第2章金属材料组织-6-清华大学-工程材料

《第2章金属材料组织-6-清华大学-工程材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章金属材料组织-6-清华大学-工程材料（39页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、2.62.6 表面技术表面技术 概述概述表面技术表面技术 通过物理、化学工艺方法使材通过物理、化学工艺方法使材料表面具有与基体材料不同的组织结构、料表面具有与基体材料不同的组织结构、化学成分和物理状态，使表面具有与基体化学成分和物理状态，使表面具有与基体材料不同的性能的技术。材料不同的性能的技术。 表面处理后的材料，基体材料的化学成分表面处理后的材料，基体材料的化学成分和力学性能并未发生变化，但表面却具有一些和力学性能并未发生变化，但表面却具有一些特殊性能，特殊性能， 如高的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性、耐热如高的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性、耐热性、导电性、电磁特性、光学性能等。性、导电性、电磁特性

2、、光学性能等。 表面工程技术分类表面工程技术分类 表面热处理、化学热处理表面热处理、化学热处理 表面机械强化处理（喷丸强化）表面机械强化处理（喷丸强化） 电镀、电刷镀电镀、电刷镀 热喷涂热喷涂 气相沉积镀膜气相沉积镀膜 高能束高能束( (激光、电子束）表面处理激光、电子束）表面处理2.6.1 2.6.1 电刷镀电刷镀 一、电镀 把工件置于装有电镀液的镀槽中，工件接把工件置于装有电镀液的镀槽中，工件接直流电源的负极，作为阴极。阳极板接直流电直流电源的负极，作为阴极。阳极板接直流电源的正极，镀液中金属离子在阴极上得到电子源的正极，镀液中金属离子在阴极上得到电子还原成金属原子，工件表面得到电镀层。还

3、原成金属原子，工件表面得到电镀层。 电镀示意图电镀示意图镀铜：镀铜：CuSOCuSO4 4 CuCu+2+2+SO+SO4 4-2-2CuCu+2+2+2e +2e CuCu 普通电镀的过程：普通电镀的过程： （1 1）金属的水合离子或络合离子从溶液内部）金属的水合离子或络合离子从溶液内部迁移到阴极界面；迁移到阴极界面； （2 2）水合离子脱水或络合离子解离，金属离）水合离子脱水或络合离子解离，金属离子在阴极上得到电子发生还原反应生成金属原子；子在阴极上得到电子发生还原反应生成金属原子； （3 3）还原的原子进入晶格结点。）还原的原子进入晶格结点。 应用：应用：提高零件耐磨耐提高零件耐磨耐蚀性

4、，如自行车钢圈、活塞蚀性，如自行车钢圈、活塞环。环。 在球墨铸铁活塞环、弹在球墨铸铁活塞环、弹簧钢活塞环表面镀铬，硬度簧钢活塞环表面镀铬，硬度800900HV，耐磨性好。，耐磨性好。球墨铸铁活塞环球墨铸铁活塞环表面镀铬表面镀铬 二、电刷镀 电刷镀电刷镀是电镀的一种特殊方式，不用是电镀的一种特殊方式，不用镀槽。用镀笔在工件表面擦涂，获得镀槽。用镀笔在工件表面擦涂，获得电镀层。电刷镀又称电镀层。电刷镀又称无槽镀无槽镀。 1. 1. 电刷镀过程电刷镀过程 直流电源的正极与镀笔相联，负极和工直流电源的正极与镀笔相联，负极和工件相联。电流方向由镀笔流向工件时为正向件相联。电流方向由镀笔流向工件时为正向电

5、流，发生电沉积，称正接。形成镀层。电流，发生电沉积，称正接。形成镀层。 平面零件电刷镀平面零件电刷镀轴类零件电刷镀过程轴类零件电刷镀过程 2. 2. 电刷镀的特点电刷镀的特点 （1 1）设备简单、工艺灵活、操作方便）设备简单、工艺灵活、操作方便, , 可可现场作业，局部刷镀；现场作业，局部刷镀； （2 2）刷镀的速度是一般槽镀的）刷镀的速度是一般槽镀的10101515倍，倍，辅助时间少；节约能源，是槽镀耗电量的几十分辅助时间少；节约能源，是槽镀耗电量的几十分之一；之一； （3 3）镀层结合强度较高。在钛、铝、铜、）镀层结合强度较高。在钛、铝、铜、高合金钢和石墨上也具有较高的结合强度；高合金钢和

6、石墨上也具有较高的结合强度； （4 4）操作安全，刷镀液可循环使用）操作安全，刷镀液可循环使用, , 耗量耗量小，对环境污染小。小，对环境污染小。 3. 3. 电刷镀工艺过程电刷镀工艺过程 表面清理（磨、抛光）表面清理（磨、抛光） 电净去油（碱性溶液，正接）电净去油（碱性溶液，正接） 活化（酸性溶液，反接）活化（酸性溶液，反接） 刷镀过渡层（刷镀过渡层（CuCu、NiNi，正接），正接） 刷镀工作层（刷镀工作层（Ni-PNi-P、Ni-CoNi-Co，正接），正接） 4. 4. 实际应用实际应用 机械设备的维修和强化机械设备的维修和强化 如滚动轴承的修理，轴颈、孔类零件的修理，如滚动轴承的修理

