表面處理技術(shù)

6.5表面處理技術(shù)

⑤表面修復(fù)處理一、表面處理概述1．表面處理概念利用現(xiàn)代物理化學(xué)、金屬學(xué)和熱處理等學(xué)科的邊緣性新

技術(shù)來(lái)改變零件表面的狀況和性質(zhì)，使之與心部材料作優(yōu)化

組合，以達(dá)到預(yù)定性能要求的工藝方法，稱為表面處理。2．表面處理技術(shù)的分類①表面強(qiáng)化處理②表面潔化處理③表面裝飾處理④表面防蝕處理3．常用表面處理方法⑦噴漆與噴塑等①熱噴涂、噴丸、表面滾壓②表面脹光、離子鍍③激光表面強(qiáng)化、拋光④普通電鍍、特種電鍍⑤鋼鐵發(fā)藍(lán)、鋼鐵磷化⑥鋁陽(yáng)極氧化及著色處理二、熱噴涂

熱噴涂是將金屬或非金屬材

料加熱熔化，靠壓縮氣體連續(xù)吹

噴到制件表面上，形成與基體牢

固結(jié)合的涂層，從制件表層獲得

所需要的物理化學(xué)性能。1．熱噴涂原理說(shuō)明：④噴涂的涂層厚度為幾十微米至數(shù)毫米。①噴涂熱源可用燃?xì)饣鹧?、電弧、等離子弧或激光束等。②噴涂材料可為金屬、合金、金屬氧化物和碳化物、陶

瓷和塑料等，材料形態(tài)可為線材、棒料或粉末。③噴涂的基體可為金屬、陶瓷、玻璃、塑料、石膏、木

材、布、紙等固體材料。2．熱噴涂的特點(diǎn)④生產(chǎn)效率高。每小時(shí)噴涂材料重量從幾千克到幾十千克，沉

積效率很高。①工藝靈活，適用范圍廣。熱噴涂施工對(duì)象可大可小，小的可

到

10mm內(nèi)孔(線爆噴涂)，大的可到橋梁、鐵塔(火焰線材噴

涂或電孤噴涂)，可在室內(nèi)噴涂，也可在野外現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)；可

整體噴涂，也可以局部噴涂。②基體及噴涂材料廣泛?？赏ㄟ^噴涂不同材料，使工件表面獲

得所需的各種物理化學(xué)性能。③工件應(yīng)力變形小?；w可保持較低的溫度，工件產(chǎn)生的應(yīng)力

變形很小。3．熱噴涂的應(yīng)用③特殊功能層:通過噴涂獲得表層某些特殊

性能，如耐高溫、隔熱、導(dǎo)電、絕緣、

防幅射等，在航空航天和原子能等部門

應(yīng)用較多。①防腐蝕:主要用于大型水閘鋼閘門、造紙

機(jī)烘缸、煤礦井下鋼結(jié)構(gòu)、高壓輸電鐵

塔、電視臺(tái)天線、大型鋼橋梁、化工廠

大罐和管道的防腐噴涂。②防磨損:通過噴涂修復(fù)已磨損的零件，或

在零件易磨損部位預(yù)先噴涂上耐磨材料，

如風(fēng)機(jī)主軸、高爐風(fēng)口、汽車曲軸、機(jī)

