-材料表面工程

材料表面工程浙江大學金屬材料研究所凌國平linggp@1精選課件第一講：本課程的進行方式5.7獲取知識的方法生而知之、學而知之、困而知之學而知之間接經驗知道、理解會用才算真知困而知之直接經驗創(chuàng)造的源泉2精選課件從哪里獲取專業(yè)知識？學校、教師自學專業(yè)知識的載體及知識的新鮮度書本（幾年）期刊（半年）會議論文（3個月）實驗室之間的直接交流（最新知識）網絡（更快、更方便、更高效）可信度？網絡中的哪個資源？3精選課件浙江大學圖書館4精選課件本課程的教學安排5精選課件教師講解七次表面失效機理、表面工程技術、表面分析測試學生分組講解16組，九次（包括講評和總結）每組2~4人，自由組合自由選題（每組一個主題，組員內容不同）每組一節(jié)課的講解，每人10分鐘每個同學都要上臺講解學生對感興趣的內容提問教師對內容及ppt等進行講評6精選課件以往學生綜述選題例06年夏季03級論文標題07年夏季04級論文標題08年夏季05級論文標題7精選課件以往學生的ppt05學生優(yōu)秀ppt06學生優(yōu)秀ppt冷凍出來的陶瓷-陳翼挑戰(zhàn)肉眼極限-徐旻表面色彩的產生-曾偉07學生優(yōu)秀ppt08學生優(yōu)秀ppt8精選課件本課的結束形式交一篇綜述性文章，考核以下內容：知識的收集帶著問題去看資料如何從信息海洋中找到我們需要的知識如何總結？國內、國外現(xiàn)狀研究了什么？得到了些什么結果？還存在哪些問題？解決問題的方法設想提出實驗方案證實或證偽9精選課件本課的結束形式知識的表達知識表達出來才能與人共享，成為知識表達是一個重新思考的過程表達是創(chuàng)造“想說未說”表達的方式口頭表達文字表達藝術如何更好的表達首先要有表達的強烈愿望10精選課件本課的結束形式考核成績由三部分組成平時成績口頭表達成績綜述文章成績綜述文章要求自由選擇題目內容包括該內容的國內外研究現(xiàn)狀符合綜述論文的規(guī)范寫法（參考文獻等）最好能指出所存在的問題（90以上）進一步提供解決該問題的實驗方案（加分）可參考期刊中類似的論文11精選課件本課程的教材《材料表面工程》王兆華,2011各種期刊中國表面工程腐蝕及防護材料保護表面技術Sicence，NatureThinFilmSurfaceandCoatingsTechnology12精選課件同學講解的時間安排5月30日：學生第1組及講評6月4日學生第2組、第3組6月6日：學生第4組、第5組6月9日學生第6組、第7組6月13日：學生第8組、第9組6月18日，學生第10組、第11組6月20日：學生第12組、第13組6月25日學生第14組、第15組6月27日：學生第16組，總結點評13精選課件表面工程歷史英國T.Bell(英國伯明翰大學教授)氮化→氮化＋PVD法TiNSurfaceEngineering（1984）1985年，英國第一屆表面工程國際會議1986年，國際熱處理與表面工程聯(lián)合會1987年，英國第二屆國際會議1988年，日本第三屆國際會議中國，1987年12月在北京成立表面工程研究所88年11月全國首屆表面工程現(xiàn)狀與未來研討會浙江大學，89年開課The20thCongressofInternationalFederationforHeatTreatmentandSurfaceEngineeringOctober23-25,2012

Beijing

China

