表面處理材料

表面處理材料第1頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄簡介10.1表面前處理10.2表面硬化處理10.3表面防護處理10.4表面光製處理2第2頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月簡介工件表面是工件內(nèi)部材料與周圍環(huán)境的交界區(qū)域。通常表面定義：自最外層的物質(zhì)分子到深幾個μm(m)至幾十個μm厚度的材料，如圖10.1所示。3第3頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月4第4頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月簡介(續(xù))表面處理是指用於改善工件表面材料的狀態(tài)及其機械、物理或化學(xué)等性質(zhì)的方法。表面處理的目的及應(yīng)用實例可歸納如下：1.增加表面的硬度、耐磨耗、抗疲勞等機械性質(zhì)。2.增加表面對氧化及腐蝕的抵抗能力。3.增加表面的耐熱、熱傳導(dǎo)、熱反射等特性。4.改善表面粗糙度及減少摩擦作用。5.改變表面的導(dǎo)電性質(zhì)。6.改變表面對光的反射、選擇性吸收等特性。7.增進表面的乾淨(jìng)、光澤、顏色、美觀等。5第5頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1表面前處理表面前處理的目的是為增進產(chǎn)品外表的乾淨(jìng)及美觀，為後續(xù)加工步驟做必要的準(zhǔn)備。表面清潔：利用各種溶劑或超音波等方式，將工件表面附著的油污、各種雜物及氧化或腐蝕的生成物等，加以去除並得到工件材料的真正表面層。表面機械處理：利用噴砂、研磨或電解拋光等方法，這些方法除了可達到清潔效果外，尚可更進一步使工件表面平滑，和增加其光澤或附著能力。6第6頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.1表面清潔工件的表面常附著有污物，例如油、脂、蠟、碳粒、其他金屬顆粒、粉塵或砂粒等。在工件表面上的氧化層等生成物，是另一種形式的異物。以上兩者在後續(xù)加工中，尤其是在進行下一步驟的表面處理之前，都必須加以清除乾淨(jìng)。7第7頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月表面清潔(續(xù))表面清潔的方法有：

1.清潔劑清潔法

2.電解清潔法

3.超音波清潔法

4.酸劑清潔法8第8頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.2表面機械處理機械力或電力的作用，可清除工件表面上的污物、銹蝕層、氧化層、毛邊等，而且還可增進表面平滑度及附著能力。表面機械處理有：

1.噴砂

2.研磨及拋光，如圖10.2所示。

3.電解拋光9第9頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10第10頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2表面硬化處理表面硬化處理：增進工件表面層的硬度、耐磨耗性及抗疲勞等機械性質(zhì)，不影響內(nèi)部材料的特性，或改變工件的尺寸及外形。使用的方法：1.改變表面層化學(xué)成分的表面滲透法。2.改變表面層組織不改變化學(xué)成分的表面淬硬法。3.使表面層產(chǎn)生壓縮殘留應(yīng)力的珠擊法等。11第11頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1表面滲透法表面滲透法：經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚沓绦?，把某些元素滲透並擴散到工件的表面層，因而改變其化學(xué)成分，然後視需要再配合適當(dāng)?shù)奶幚聿襟E。利用表面滲透法處理的鋼材工件，可以改善工件表面層材料的硬度及耐磨耗性，而心部材料則仍保有原來的韌性，用以抵抗衝擊力的作用，使工件能兼顧韌性及耐磨耗的要求。12第12頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月表面滲透法(續(xù))表面滲透法有：

1.滲碳法

2.氮化法

3.滲碳氮化法

4.滲硫法

5.滲硼法

6.金屬滲透法13第13頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月表面滲透法(續(xù))滲碳法：高溫的環(huán)境下，將碳元素從原先含碳量較低的鋼材工件表面滲入，經(jīng)一段時間後，表面到某一預(yù)定深度之材料的含碳量會有不同程度的增加，如圖10.3所示。。滲碳的方式有：

1.固體滲碳

2.液體滲碳

3.氣體滲碳

4.真空滲碳14第14頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月表面滲透法(續(xù))氮化法：用於特殊鋼的表面硬化和滲碳不同之處為不經(jīng)過淬火處理即可得到硬化的結(jié)果，且實施的溫度較低。氮化的方式有：1.使用氨氣的氣體氮化。2.使用熔融氰化物的鹽浴氮化。3.用氨氣和還原性氣體的混合氣體使氣體軟氮化。4.在低真空，用輝光放電產(chǎn)生氮離子，使離子氮化。15第15頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月表面滲透法(續(xù))滲碳氮化法：同時對工件表面層滲入碳和氮的方法，實施溫度在A1點(727℃)以上。滲碳氮化方式有：