7、，轴颈、孔类零件的修理，平面、键槽的维修，模具表面强化。平面、键槽的维修，模具表面强化。 改善零部件的工艺改善零部件的工艺性能性能 铝电刷镀碱铜可以实铝电刷镀碱铜可以实现铝和其它金属的钎焊等。现铝和其它金属的钎焊等。硬铝刷镀镍磷耐磨层硬铝刷镀镍磷耐磨层 改善零部件的表面理化性能改善零部件的表面理化性能 镍、钴、锌、铜等电刷镀层可用于防腐。镍、钴、锌、铜等电刷镀层可用于防腐。电刷镀应用电刷镀应用 例例1 1：T68T68镗床主轴镗床主轴 材料为铸钢材料为铸钢, , 长约一米长约一米, , 轴颈表面大面积划轴颈表面大面积划伤。采用电刷镀进行修复。伤。采用电刷镀进行修复。 表面清理后，进行电净、活化

8、。表面清理后，进行电净、活化。 用特殊镍打底层，用快速镍增加镍层厚度至用特殊镍打底层，用快速镍增加镍层厚度至要求尺寸，抛光后装机使用。要求尺寸，抛光后装机使用。 工艺简单、成本低廉，镀层和基体结合良好，工艺简单、成本低廉，镀层和基体结合良好，耐磨性好。耐磨性好。 主轴修复后，满足使用要求。主轴修复后，满足使用要求。电刷镀应用电刷镀应用 例例2 2：制造大型塑料制品的模具制造大型塑料制品的模具 材料材料为为灰铸铁，模具底盘直径为灰铸铁，模具底盘直径为1 m, 1 m, 合模合模高为高为0.4 m, 0.4 m, 重重1.3 t1.3 t。 模具表面硬度低，腔面磨损严重，粗糙度增模具表面硬度低，腔

9、面磨损严重，粗糙度增加，产品表面质量变差。加，产品表面质量变差。 采用电刷镀进行强化处理。碱铜为过渡层，采用电刷镀进行强化处理。碱铜为过渡层，镀镍钴合金为工作层。镀镍钴合金为工作层。 表面硬度由表面硬度由23HRC23HRC提高到提高到40HRC, 40HRC, 粗糙度粗糙度RaRa由由6.3m 6.3m 降到降到0.8m0.8m，耐磨性提高了，耐磨性提高了2 2倍，使用寿倍，使用寿命延长，产品质量提高。命延长，产品质量提高。2.6.2 2.6.2 热喷涂技术热喷涂技术 热喷涂热喷涂技术技术 将金属将金属或非金属固体材料或非金属固体材料加热至熔化或半熔软化状态，然后将它加热至熔化或半熔软化状态

10、，然后将它们高速喷射到工件表面上，形成牢固涂们高速喷射到工件表面上，形成牢固涂层的表面加工方法。层的表面加工方法。 一、热喷涂技术的特点 (1) (1) 涂层和基体材料广泛，工艺灵活，喷涂层和基体材料广泛，工艺灵活，喷涂层、喷焊层的厚度可以在较大范围内变化。涂层、喷焊层的厚度可以在较大范围内变化。 (2) (2) 基体受热程度低，一般不会影响基体基体受热程度低，一般不会影响基体材料的组织和性能。材料的组织和性能。 (3) (3) 生产效率较高，成本低，效益显著。生产效率较高，成本低，效益显著。 二、热喷涂层形貌热喷涂层热喷涂层 喷涂层喷涂层 过渡层过渡层 基基 材材 三、热喷涂方法 热喷涂方法

11、热喷涂方法 1. 1. 火焰喷涂火焰喷涂 以氧以氧- -乙炔火焰为热源，以喷涂粉末材料为乙炔火焰为热源，以喷涂粉末材料为主的热喷涂方法。主的热喷涂方法。火焰喷涂喷枪火焰喷涂喷枪火焰喷涂火焰喷涂 氧氧- -乙炔火焰温度大约为乙炔火焰温度大约为3000 3000 ，喷射，喷射速度约速度约150 m/s150 m/s，结合强度，结合强度5 MPa5 MPa10 MPa10 MPa。适合喷涂塑料、金属、合金粉末或丝材。适合喷涂塑料、金属、合金粉末或丝材。 2.电弧喷涂电弧喷涂 以以电弧为电弧为热源，以金属或合金丝材作为喷涂热源，以金属或合金丝材作为喷涂材料的热喷涂方法。材料的热喷涂方法。电弧喷涂原理图