14精選課件表面工程的內容對表面的要求表面分析技術表面失效及機理表面處理技術15精選課件對表面的要求耐磨、耐蝕、功能（光電磁熱）美觀表面失效機理磨損、疲勞腐蝕表面分析測試形貌方面：粗糙度、孔隙率、厚度成分結構：EDS、XRD、XPS組織方面：OM，SEM性能方面：結合力、耐蝕性、硬度、耐磨性、物性16精選課件表面處理技術表面預處理粗化、脫脂、酸洗、特殊預處理濕法鍍技術電鍍、化學鍍、轉化膜干法鍍技術CVD、PVD、離子鍍化學熱處理激光表面處理涂覆、熱噴涂、熱浸鍍表面覆層覆層性能表面改性成分、組織17精選課件第二講：表面失效機理：磨損何謂磨損？固體表面相對運動，機械或化學作用→材料損失磨損種類及機理粘著磨損：磨粒磨損：疲勞磨損：沖蝕磨損：微動磨損：腐蝕磨損：18精選課件耐磨損表面處理技術高硬度涂層Fe3C，Cr金剛石鍍膜TiN（滲氮+TiN）減摩涂層抗粘著磨損MoS2Ni-P-PTFE涂層的制備方法滲碳鍍Cr、化學鍍Ni-PPVD、CVD19精選課件表面失效機理：疲勞交變應力引起材料低應力斷裂大多數(shù)情況下，疲勞裂紋起源于表面夾雜物、網狀碳化物、偏析等均不利抗疲勞方法表面形成壓應力（噴丸）趙振業(yè)院士-抗疲勞制造各種表面處理會產生不同的應力狀態(tài)酸性化學鍍鎳：壓應力堿性化學鍍鎳：拉應力鋼鐵表面脫碳：拉應力20精選課件5.9復習課程的進行方式課程的教學安排課程的結束形式5月30日：學生第1組及講評6月4日學生第2組、第3組6月6日：學生第4組、第5組6月9日學生第6組、第7組6月13日：學生第8組、第9組6月18日，學生第10組、第11組6月20日：學生第12組、第13組6月25日學生第14組、第15組6月27日：學生第16組，總結點評徐吉健/徐晨霄:5組(6月6日)傅鐵錚/張浩/賈郁/陳星：8組樓子瑞/唐清/俞劍：9組徐秉政:12組21精選課件表面工程歷史表面工程內容對表面的要求表面失效機理表面處理技術表面分析技術表面失效機理磨損及抗磨表面處理疲勞及抗疲勞表面處理22精選課件表面失效機理：腐蝕材料三大失效之一外觀的喪失功能的喪失為什么會腐蝕？是什么樣的腐蝕？外觀？材質？環(huán)境？奧迪鋁合金發(fā)動機上的白斑23精選課件腐蝕類型（外觀）全面腐蝕均勻腐蝕、不均勻腐蝕局部腐蝕點蝕、縫隙、選擇性腐蝕、應力腐蝕黃銅選擇性腐蝕不銹鋼點蝕鉆井平臺的水線腐蝕腐蝕外觀24精選課件按機理化學腐蝕電化學腐蝕理論氧化熱力學與動力學吉布斯自由能瓦格納拋物線規(guī)律電化學熱力學與動力學能斯特方程等腐蝕理論25精選課件氧化（硫化）火力發(fā)電超超臨界發(fā)電機組的抗水蒸汽腐蝕液態(tài)金屬腐蝕熔融ZnAl（熱浸鍍、鋁壓鑄）熔融Na（核電站）熔融Pb-Li腐蝕（ITER計劃）熔融鹽腐蝕燃料電池熔融碳酸鹽鋅鍋腐蝕化學腐蝕（MCFC中電極材料的腐蝕-傅曉建）26精選課件電化學腐蝕熱力學：腐蝕電池陽極、陰極、電解液、短路陽極：Me-ne=Men+，金屬溶解腐蝕能斯特方程：E＝E0＋RT/nFlnan+宏觀腐蝕電池電偶腐蝕：異種金屬接觸溫差電池：熱交換器濃差電池：水線腐蝕微觀腐蝕電池成分不同：黃銅CuZn合金，選擇性腐蝕組織不同晶界/晶內電位差：硝酸酒精腐蝕應力不均勻水線腐蝕：氧濃差27精選課件腐蝕動力學：腐蝕速度關鍵詞：極化電極上有電流流過時，電極電勢偏離其平衡值的現(xiàn)象腐蝕電池有電流，電子流動速度大于電極反應速度。陽極電子流走，離子化反應趕不上補充；陰極電子流入快，得電子的陰極反應慢，導致陽極電位向正移，陰極電位向負移，從而縮小電位差，減緩了腐蝕電化學反應控制速度：活化極化傳質控制速度：濃差極化表面覆蓋膜控制速度：電阻極化析氫腐蝕與吸氧腐蝕腐蝕：金屬失去電子,陽極陰極呢？