床主軸、機(jī)床導(dǎo)軌、柴油機(jī)缸套、油田

鉆桿、農(nóng)用機(jī)械刀片等。三、噴丸①噴丸處理是利用高速噴射出的砂丸和鐵丸，對(duì)工件表

面進(jìn)行撞擊，以提高零件的部分力學(xué)性能和改變表面狀

態(tài)的工藝方法。說(shuō)明：④噴丸用于提高零件機(jī)械強(qiáng)度以及耐磨性、抗疲勞和耐

蝕性等，還可用于表面消光、去氧化皮和消除鑄、鍛、

焊件的殘余應(yīng)力等。②噴丸的方法通常有手工操作和機(jī)械操作兩種。③噴丸通常是直徑為0.5～2mm的沙?；蜩F丸。沙粒的材

料多為Al2O3或SiO2。表面處理的效果與丸粒的大小、

噴射速度和持續(xù)時(shí)間有關(guān)。四、表面滾壓和脹光①滾壓外圓及

所用工具

1．表面滾壓②滾壓內(nèi)圓及所用工具③滾壓可在臥式車床上進(jìn)行，可滾壓金屬零件上的外圓、內(nèi)圓

和平面等。說(shuō)明：①表面滾壓是在常溫上用硬質(zhì)滾柱或滾輪施壓于施轉(zhuǎn)的工件

表面上，并沿母線方向移動(dòng)，使工件表面塑性變形硬化，以

獲得準(zhǔn)確、光潔和強(qiáng)化的表面。②滾壓余量通常為表面微觀不平度的平均高度(0.01～0.02mm)。

滾壓后，尺寸公差等級(jí)可達(dá)IT7～I(xiàn)T6,Ra值可達(dá)0.8～0.1mm，

表層硬度可提高5～10%，硬化層深度可達(dá)0.2～2mm，疲勞

強(qiáng)度可提高10～30%。2．表面脹光(擠光或擠壓)③脹光一般在壓力機(jī)或拉床上進(jìn)行，用于

2～

45孔壁較

厚的金屬零件。說(shuō)明：①表面脹光是在常溫下將直徑稍大于孔徑的鋼球或其他形

狀的脹光工具擠過工件已加工的內(nèi)孔，以獲得準(zhǔn)確，光潔

和強(qiáng)化的表面。②脹光余量一般為0.07～0.015mm。脹光后尺寸公差等級(jí)可

達(dá)IT7～I(xiàn)T5，Ra值可達(dá)0.8～0.025

m。五、離子鍍③離子鍍已廣泛用于機(jī)械、電子、

航空、航天、輕工、光學(xué)和建筑

等部門，用以制備耐磨、耐蝕、

耐熱、超硬、導(dǎo)電、磁性和光電

轉(zhuǎn)換等鍍層。說(shuō)明：①離子鍍是將鍍層材料氣化并電離

成離子，通過擴(kuò)散和電場(chǎng)作用，

沉積于制件表面，形成與基體牢

固結(jié)合的滿足所需性能的鍍覆層。②離子鍍的種類很多。其繞射性均

很好，能鍍覆制件上各個(gè)方向的

表面，可在金屬或非金屬表面上

鍍覆金屬或合金，鍍層厚度一般

為2～3mm。六、激光表面強(qiáng)化②激光表面強(qiáng)化可分為激光相變強(qiáng)化處理、激光表面合金化

處理和激光熔覆處理等。說(shuō)明：①激光表面強(qiáng)化是用聚焦的激光束射向鋼件表面，在極短時(shí)

間內(nèi)將工件表層極薄的材料加熱到相變溫度或熔點(diǎn)以上的

溫度，又在極短時(shí)間內(nèi)冷卻，使工件表面淬硬強(qiáng)化。③激光表面強(qiáng)化的熱影響區(qū)小，變形小，工件表面清潔，

操作方便。⑤激光表面強(qiáng)化主要用于局部強(qiáng)化的零件，如沖裁模、曲

軸、凸輪、凸輪軸、花鍵軸、精密儀器導(dǎo)軌、高速鋼刀

具、齒輪及內(nèi)燃機(jī)缸套等。④激光表面強(qiáng)化的設(shè)備昂貴，硬化層深度較淺，一般為0.3～

0.5mm。七、拋光拋光是對(duì)零件表面進(jìn)行修飾的一種光整加工方法，一般只能得到光滑表面，不能提高甚至不能保持原有的加工精度，隨預(yù)加工狀況不同，拋光后的Ra值可達(dá)1.6～0.008

m。拋光的分類：1．機(jī)械拋光用高速旋轉(zhuǎn)的柔性拋光輪和極細(xì)的磨料對(duì)工件表面進(jìn)行滾壓和微量切削實(shí)現(xiàn)拋光。拋光輪用多層帆布、毛氈或皮革疊制而成，用于較大零件的拋光。1)輪式拋光2)滾筒拋光和振動(dòng)拋光將工件、磨料和拋光液裝入滾筒或振動(dòng)箱內(nèi)，滾筒緩慢滾動(dòng)或振動(dòng)箱振動(dòng)，使工件與工件，工件與磨料相互摩擦，加上拋光液的化學(xué)作用，除去工件表面的油污、銹層，磨去凸峰，從而獲得光滑的表面。用于細(xì)小而量大零件的拋光，后者比前者生產(chǎn)率高，拋光效果更好。將金屬零件浸入特制

