冷鐓機的速度毫無意義。因為標準件是一種批量極大的產(chǎn)品，通常要求每個沖頭壽命都要超過一個班，否則很難進行生產(chǎn)管理。上世紀80年代初通過熱處理工藝的改進，使沖頭的壽命提高到5萬

30、件以上，才有100件/分的冷鐓機面世。上世紀90年代用氣相沉積TiN的方法進行六角沖頭的表面改性處理，使其壽命提高到35萬件以上。5513.5 氣相沉積技術一、物理氣相沉積5613.5 氣相沉積技術二、化學氣相沉積（ Chemical Vapor Deposition，CVD） 利用氣態(tài)化合物或化合物的混合物在基體材料表面(通常為熱表面)上發(fā)生氣相化學反應，從而在基材表面上形成鍍膜的技術稱為化學氣相沉積。 二、化學氣相沉積 CVD技術的應用 （1） CVD鍍層已成功地應用在模具、軸承及精密齒輪的表面強化，取得明顯的效果。（2）在不銹鋼表殼上獲得金黃色TiN涂層, 不但美觀, 而且耐磨。 （3）

31、在鉆頭、車刀等刀具表面沉積TiN、TiC ，提高刀具的耐磨性。 高速鋼CVD后要其它處理（淬火、回火、真空處理），否則涂層會脫落，而硬質(zhì)合金不會。5713.5 氣相沉積技術二、化學氣相沉積 TiC硬度最高，TiN耐蝕性、Al2O3抗氧化性、（CrFe）C的耐熱性相對較好。58四、氣相沉積的應用13.5 氣相沉積技術1. 耐磨膜： TiC硬度高，但韌性差；TiN硬度稍低，但韌性好； Ti（C、N）調(diào)節(jié)C/N，得到最佳性能組合。 沉積TiN高速鋼刀具，如在Z2063鉆床上加工Q235鋼63孔，原為鉆、 擴鉸，改為鉆，表面粗糙度提高一級，刀具壽命提高56倍。 沉積TiN硬質(zhì)合金刀具。 沉積超硬膜于成

32、型加工模具，如沉積TiC沖頭的使用壽命可提高410倍。 紡織工業(yè)中與纖維摩擦件，沉積TiC后其摩擦系數(shù)比鍍硬Cr降低一半，使用壽命延長6倍。2. 潤滑膜（減磨膜）：MoS2、Au、Ag，如離子鍍沉積Au、Ag等軟金屬膜可減摩。3. 防蝕膜：如氣相沉積Al、Cr等可防腐。5913.5 氣相沉積技術 搪瓷涂層主要是玻璃相（非晶態(tài)）組成，稱上釉，而在玻璃相中鑲填了大量的晶體相。 金銀等貴金屬搪瓷，又稱琺瑯。 耐磨搪瓷：水輪機葉片、船舶推進器等； 耐蝕搪瓷：化學反應鍋、反應管、反應塔等； 耐熱搪瓷：汽車、火車排氣管、火箭高溫涂層。四、氣相沉積的應用60模具CVD/PVD涂層 PVD涂層13.5 氣相沉

33、積技術CVD TiN涂層 CVD金剛石刀具四、氣相沉積的應用商品刀具離子鍍選TiN，不選TiC（其硬），是因為TiN的色澤與粗糙度方面的優(yōu)勢。61（1）激光淬火（激光相變硬化） 以高能量的激光束快速掃描工件，使材料局部小區(qū)域內(nèi)表面極薄一層快速吸收能量而使溫度急劇上升（升溫速度可達104106/s），此時工件基體仍處于冷態(tài)，激光離去后，局部區(qū)域內(nèi)的熱量迅速傳遞到工件其它部位，冷卻速度可達105/s以上，使該局部區(qū)域在瞬間進行自冷淬火，材料表面發(fā)生相變硬化。 汽車缸套內(nèi)壁進行激光表面淬火, 內(nèi)壁獲得4.1mm4.5mm寬、0.3mm0.4mm深、表面硬度644 825 HV的螺紋狀淬火帶, 使用壽

34、命比電火花強化缸套提高一倍。 激光表面淬火技術也應用于汽車發(fā)動機凸輪軸、曲軸、空調(diào)機閥板、郵票打孔機輥筒等零件的表面強化處理，顯著提高了它們的使用壽命。13.6 高能束表面技術簡介一、激光束表面技術62激光淬火的特點：淬硬層組織細化，硬度比常規(guī)淬火提高15-20;淬硬層深度可精確控制，且工件變形小;對于槽壁、小孔、盲口、深口以及腔筒內(nèi)壁等特殊部位，只要激光能照射到的部位均可進行處理;可進行大型零件局部表面的硬化及形狀復雜零件的硬化處理;加熱速度極快，工藝周期短，生產(chǎn)效率高，工藝過程易實現(xiàn)計算機控制，自動化程度高;可實現(xiàn)自冷淬火，不需要油或水等淬火介質(zhì)。 適用于固態(tài)發(fā)生相變的材料，其中以調(diào)質(zhì)碳鋼

35、、鑄鐵激光淬火效果最佳。13.6 高能束表面技術簡介一、激光束表面技術6313.6 高能束表面技術簡介一、激光束表面技術64（2）激光表面合金化 激光表面合金化是指在高能激光束作用下，將一種或多種合金元素與基材表面快速熔凝，使材料表層獲得具有預定的高合金特性的技術。13.6 高能束表面技術簡介一、激光束表面技術鑄鐵大型軋輥的激光合金化65（3）激光表面熔覆 激光表面熔覆是指利用激光加熱基材表面以形成一個較淺的熔池，同時送入預定成份的合金粉末一起熔化后迅速凝固、或者是將預先涂敷在基材表面的涂層與基材一起熔化后迅速凝固，以得到一層新的熔覆層。 采用激光熔覆技術，在柴油機鑄鐵閥座的內(nèi)襯（不銹鋼制造）

36、表面熔覆Co基硬質(zhì)合金涂層, 在刀具和石油鉆頭表面熔覆WC層, 使耐磨性大大提高。13.6 高能束表面技術簡介一、激光束表面技術6613.6 高能束表面技術簡介一、激光束表面技術激光表面熔覆的特點：（1）可以通過混合不同成分的涂層材料進行成分設計，得到均勻致密的冶金結(jié)合涂層;（2）涂層的稀釋度可以降至最低，從而得到所設計的表面性能;（3）激光加熱和冷卻速度極快，易獲得涂層組織結(jié)構(gòu)的改善;（4）局部表面區(qū)域的快速熔覆對基體的熱影響甚微。易實現(xiàn)選區(qū)涂層；（5）涂層厚度可控，可完成工件的修復處理，工藝過程易實現(xiàn)自動化。6713.6 高能束表面技術簡介一、激光束表面技術不銹鋼輥頸的激光熔覆 大型曲軸的激光熔覆 鋁合金活塞的激光熔覆6813.6 高能束表面技術簡介一、激光束表面技術汽輪機葉片的激光熔覆汽輪機葉片及轉(zhuǎn)子的激光熔覆大型軋輥的激光熔覆電機轉(zhuǎn)子軸頸的激光熔覆修復69（4）激光熔凝 激光束功率密度高達（104105 W/cm2)在金屬表面迅速掃描時，激光束使厚度為110 mm的金屬表層快速熔化，表層與基體間形成很大的溫度梯度。激光移去后，表層的冷卻速度高達105 /s，熔化層凝固后形成極細或超細的晶粒，甚至形成非晶層。 主要適用于鑄鐵材料及不能發(fā)生固態(tài)相變的材料。13.6