2H++2e=H2，控制速度2H2O+O2+4e=4OH-，控制速度28精選課件鈍化形成膜阻止腐蝕自然鈍化Al、不銹鋼耐蝕原因之一人工鈍化點蝕小陽極大陰極，加速基體的腐蝕覆層的孔隙率影響極大Cl-破壞鈍化膜造成點蝕ZPP白色膜接著劑FPPMG點蝕：SUS304不銹鋼小黃色斑點29精選課件耐腐蝕表面處理隔離腐蝕介質---斷開介質/腐蝕原電池油漆，高分子涂料線路板腐蝕與防護飛船表面的抗高溫氧化涂料30精選課件陰極保護層用電位更正的金屬鍍層鋼鐵表面鍍Cr、Cu、Ni化學鍍Ni化學熱處理氮化---“真不銹鐵鍋”存在的問題鍍層孔隙率小陽極大陰極：孔蝕、點蝕油田注水管：化學鍍鎳、氮化31精選課件陽極保護層用電位更負，但腐蝕速度慢的金屬鍍Zn、鍍Cd防大氣腐蝕熱浸鍍Zn、電鍍Zn、機械鍍Zn、達克羅技術航空件的鍍Cd，高強度，潛在的氫脆危險存在的問題鍍Zn的氫脆問題（高強螺栓）Cd的環(huán)保問題軟，不耐磨怎么辦？有無高硬度的同時，低電位、腐蝕速度低的鍍層？32精選課件鎂合金的電化學腐蝕鎂的活性組織：Mg+Mg17Al12防護：化學鍍、微弧氧化、轉化膜+涂料離子液體電沉積鎂合金組織幾個腐蝕研究例BajinXu,JingChen,andGuopingLing,ViscousLayerFormedintheAnodicElectrolyticEtchingofReactiveMetalsinIonicLiquid,ElectrochemicalandSolid-StateLetters,15(1)D1-D3(2012)前處理后組織鍍層與基體界面33精選課件NdFeB的電化學腐蝕Nd的活性組織：Nd2Fe14B，富Nd相Nd97Fe3防護：鍍鎳、鍍鋅、化學鍍幾個腐蝕研究例NdFeB上Al-Mn非晶層JingChen,BajinXu,GuopingLing,AmorphousAl-MncoatingonNdFeBmagnetsElectrodepositionfromAlCl3-EMIC-MnCl2ionicliquidanditscorrosionbehavior,MaterialsChemistryandPhysics134(2012)1067e107134精選課件第三講：固體表面表面微觀凹凸不平（物理）用粗糙度表征與表面處理層的結合力密切相關易產生疲勞裂紋源對潤濕性的影響疏水：越粗糙，越疏水微納結構的表面：雙親雙疏有序的粗糙表面反光路標，廣告牌硅片的腐蝕表面其他？仿生的有序表面35精選課件硅片的腐蝕表面36精選課件表面不清潔（化學）：吸附了各種物質，含氧化膜Al、不銹鋼表面氧化膜氧化膜使鍍層結合力下降Mg、NdFeB等易氧化金屬表面處理的關鍵問題之一U（鈾的腐蝕與防腐蝕技術研究,材料導報,2005）必須進行清洗脫脂：油污、手印酸洗：去除氧化膜脫脂、酸洗是表面處理前必須的前處理步驟清潔度的檢測？37精選課件表面有應力（力學）各種表面處理后的應力？---壓應力、拉應力表面存在塑性變形層（組織）機加工表面強烈噴丸使組織納米化納米顆粒的表面？極高的表面能納米顆粒表面及性質的研究現(xiàn)狀？納米顆粒的分散38精選課件凹凸不平的臟的組織與內部不一樣的有應力的39精選課件5.14復習腐蝕理論化學腐蝕氧化、硫化，熔融金屬腐蝕，熔融鹽腐蝕反應自由能，反應速度及擴散速度電化學腐蝕腐蝕熱力學（腐蝕電池）。宏觀電池、微觀電磁。均勻腐蝕，局部腐蝕（點蝕、縫隙腐蝕、水線腐蝕…）。腐蝕動力學（極化）。析氫腐蝕、吸氧腐蝕，鈍化。腐蝕防護絕緣涂層陰極涂層保護（問題：小陽極大陰極）陽極涂層保護其他腐蝕？失效分析案例---空泡腐蝕40精選課件固體表面凹凸不平不干凈（吸附，氧化膜）組織與心部不同應力與心部不同41精選課件表面預處理脫脂堿洗，除油堿性溶液：肥皂，洗潔精，NaOH不同基體，選用不同的溶液有機溶劑（酒精、汽油、CCl4）酸洗去除氧化膜，活化表面HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4等王水HF（玻璃前處理）酸洗液產品表面預處理的影響42精選課件清洗的強化電化學輔助清洗：強化除油與酸洗過程原理？