的化學(xué)溶液中，利用金屬

表面凸起部位比凹洼部位

溶解速度快的現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)零

件表面的拋光。電化學(xué)拋光與化學(xué)拋光類似，不同點(diǎn)是還要通以直流電，

工件接陽(yáng)報(bào)，產(chǎn)生陽(yáng)極溶解，也是利用金屬表面凸起部位比凹

洼部位溶解速度快的現(xiàn)象進(jìn)行拋光的。2．化學(xué)拋光3．電化學(xué)拋光八、電鍍

電鍍是一種電化學(xué)和氧化還原過程。以鍍鎳為例；將金屬制件浸在金屬鹽(NiSO4)的溶液中作為陰極，金屬鎳板作為陽(yáng)極，接通直流電源后在制件上就會(huì)沉積出金屬鍍鎳層。②在陽(yáng)極上的反應(yīng)為：Ni－2e→Ni2+(陰極溶解)4OH－－4e→2H2O+O2↑2Ni＋3[O]→Ni2O32Cl-’－2e→Cl2↑電鍍有槽鍍(普通電鍍)和

特種電鍍等。1．電鍍?cè)恝僭陉帢O上的反應(yīng)為：Ni

2++2e→Ni(形成鍍層)2H++2e→H2↑2．槽鍍鋼鐵零件上鍍鋅主要作用是防腐蝕，用量占全部電鍍零件的1/3至1/2，是所有電鍍品種中產(chǎn)量最大的一個(gè)鍍種。鍍鋅具有成本低、抗蝕性好、美觀和耐貯存等優(yōu)點(diǎn)，在輕工、機(jī)電、農(nóng)機(jī)和國(guó)防等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。鋼鐵零件上鍍鎘，在海洋和濕熱大氣環(huán)境中，其保護(hù)性能

比鋅好，航空、航海及電子工業(yè)中的零件大多采用鍍鎘。但鎘

鹽有毒，且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，使鍍鎘的應(yīng)用受到限制。錫的腐蝕產(chǎn)物對(duì)人類無(wú)害，且

易于釬焊，鍍錫廣泛用于食品罐頭

包裝制品、飲具、餐具及電子工

業(yè)中很多需要釬焊的零件。1)鍍鋅2)鍍鎘3)鍍錫4)鍍銅鉻在大氣中能長(zhǎng)久保持光澤，在堿液、硝酸、硫酸及許

多有機(jī)酸中不發(fā)生反應(yīng)，鍍鉻層有很高的硬度和優(yōu)良的耐磨

性及較低的摩擦系數(shù)，故鍍鉻常用于防護(hù)裝飾性鍍層，防止

基體金屬生銹和美化外觀，也常用于提高制品的耐磨性或修

復(fù)磨損。鍍銅常作為其他鍍層的中間層，以提高表面鍍層和基體

金屬的結(jié)合力。在電力工業(yè)中，也可用鐵絲鍍厚銅來(lái)代替純

銅導(dǎo)線，以減少銅的耗用量。鍍鎳的應(yīng)用面很廣，可用于防護(hù)裝飾性和功能性兩方面。

前者主要用于自行車、鐘表、家用電器、五金產(chǎn)品、汽車、照

相機(jī)等零件的防護(hù)裝飾性鍍層；后者主要用于易磨損產(chǎn)品的

修復(fù)電鍍。5)鍍鎳6)鍍鉻3．特種電鍍刷鍍不用鍍槽，旋轉(zhuǎn)的工件接直流電源的負(fù)極，鍍筆接正極，鍍筆前端用脫脂棉包住，澆注的鍍液浸貯在脫脂棉套內(nèi)，鍍液中的金屬正離子在電場(chǎng)力作用下在工件表面(陰極)獲得電子而沉積于表面上，形成電鍍層。④刷鍍主要用于大型零件的局部電鍍或

大中型零件的局部修復(fù)。1)刷鍍說(shuō)明：①鍍層厚度可達(dá)0.01～0.5mm，鍍層質(zhì)

量好，結(jié)合強(qiáng)度高，速度比槽鍍快。②刷鍍?cè)O(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活，可進(jìn)行局

部電鍍和野外作業(yè)。③對(duì)于大批量中小型零件或大面積鍍覆

的工件進(jìn)行裝飾性或尺寸電鍍時(shí)，刷

鍍不如槽鍍。2)非金屬電鍍④非金屬電鍍制品主要用于汽車、飛機(jī)某些裝