1.氣體滲碳氮化

2.液體滲碳氮化16第16頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月表面滲透法(續(xù))滲硫法：將硫滲透擴散到工件表面層，使生成硫化物時，可降低表面層的摩擦係數(shù)，可用來改善耐磨耗性。滲硫處理是在其他加工及調(diào)質(zhì)處理後才實施，通常是利用液體鹽浴法。17第17頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月表面滲透法(續(xù))將硼滲透擴散到工件表面層，使生成硼化物時，可得到良好的耐磨耗性、耐蝕性、耐熱性等。滲硼的方式：

1.利用固體的硼粉末

2.液體的熔融硼砂

3.電解的熔融液

4.氣體的BH、BCl與氫氣18第18頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月表面滲透法(續(xù))金屬滲透法：將金屬元素等滲透擴散到工件表面層，使生成硬質(zhì)合金層，可以提高耐磨耗性、耐蝕性、耐熱性等。常用的方式是將含有金屬粉末的滲透劑和待處理的工件一起放入容器中，加熱至適當(dāng)溫度，並保持一段時間以利進行滲透作用，此法又稱為擴散被覆法。19第19頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.2表面淬硬法表面淬硬法：經(jīng)由適當(dāng)?shù)募訜徇^程，使鋼材工件表面層的溫度升高，以至變態(tài)成沃斯田鐵組織後，立刻急速冷卻的淬火處理，因而得到麻田散鐵組織的硬化表面層。表面淬硬法的方法有：

1.火焰加熱

2.高週波加熱，如圖10.4所示

3.電漿加熱4.電解加熱

5.雷射束加熱6.電子束加熱20第20頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月21第21頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.3珠擊法珠擊法：利用高壓空氣或離心力方式，將細小的鑄鋼?；虿Ａе榈龋愿咚賮K反覆地撞擊工件表面，使形成不均勻的塑性變形，因而產(chǎn)生壓縮殘留應(yīng)力。壓縮殘留應(yīng)力可增進工件的耐疲勞性而工件表面的強度和硬度也會增加。22第22頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3表面防護處理工件表面因與外界環(huán)境直接接觸，故較容易受到環(huán)境中對其不利因素的影響而產(chǎn)生損壞。常見的表面損壞形式有：