產生氣體：2H++2e=H2↑,4OH-+4e=2H2O+O2↑大件與小件的預處理?超聲波輔助清洗空化作用微小器件的清洗，小孔等噴丸大件粉末冶金件的預處理NdFeB43精選課件特殊的預處理激光前處理黑化吸光，如何黑化？發(fā)黑、黑磷化粗化提高結合力等如何粗化？車螺紋、電火花、噴砂塑料電鍍導電怎么辦？化學鍍Ni、Cu塑料的粗化方法化學腐蝕、等離子放電Science-塑料接觸電鍍44精選課件第四講：各種表面處理技術-電鍍原理：電化學金屬離子得到電子Ag2++e=Ag析出速度要控制[CN-]絡合電鍍特點可得到相圖中不存在的相電位---溫度脈沖電鍍，制備納米晶鍍層納米銅的超塑性鍍液種類水溶液、有機溶液、熔鹽45精選課件第四講：各種表面處理技術-電鍍水溶液電鍍：應用最廣泛金屬Ag、Au（電子元器件，導電耐蝕）Zn、Cd（陽極保護）Cr、Ni、Cu（Cu/Ni/Cr）Cr6+的環(huán)保問題：Cr3+Fe（FeS）---孟亮老師合金Pb-Sn合金減摩鍍層Cu-Zn-Sn仿金鍍層其他羥基磷灰石的制備---王小祥老師46精選課件5.16復習表面預處理堿洗、酸洗堿洗、酸洗的強化：電化學輔助、超聲特殊零部件的預處理：超大，超小特殊目的的預處理：黑化、粗化…電鍍金屬離子得到電子水溶液電鍍：成熟，大量應用。問題：陰極有H2產生有機溶劑電鍍熔融鹽電鍍Zn2++2e=ZnCr6++6e=Cr2H++2e=H247精選課件有機溶液電鍍水溶液中無法鍍覆的金屬著火危險，有機排放基本無工業(yè)應用熔鹽電鍍無H2O，無H2析出可得到水溶液中難以電鍍的金屬及合金Al、Li、Mg等活潑金屬，Nb、Ti、W、Mo等難熔金屬可提高水溶液中可電鍍金屬（Cr）鍍層的組織及性能常見熔鹽：無機鹽：NaCl-AlCl3；高溫離子液體（室溫熔鹽）48精選課件離子液體歷史1979年，Osteryoung，AlCl3-氯化正丁基吡啶(BPC)1982年，Hussey，AlCl3-氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)1992年-至今，水、氧不敏感的離子液體特點大陽離子，小陰離子熔點極低應用化工：綠色溶劑、催化、合成…材料：納米材料，半導體材料…鋰離子電池電解液電沉積49精選課件離子液體電鍍的應用---表面工程實驗室ITER計劃中阻氚涂層的制備富鋁涂層/Al2O3，自愈合能力現(xiàn)狀德國：熱浸鍍鋁法國：包埋滲鋁，CVD意大利：噴涂鍍鋁存在的問題50精選課件現(xiàn)有方法存在的問題幾何形狀對阻氚效果的影響板材符合要求管材：難以達到要求涂層制備工藝的適應性和穩(wěn)定性HAD法管狀試樣制備涂層，涂層有脫落CVD法不行（g-Al2O3？）涂層質量開裂、孔洞阻氚涂層及制備的發(fā)展趨勢新涂層體系：ErO2,Al-Cr-O[1]新涂層制備方法：ECA[2]NofurtherprocessdevelopmenttoachieveabetterandmorereliablecoatingqualitywasdoneatCEAorFZKduringthelastyears.Amoretechnological-orientedresearchisstillneededbeforee.g.beingsuccessfullytestedinITER.------2005報告[1]D.Levchuk,etal.,Al–Cr–Othinfilmsasanefficienthydrogenbarrier,Surface&CoatingsTechnology,202(2008)5043-5047德國，瑞士51精選課件離子液體電鍍的應用---表面工程實驗室ITER計劃中阻氚涂層的制備富鋁涂層/Al2O3，自愈合能力新方法:離子液體鍍鋁不銹鋼鍍鋁，低溫熱處理氧化和阻氚研究Al-Cr涂層的制備研究Al-Cr-Fe涂層的制備研究合金化低溫氧化獲得a-Al2O3降低相變溫度52精選課件德國2010年論文也采用“室溫熔鹽鍍鋁”稱為“ECX”，EC代表電化學X代表可選擇的各種鍍層

