材料表面處理技術(shù)

第10章材料表面處理技術(shù)1.表面改性（1）擴(kuò)散滲入（化學(xué)熱處理）非金屬元素表面滲入，金屬元素滲入，復(fù)合元素滲入。（2）離子注入非金屬元素表面注入，金屬元素注入，復(fù)合元素注入。（3）轉(zhuǎn)化膜技術(shù)電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，金屬著色技術(shù)2.表面處理（1）表面變形處理噴丸，碾壓，擠孔。（2）表面淬火熱處理感應(yīng)加熱表面淬火，光加熱表面淬火，電子束加熱表面淬火。（3）表面納米化加工

3.表面涂覆表面涂覆是在基質(zhì)表面上形成一種膜層，以改善表面性能的技術(shù)。，如電鍍（或化學(xué)鍍）、噴漆（或上涂料）、熱噴涂和氣相沉積技術(shù)等等。

4.復(fù)合表面工程技術(shù)5.納米表面工程技術(shù)納米涂覆層分析技術(shù),納米顆粒表面改性技術(shù),納米硬膜技術(shù),納米熱噴涂技術(shù),納米復(fù)合鍍技術(shù)等表面淬火表面淬火一般用于中碳鋼和中碳低合金鋼,如45、40Cr、40MnB鋼等。用于齒輪、軸類零件的表面硬化，提高耐磨性?；鹧婕訜岜砻娲慊鸹鹧婕訜岜砻娲慊鹗怯靡胰玻趸蛎簹猓醯然鹧婕訜峁ぜ砻?，進(jìn)行淬火。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，成本低等。缺點(diǎn)：生產(chǎn)率低，零件表面存在不同程度的過熱，質(zhì)量控制也比較困難。因此主要適用于單件、小批量生產(chǎn)及大型零件（如大型齒輪、軸、軋輥等）的表面淬火。

感應(yīng)加熱

感應(yīng)加熱多數(shù)用于工業(yè)金屬零件表面淬火，是使工件表面產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流，迅速加熱零件表面，然后迅速淬火的一種金屬熱處理方法。

1.高頻淬火:100-1000kHz;2.中頻淬火:1-10kHz;3.工頻淬火:50Hz;

激光表面淬火

工件表面被激光束瞬間快速加熱發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，激光掃描后，加熱層由于基體冷卻發(fā)生自淬火馬氏體相變并利用余熱自回火的過程。

常用表面熱處理方法主要應(yīng)用特性化學(xué)表面熱處理化學(xué)熱處理是將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進(jìn)表面性能，滿足技術(shù)要求的熱處理過程。

滲金屬的方法主要有固體法（如粉末包裝法、膏劑涂滲法等）、液體法（如熔鹽浸漬法、熔鹽電解法、熱浸法等）和氣體法。

氣體滲碳爐氣體滲碳裝置示意圖滲碳：為了增加表層的碳含量和獲得一定碳濃度梯度,鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱和保溫，使碳原子滲入表面的工藝稱為滲碳。加熱到900℃～950℃，向爐內(nèi)滴入煤油、苯、甲醇等有機(jī)液體，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生活性碳原子，使鋼件表面滲碳。液體滲碳

（1）由氯化鈉(NaCl)40～50％、氯化鉀(KCl)40～50％、碳酸鈉(NaC03)4～10％組成基鹽，各種原料鹽中的S04應(yīng)小于0.5％。

（2）先將基鹽放入坩堝內(nèi)熔化，升溫至900℃左右。再分批(每批少量)加入滲碳劑，加畢后升溫至920±10℃。先用Φ15-20mm的鋼棒試滲15分鐘并直接淬火，若硬度達(dá)到HRA79以上，說明鹽浴已處于正常滲碳狀態(tài)，否則繼續(xù)補(bǔ)充本滲劑。

（3）滲碳過程中要經(jīng)常補(bǔ)充滲碳劑與碳酸鈉,其比例約為4:1。鹽浴變淺時(shí)按氯化納與氯化鉀各一半混合補(bǔ)加。鹽浴表面必須保持結(jié)蓋狀態(tài)。每天或2～3天撈渣一次。鹽浴中含碳量應(yīng)保持4～10%,碳含量低時(shí)幾乎無滲碳作用

含鋁共滲及復(fù)合滲鋼鐵和鎳基、鈷基等合金滲鋁后，能提高抗高溫氧化能力，提高在硫化氫、含硫和氧化釩的高溫燃?xì)饨橘|(zhì)中的抗腐蝕能力。為了改善銅合金和鈦合金的表面性能，有時(shí)也采用滲鋁工藝。滲鋁的方法很多。冶金工業(yè)中主要采用粉末法、熱浸、靜電噴涂或電泳沉積后再進(jìn)行熱擴(kuò)散的方法。含鉻共滲及復(fù)合滲碳素鋼和合金鋼（包括耐熱鋼和高溫合金）在滲鉻后，可提高耐蝕、耐磨和抗高溫氧化性能。滲鉻主要有粉末法、氣體法和熔鹽法，其中以粉末法在工業(yè)上應(yīng)用較多。粉末滲劑由鉻粉、鹵化銨和氧化鋁組成。滲鉻溫度1000～1100℃，保溫時(shí)間一般為4～8小時(shí)。

熔鹽法硼砂熔鹽滲鉻

滲鉻工藝：1000±50℃，常用950±10℃；保溫3-6小時(shí)。滲鉻劑的熔化溫度約為740℃左右。在連續(xù)生產(chǎn)過程中由于工件帶出和熔鹽本身的消耗使熔鹽變淺，需不斷補(bǔ)充新鹽。（1）僅要求表面耐磨、抗介質(zhì)腐蝕而對基體無強(qiáng)度要求的零件為滲鉻→空冷→沸水清除粘附殘鹽。（2）對基體有一定強(qiáng)度要求的本質(zhì)細(xì)晶粒鋼件：滲鉻→淬火(水或油)→在加有緩蝕劑的沸騰的5％硫酸水溶液(以下簡稱含酸沸水)中煮去未脫落的殘鹽→回火。（3）淬火溫度高于滲鉻溫度的高合金鋼：滲鉻后隨爐升溫→淬火→含酸沸水煮去殘鹽→回火。（4）對基體強(qiáng)度有嚴(yán)格要求的本質(zhì)粗晶粒鋼件，滲鉻后要重新加熱淬火，加熱淬火最好在無氧化氣氛中進(jìn)行。工序?yàn)椋簼B鉻→空冷→含酸沸水清洗→升溫→淬火(水或油)→回火。含磞共滲及復(fù)合滲提高耐磨和耐蝕性為目的。以硼鐵（Fe—B）為供硼劑，氟硼酸鉀(KBF4)和碳酸氫銨(NH4HCO3)為催滲劑，工業(yè)純氧化鋁(AI2O3)為填充劑，實(shí)踐證明，這種滲劑具有滲硼速度快，硼化層組織基本為單相的Fe2B或(FeM2)B，以40Cr、45#，GCr15等鋼種為例，硼化層深0.08-0.12mm，滲后工件壽命可提高6-10倍，硼化層硬度可達(dá)到HV1600-2100

。使用方法：（1）滲硼溫度：800℃-950℃(加熱溫度按工藝要求而定)

(2)保溫時(shí)間：3-5小時(shí)，一般為850℃保溫4小時(shí)(保溫時(shí)間不包括滲箱透熱時(shí)間)。操作過程：

工件用汽油或酒精去油后晾干，在滲箱底部撒5毫米厚的滲劑，垂直放置工件，以減少彎曲變形，然后填