1.生銹

2.腐蝕，常見的形式如圖10.5所示。

3.刮痕或碰傷23第23頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月24第24頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.1電鍍電鍍：將被鍍工件浸入電鍍槽中並置於陰極位置，做為鍍層用的金屬則置於陽極。通以直流電後，陽極金屬其電子的脫離而變?yōu)殛栯x子溶入電鍍液，在電鍍液中的金屬陽離子，會在位於陰極的工件表面上析出並沈積形成一層金屬薄膜將工件表面覆蓋住，如圖10.6所示。25第25頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月26第26頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.2熱浸熱浸：金屬工件在經(jīng)過良好的前處理後，浸入低熔點的金屬液槽中，例如鋅、錫、鉛、鋁等，因而形成鍍層的方法。提供的工件表面保護作用分為兩種模式：1.鍍層材料比被鍍工件材料的活性大，故即使失去局部鍍層，其餘的鍍層仍會因伽凡尼腐蝕作用而犧牲本身，繼續(xù)扮演著保護的角色，如圖10.7(a)。2.鍍層材料一旦剝落，則可能在工件材料暴露處發(fā)生腐蝕，如圖10.7(b)所示。27第27頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月28第28頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.3無電電鍍無電電鍍(化學(xué)電鍍)：利用鍍液的自催化作用，使鍍液中的金屬陽離子還原成元素狀態(tài)而析出沈積物在工件的表面上，因此並沒有使用電極也沒有通電現(xiàn)象。鍍層厚度由工件浸入的時間長短所控制，被用做為鍍層的金屬主要有鎳、鈷、銅等。29第29頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.4電鑄電鑄：作用原理和電鍍相同，但它是一種製造金屬產(chǎn)品的方法。置於陰極處的是鑄模，金屬沈積析出在其上面所形成的鍍層即為產(chǎn)品。鑄模與鍍層並不會緊密結(jié)合，在作用完成後，兩者會分離。30第30頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.5物理氣相沈積物理氣相沈積(PVD)是利用物理程序在工件表面上鍍薄膜。主要方法有：1.蒸鍍：在真空中，把金屬加熱成蒸氣，當(dāng)遇到溫度較低的被鍍工件時，蒸氣沈積於工件表面上成薄膜。2.濺鍍：利用高速的惰性氣體離子撞擊置於真空室中的鍍層材料(靶材)，造成它的原子濺射出來並被覆到被鍍工件的表面上。31第31頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.6化學(xué)氣相沈積化學(xué)氣相沈積(CVD)：不僅可將金屬鍍在工件表面上，也適用於鍍含有碳、氮、硼、矽和氧等陶瓷材料的鍍層，是一種利用高溫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的製程?；瘜W(xué)氣相沈積所產(chǎn)生的鍍層通常較物理氣相沈積所得到的為厚?；瘜W(xué)氣相沈積的主要缺點是必須在高溫下才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，故可能造成被鍍工件的組織改變或外形產(chǎn)生畸變。32第32頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.7噴覆噴覆：利用可產(chǎn)生火焰、電弧或電漿的噴嘴，將金屬合金、碳化物、氧化物或陶瓷材料熔融成小液滴或顆粒狀，再以高速撞擊方式噴覆於工件表面上。使用的噴覆材料形式可以是棒狀、線材或粉末狀。33第33頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.8塗層塗層包含陶瓷塗層和金屬氧化物的化成塗層。陶瓷塗層：將非金屬化合物，塗覆在工件表面上，然後加熱使之燒結(jié)而產(chǎn)生黏附，所得的塗層有良好的抗蝕能力。化成塗層：金屬表面施以化學(xué)或電化學(xué)作用，使生成化合物表面層，所得表面層含有被處理工件的金屬成分。34第34頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.9油漆油漆(有機塗層)：1.可用來隔絕工件表面與腐蝕環(huán)境接觸，達成防蝕效果2.增加美觀。油漆的組成包括主要成分的顏料、樹脂和溶劑，及少量的添加劑。35第35頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.10陽極處理陽極處理：專為鋁材所發(fā)展出來的表面氧化處理，可利用陽極處理得到較厚的鋁氧化層。程序為：將鋁材工件浸入電解液中當(dāng)做陽極，電解液含有硫酸或鉻酸，當(dāng)通電後鋁會氧化形成氧化鋁塗層於工件表面上。經(jīng)陽極處理後，工件可增加耐蝕性、表面層更硬、更耐磨耗、更光亮且更美觀。36第36頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.11鋼鐵發(fā)藍鋼鐵發(fā)藍：將鋼鐵工件浸入含有硝酸鈉和氰化鈉的混合液中，經(jīng)加熱發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可使工件表面生成一層黑色或深藍色的氧化物薄膜。其氧化膜厚度很薄，防蝕能力並不強，但其色澤美麗且具潤滑性。在國防工業(yè)的武器零件上，以此法處理所得的防護層不會反光，因此可防止被發(fā)現(xiàn)。37第37頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.12染色染色：將金屬表面層經(jīng)特殊處理後，產(chǎn)生與原先金屬不同的顏色。處理的方式有：1.使金屬表面產(chǎn)生氧化物或硫化物等具有特別顏色的化合物。2.在金屬表面生成一層會干涉光波的薄膜。處理的方法有：

1.化學(xué)染色

2.電化學(xué)染色

3.熱染色38第38頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10.4表面光製處理工件經(jīng)加工後得到如設(shè)計圖所要求的形狀和尺寸，同時也會因為不同的製造方法而在工件表面上造成不同的特徵，稱之為表面紋理。包括：

1.缺陷

2.刀痕方向

3.粗糙度和

4.波浪狀39第39頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月表面光製處理(續(xù))工件粗糙度的要求，需依實際狀況而有許多不同的考量，如：1.要求精密配合的工件，即需要非常平滑的表面。2.工件使用時，粗糙度對摩擦、磨損及潤滑的影響。3.表面粗糙度大時，可能會造成凹痕敏感性變大，進而對疲勞作用的影響，造成工件使用壽命減短。4.粗糙度大的表面會使熱阻及電阻變高，也會使腐蝕性媒介物滲入的可能性變大。40