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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流12345 表面工程.精品文档.6 表面工程:经表面与处理后,通过表面涂覆,表面改性,表面加工或几种表面工程技术复合处理,改变固体材料表面的形态,化学成分,组织结构,应力状态等,以获得所需要各类表面性能的系统工程。7 表面技术主要途径:1)表面覆盖:电镀,电镀刷,化学镀,涂装,粘贴,堆焊和熔结,热喷涂,塑料粉末涂敷,电火花涂敷,热浸镀,搪瓷和陶瓷涂敷,真空蒸镀,溅射镀,离子镀,化学气相沉积,分子束外延,离子束合成薄膜技术,化学转化度,热烫印,暂时性覆盖处理;2)表面改性:喷丸强化,表面热处理,化学热处理,等离子扩散处理,高能束表面处理,粒子注
2、入表面改性;3)表面加工技术:电铸,包覆,抛光,蚀刻等。8 耐磨:指材料在一定摩擦条件下抗磨损(磨料磨损,粘着磨损,疲劳腐蚀,冲蚀,气蚀等)的能力。9 表面装饰:主要包括光亮,色泽,花纹,仿照等多方面特性。10 表面技术在环境方面的应用:1)净化大气;2)净化水质;3)抗菌灭菌;4)吸附杂质;5)去除藻类污垢;6)活化功能;7)生物医学;8)治疗疾病;9)绿色能源;10)优化环境。11 表面技术的分类:1)原子沉积;2)颗粒沉积;3)整体覆盖;4)表面改性。12 现代表面技术:表面清洗;预处理,表面功能化后处理。包括表面分析技术,表面物理,表面化学。13 电刷度:在阳极表面裹上棉花和面絮等吸水
3、材料,使其吸饱镀液,然后在作为阴极的零件上往复运动,使镀层牢固沉积在工件表面上。工件机械处理化学处理电化学精处理预镀电镀镀后处理。14 化学镀:在无外电流通过的情况下,利用还原剂将电解质溶液中的金属离子化学还原在呈活性催化的工件表面,沉积出与基件牢固结合的镀覆层。15 涂装:用一定的方法将图料涂覆于工件表面而形成涂膜的全过程。16 粘结:用粘结剂将各种材料或制件连接成为一个牢固整体的方法。17 堆焊与熔结:堆焊是在金属零件表面或边缘熔焊上耐磨,耐蚀或特殊性能的金属层,修复外形不合格的金属零件及产品,提高使用寿命,降低生产成本,或者用它制造双金属部件。熔结与堆焊相似,但用的涂敷金属是一些以铁,镍
4、,钴为基,含有强脱氧元素硼和硅而具有自熔性和熔点低于基本的自熔性合金,所用的工艺是真空熔敷,激光熔敷和喷涂敷等。18 热喷涂:将金属,合金,金属陶瓷材料加热到熔融或部分熔融,以高的动能使其雾化成微粒并喷至工件表面,形成牢固的涂覆层。19 电火花涂敷:一种直接利用电能的高密度能量对金属表面进行涂敷处理的工艺,即通过电极材料与金属部件表面间的活化放点作用,把作为火花放电极的导电材料熔渗与零件表面层,从而形成含电极材料的合金化图层,提高工件表层的性能,而工件内部组织和性能不改变。20 热浸镀:将工件浸在熔融的液态金属中,使工件表面发生一系列物理和化学反应,取出后表面形成金属镀层。21 溅射镀:将工件
5、放入真空室,并用正离子轰击作为阴极的靶,使靶材中的原子,分子逸出,飞至工件表面凝膜。22 离子镀:将工件放入真空室,并利用气体放电原理将部分气体和蒸发源逸出的气相离子电离,在离子轰击工件的同时,把蒸发物或其反应产物沉积在工件表面成膜。23 化学气相沉积:将工件放入密封室,加热到一定温度,同时通入反应气体,利用室内气相化学反应在工件表面沉积成膜。24 分子束外延:超高真空条件下,精确控制蒸发源给出的中性分子束流强度按照原子层生长的方式在基片上外延成膜。25 离子束合成薄膜技术:1)离子束缚住沉积:将离子注入与镀膜结合在一起;2)离子簇束:将固体加热形成过饱和蒸汽,再经喷管喷出形成超声速气体喷流,
6、在绝热膨胀过程中由冷却至凝聚。26 化学转化膜:金属与特定的腐蚀液接触并在一定条件发生化学反应,形成能保护金属不易受水和其他腐蚀介质影响的膜。27 热烫印:把各种金属箔在加热加压的条件下覆盖于工件表面。28 暂时性覆盖处理:把缓蚀剂配制的缓释材料,在工作需要防锈的情况下暂时性覆盖于表面。29 喷丸强化:是在受喷材料的再结晶温度下进行的一种冷却加工方法,加工过程由弹丸以很高的速度撞击受喷工件表面。30 化学热处理:是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入他的表层,以改善其化学成分,组织和性能的热处理工序。31 等离子扩散:指在通常大气压力下的特定气氛中利用工件和阳极之