仍然為高溫熱處理問題：界面孔洞pores53精選課件54精選課件活潑金屬耐磨抗蝕保護Mg合金鍍鋁研究NdFeB永磁鍍鋁NdFeB永磁鍍非晶Al-Mn：犧牲陽極稀土超磁致伸縮材料的耐蝕保護核材料的耐蝕保護？活性金屬在離子液體中陽極溶解行為及機理粘性膜氧化膜的完全去除極高的結合力國家自然科學基金，理論研究55精選課件56精選課件其他電鍍技術電刷鍍修復大件的表面處理電泳鍍非金屬粉體沉積在金屬表面羥基磷灰石YBaCuO超導體電泳漆電鑄極薄件（模具）57精選課件第四講：各種表面處理技術-化學鍍應用塑料、線路板電鍍前處理：Cu鏡子：Ag芯片中的線路！耐腐蝕：非晶Ni-P耐磨損：Ni-P+熱處理相關研究航空鋁合金接插件WC-Co與金屬焊接碳納米管化學鍍（張孝彬）NdFeB化學鍍（嚴密）……58精選課件59精選課件60精選課件方法化學鍍溶液：主鹽，還原劑、絡合劑、添加劑溫度、pH值時間特點無需電源非金屬表面金屬化陶瓷焊接塑料電鍍仿型性極好各種形狀鍍覆均勻電鍍：尖角效應、內孔、盲孔第四講：各種表面處理技術-化學鍍表鍍液主要成分及其作用成分含量作用硫酸鎳（NiSO4·6H2O）30g/l主鹽次亞磷酸鈉（NaH2PO2·H2O）15~40g/l還原劑檸檬酸鈉（Na3C6H5O7·2H2O）17g/l絡合劑醋酸鈉（CH3COONa）15g/l絡合劑硫脲（CS(NH2)2）2.5ppm穩(wěn)定劑61精選課件第四講：各種表面處理技術-化學鍍機理：自催化待鍍件是催化劑鍍層金屬也是催化劑與置換反應的區(qū)別化學鍍鎳機理硫酸鎳+次亞磷酸鈉H-角被吸附、H-H邊被吸附催化脫氫：H2PO2-+H2O→H2PO32-+2H++[H]Ni2++2[H]→Ni+2H+ H2PO2-+[H]→H2O+OH-+P塑料、陶瓷催化功能？SnCl2-HCl：敏化（Sn2+吸附）PdCl2-HCl：活化（Pd2+與Sn2+發(fā)生氧化還原反應）先粗化（提供吸附位置，塑料粗化CrO3）62精選課件特別注意事項耐蝕：孔隙率耐磨：硬度Hv500，400度熱處理后Hv1000基體強度超硬鋁合金140度時效鋼鐵低溫回火基體2h3h4hHV1408680.179.6表熱處理時間對基體的影響（350℃）63精選課件化學鍍銅：硫酸銅+EDTA-2Na+甲醛堿性溶液65度左右化學鍍銀：硝酸銀+氨水+甲醛室溫64精選課件進展復合鍍（Ni-P-PTFE，超疏水表面）65精選課件進展芯片中線路（45nm）墻狀生長：形核長大的控制硅片的催化活性?二維生長?66精選課件設備吊掛滾鍍鍍覆流程堿洗、酸洗（敏化、活化等）化學鍍后處理鍍覆參數(shù)（化學鍍鎳為例）鍍液溫度85~95度pH=4.2~4.8（酸性鍍液）裝載量：1dm2/L鍍速：10微米/小時67精選課件進展閉孔泡沫金屬的制備高分子球化學鍍鎳68精選課件進展顆粒的復合鍍殼-核結構、微-納結構吸波、隱身低密度磁性、導電粉末Co-空心微珠 Ag-空心微珠69精選課件進展顆粒復合鍍殼-核結構、微-納結構金屬基復合材料電觸點材料顆粒增強Al合金提高潤濕性改善分布均勻性陶瓷基復合材料金屬納米雙重增韌Ag-SnO2Cu-SiCNi-金剛石70精選課件進展納米顆粒表面化學鍍Ni-P、Co-納米碳管為什么要鍍金屬？71精選課件納米顆?；瘜W鍍的特點如何控制厚度？如何鍍覆均勻？ 表低溫化學鍍鎳鍍液組成及其工藝條件

成分含量作用硫酸鎳（NiSO4·6H2O）5~30g/l主鹽次亞磷酸鈉（NaH2PO2·H2O）2~25g/l還原劑檸檬酸鈉（Na3C6H5O7·2H2O）17g/l絡合劑醋酸鈉（CH3COONa）15g/l絡合劑pH4.0-6.0溫度30-35度72精選課件進展殼-核結構、微-納結構光子晶體SiO2鍍銀先鍍銅后鍍銀Ni粉鍍銀？73精選課件表面濕法處理電鍍化學鍍化學轉化膜氧化、磷化、鉻酸鹽鈍化陽極氧化納米模板微弧氧化熱浸鍍熱鍍鋅熱鍍鋁74精選課件5.21復習電鍍外加直流電源，金屬離子得到電子水溶液Cu,Ni,Cr---耐蝕，美觀---電位高于基體Zn,Cd---耐蝕，電位低于基體，犧牲陽極Au---電子信息，航空難點：鎂合金等活潑基體的電鍍離子液體：Al,Ni,…化學鍍自催化無需外加電源，仿形性好Ni-P，Cu，Ag，Co-P表面覆層基體不參與反應75精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜轉化膜處理基體材料參與反應表面由基體與溶液的反應產物構成發(fā)黑磷化鉻酸鹽鈍化陽極氧化76精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜發(fā)黑（發(fā)蘭）作用：防腐蝕、美觀、特殊預處理機理：形成Fe3O4膜（膜薄時稱發(fā)蘭）77精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜發(fā)黑、發(fā)蘭方法1：NaOH+NaNO2溶液，140度

3Fe+NaNO2+5NaOH→3Na2FeO2+H2O+NH3↑

8Fe+3NaNO2+5NaOH+2H2O→4Na2Fe2O4+3NH3↑Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O→Fe3O4+4NaOH78精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜發(fā)黑、發(fā)蘭方法2：鹽浴發(fā)黑熔融的亞硝酸鹽和堿350~400度QPQ處理氮化、拋光、發(fā)黑高硬度+耐蝕+美觀照相機器材的發(fā)黑火車頭曲軸的發(fā)黑鐵鍋的發(fā)黑79精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜發(fā)黑、發(fā)蘭方法3：高溫發(fā)黑水蒸汽560度80精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜發(fā)黑、發(fā)蘭發(fā)展：室溫發(fā)黑（Cu，Se化合物黑色）節(jié)能銅鹽、亞硒酸Cu2++Se2------>CuSe(黑)硫酸銅3～7g/L亞硒酸4～5g/L硫酸鎳2～3g/L乙二胺四乙酸二鈉4～5g/L磷酸鹽2～3g/L時間30～60spH值2～3耐蝕性3%硫酸銅浸泡不變色>60s3%氯化鈉>2h耐磨性軟布用力擦拭>50來回81精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜磷化作用潤滑涂料前處理防蝕+美觀處理方法磷酸錳、磷酸鋅等；高溫(85-95度)、中溫(55-65度)機理反應形成磷酸鋅鐵鹽；磷酸錳鐵鹽Fe十2H3PO4→Fe(H2PO4)2+H2Zn(H2PO4)→ZnHPO4+H3PO43ZnHOP4→Zn3(PO4)2+H3OP4一般的磷化膜82精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜磷化發(fā)展室溫磷化磷酸鋅+促進劑亞硝酸鈉稀土……黑磷化：Zn-Ca表調：預先在表面形成細密黑色晶核含Ti化合物等鑄鐵黑磷化？鐵鍋黑磷化？發(fā)黑是氧化物，遇酸退色含鈣膜83精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜鉻酸鹽鈍化CrO3+H2SO4溶液金屬：Zn、Cu、MgZn：鉻酸鋅（ZnCrO4）和鉻酸鉻（CrO3·Cr2O3·nH2O）作用：優(yōu)異的耐腐蝕性特殊點：自修復性機理：Cr3+-3e=Cr6+發(fā)展低鉻無鉻鈍化？？？含Mo、Mn等多價金屬稀土鈍化84精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜陽極氧化膜（Al為例）應用防蝕、耐磨、著色絕緣:LED路燈方法H2SO4溶液，低溫陽極，通直流電結構多孔膜，g-Al2O3可著色，再封閉硬質陽極氧化孔小85精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜發(fā)展納米膜板納米線的制備：金屬、納米碳管、硅超疏水表面的制備機理：？？86精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜發(fā)展微弧氧化:機理陽極高電壓陽極陰極87精選課件第四講：各種表面處理技術-轉化膜發(fā)展微弧氧化：性能高溫→更高的硬度Al：外層g-Al2O3，內層a-Al2O3基體低溫態(tài)Al、Mg、Ti88精選課件第五講：表面處理技術-熱浸鍍熱浸鍍熱浸鍍Al、熱浸鍍Zn方法：工件浸入熔融金屬液體（Al,Zn），一定時間取出。用于耐腐蝕、抗高溫氧化為什么具有這些性能？耐蝕機理？抗氧化機理？89精選課件熱浸鍍鋅作用：大氣腐蝕防護護欄板、鐵塔為何不是電鍍Zn，而是熱浸鍍？方法：460~480度鋅液，數(shù)秒中浸漬原理？Fe-Al相圖組織？SEM后處理鈍化（鉻酸鹽鈍化及替代）、涂料注意：高強螺栓不能熱浸鍍鋅為什么？怎么辦？機械鍍鋅、達克羅技術90精選課件熱浸鍍鋅機理91精選課件92精選課件熱浸鍍鋅的發(fā)展REZnAl合金Galfan合金三峽工程彩色鍍Zn鍍鋅后著色處理鍍鋅后涂料鍍鋅合金（Zn-Mn合金）ZAMZn-Al-Mg93精選課件第五講：表面處理技術-熱浸鍍熱浸鍍鋁作用金屬構件防大氣腐蝕耐高溫：汽車排氣管阻氚涂層---Fe-Al涂層方法680~750度鋁液保護氣氛環(huán)境機理？Fe-Al相圖組織？Al/Fe2Al5/OM耐高溫需要高溫擴散處理得到Fe-Al合金94精選課件熱浸鍍鋁機理95精選課件熱浸鍍Al后的組織是Fe向Al擴散，還是Al向Fe擴散？為什么Fe2Al5?Fe2Al5為斜方晶系C軸方向空位多，擴散快。96精選課件第五講：表面處理技術-涂料涂料作用防腐美觀功能涂料種類聚乙烯丙烯酸樹脂聚氨脂環(huán)氧樹脂含有機溶劑97精選課件涂料施涂方法噴涂、浸涂電泳涂有機溶劑中分散粉末涂料，并使其帶電電沉積靜電噴涂空氣中粉末涂料帶電靜電發(fā)生器，電暈放電浙大無線電---德清流態(tài)床噴涂懸浮的粉末零件加熱后放入98精選課件涂料發(fā)展環(huán)保型涂料有機溶劑VOA排放水溶性粉末涂料納米改性涂料納米抗菌雙親雙疏功能涂料導電涂料（導電膠）隱身涂料偽裝涂料變色涂料功能性粉末+高分子導電：銀粉、鎳粉、銅粉、銀包銅粉隱身：磁性粉末、磁損耗、電損耗偽裝：各種輻射率粉末構成圖案工程碩士：劉安心水性金屬閃光底色漆的涂裝工藝研究鋁粉：閃光、耐蝕99精選課件納米改性涂料與金屬的結合未改性聚乙烯涂料 納米改性聚乙烯涂料高分子涂料與金屬基體界面100精選課件第五講：表面處理技術-熱噴涂熱噴涂方法：將熔融的材料噴涂到金屬表面如何實現(xiàn)？熔化+力：氧乙炔、等離子、超音速、電弧等材料：Zn、Al、Ni基合金、陶瓷、高分子，線材、粉末作用：防腐、抗磨、生物、抗高溫、隔熱層，修復關鍵問題：結合力與致密性101精選課件熱噴涂應用實例纜車支架熱噴鋅：Zn絲火力發(fā)電耐高溫磨損

高速電弧噴涂FeMnCrAl碳化物系涂層組織與性能及機理研究電弧噴涂。碳化物顆粒強化耐磨性能顆粒怎么辦？粉芯絲材102精選課件熱噴涂應用實例注塑機螺桿耐腐蝕磨損原氣體氮化耐蝕，一定的耐磨性塑膠，無機非金屬顆粒，磨粒磨損+腐蝕怎么辦？熱噴涂制備雙金屬（Ni基合金+顆粒相）螺桿103精選課件發(fā)展方向等離子+納米粉末其他如何實現(xiàn)管道內壁噴涂？如何在海底實施噴涂？104精選課件熱浸鍍熱浸鍍鋁涂料熱噴涂噴砂105精選課件第五講：表面處理技術-噴砂噴砂（拋丸）作用清理氧化皮抗疲勞表面粗化美觀（消光）方法壓縮空氣（或液體）+固體顆粒設備噴槍（立式、轉盤）拋丸機（轉筒、履帶式）106精選課件噴砂（拋丸）材料砂子：石英砂鋼丸、鋼砂、鑄鐵不銹鋼玻璃珠不同形狀（銳角、圓形）不同尺寸（粒徑）發(fā)展作為加工手段考慮研究速度、角度等參數(shù)的影響不同粒徑的分布楊青林：鑄件表面粗糙度研究顆粒級配107精選課件第六講：表面處理技術-化學熱處理滲碳、滲氮、軟氮化、滲硫、滲金屬特點化學鍍是鍍層本身的性能化學轉化膜是基體參與化學反應化學熱處理是改變基體表面成分應用表面耐磨：滲碳、滲氮、滲鉻表面減磨：滲硫表面耐蝕：滲氮、軟氮化表面抗高溫氧化：滲鋁、滲鉻（與熱浸鍍鋁不同）108精選課件原理：滲碳為例滲碳：齒輪（20CrMnTi，20CrNiMo）低碳塑性好，但不耐磨碳的滲入，硬度提高如何滲？Fe-C相圖組織109精選課件滲碳方法固體最早碳粉氣體CH4，煤油CH4=[C]+2H22[C]+O2=2COCO+H2=[C]+H2O液體鹽浴BaCl2+NaCl+碳粉110精選課件滲碳方法等離子體低真空300-500V電壓輝光放電，離子轟擊工件加熱，滲入真空滲碳丙烷無氧化可實現(xiàn)更高溫度滲碳111精選課件滲金屬（鋁）固體鋁源Al+活化劑NH4Cl+填充劑Al2O3，950~1050度，1-3h機理：NH4Cl=HCl+NH3，6HCl+2Al=2AlCl3+3H2低溫行不行？形成Fe2Al5脆性大怎么辦？氣體（CVD）AlCl3112精選課件一些具體實例及發(fā)展動向鏈條銷軸滲金屬滲Cr高濃度滲碳碳化物網狀析出，脆表面都是碳化物呢？高硬度、高耐磨真空脈沖滲氮盲孔、小孔改變擴散層濃度梯度雙重輝光滲金屬滲鋁（徐重工藝）表面處理的復合滲氮+PVD法沉積TiC第六講：表面處理技術-化學熱處理113精選課件第七講：表面處理技術-三束處理三束熱處理：激光束、離子束、電子束高能態(tài)快速加熱、依靠基體冷卻只改變表面組織獲得所需性能相變固態(tài)相變固液相變：熔化凝固三束輔助合金化激光熔覆合金化離子注入高能束離子幾十～幾百Kev與表面發(fā)生非平衡作用114精選課件第七講：表面處理技術-CVD化學氣相沉積（CVD）真空、高溫化學反應TiC： TiCl4＋CH4＝TiC＋4HCl其他：金剛石、Al2O3、SiO2高溫優(yōu)缺點優(yōu)點：結合力高基體強度下降發(fā)展：MOCVD（采用中溫可分解的金屬有機化合物）(C5H5)2TiCl2＋H2＝TiC 825℃(CH3)3N＋TiCl4＝Ti(NC) 560℃115精選課件第七講：表面處理技術-PVD物理氣相沉積（PVD）加熱蒸發(fā)靶材，自重沉積熱蒸發(fā)鏡子