7、间产生的辉光放电进行热处理的工艺。32 高能束表面处理:主要利用激光,电子束和太阳光束作为能源,对材料表面进行各种处理,显著改善组织结构和性能。33 离子注入表面改性:它是将所需的气体或固体蒸汽在真空系统中电离,引出离子束后在数千电子伏至数十万电子伏加速下直接注入材料,达一定深度,从而改变材料表面的成分和结构。其优点:注入元素不受材料固熔度的限制,适用于各种材料,工艺和质量易控制,注入层与基体之间没有不连续界面;缺点:注入层不深,对形状复杂的工件注入难。34 微细加工:是一种加工尺寸从微米到纳米量级的制造微笑尺寸元器件或薄膜图形的先进制造技术,主要包括:1)光子束,电子束和离子束的微细加工;2
8、)化学气相沉积,等离子化学气相沉积,真空蒸发镀膜,溅射镀膜,离子镀,分子束外延,热氧化的薄膜制造;3)湿法刻蚀,溅射刻蚀,等离子刻蚀等图形刻蚀;4)离子注入扩散等参杂技术。35 固体材料的界面:1)表面:一种凝聚态物质与另外的物质或者真空之间的过渡区域,一般由一个或者几个原子层组成(0.510nm);2)晶界:多晶材料内部成分,结构相同而取向不同的晶粒之间的界面;3)相界:固体材料中成分,结构不同的两相之间的界面。36 理想表面:理论上近似地假设除了固-气界面的几何限制外,而系统不发生任何变化的表面。理论上认为的结构完整的二维点阵平面。37 清洁表面:是在特殊环境中经过特殊处理后获得的表面,是
9、不存在吸附,催化反应或杂志扩散等物理,化学反应的表面。清洁表面结构:清洁表面的典型结构:1)表面弛豫:点阵常数在垂直方向发生明显变化。包括正弛豫和负弛豫;2)表面重构:水平方向的周期性不同与内部原子;3)偏析:原子从内吸出来的;4)化学吸附:外来原子吸附;5)化合物:外来原子进入表面并与之发生反应;6)台阶:表面不是原子级的平坦。38 表面台阶结构:TLK模型,T(平台,Terrace)L(台阶,Ledge)K(扭折,Kink)模型4)迭层:由于其他原子进入晶体表面,而出现体内不存在的表面结构层。39 表面组分与材料内部不同的原因: 原子表面的自行调整,原子排列情况与材料内部明显不同; 依靠表
10、面的成分偏析和表面对外来原子或分子的吸附,以及这两者的相互作用而趋向稳定态。40 台阶表面:表面不是平面,由规则或不规则的台阶组成。41 表面弛豫:当晶体的三维周期性在表面处突然中断,在表面上原子的配位情况发主了变化,并且在表面原子附近的电荷分布也有改变使表面原子所处的力场与体内原子不同,因此表面上的原子会发生相对位置的上下位移,以降低体系的能量。42 表面重构:在平行基底的表面上,原子的平移对称性与体内显著不同,原子位置做了较大幅度的调整。43 缺列型重构: 表面周期性地缺失原子列造成的超结构;重组型重构:并不减少表面的原子数,但却显著地改变表面的原子排列方式。44 小面化的表面主要是由平台
11、、台阶、曲折所组成,但是晶体中的点缺陷以及吸附的异物原子会使平台变得凹凸不平,这是表面上最容易出现的最简单缺陷。45 实际表面:指暴露于大气环境中的固体表面,或经过一定加工处理(诸如清洗、抛光、研磨、切割等)保持在常温常压或低真空或高温下的表面。46 与清洁表面相比,实际表面有以下几个特点:表面粗糙度贝尔比层和残余应力 表面氧化、吸附和沾污 47 贝尔比(Beilby)层是一种在固体材料表层510nm厚度形成的一层因晶格畸变等原因而产生的一种非晶态层,其成分为金属和它的氧化物,其性能与体内明显不同。48 常见表面的特点:1)理想表面 :是指清洁的单晶表面,或是说由前述的平台、台阶、曲折及各种缺
12、陷构成的表面。2)一般表面:一般是多晶体,在空气中易与氧发生作用生成氧化膜,而且也难免因油脂之类的物质吸附而造成污染。3)机械加工过的表面:机械加工过的表面都有一定的显微粗糙度,且表面的位错密度特别高。49 表面能:表面所具有的内能。包括表面原子的动能,原子间的位能和原子中原子核及电子的动能和势能等。严格说表面能是指表面所具有的内能。50 表面张力:单位面积上的表面能,是由原子间的作用力以及原子在表面和内部的排列状态的差别引起的。51 影响固体表面自由能的因素 晶体原子间的结合能。前已述及表面的形成主要依赖于断键功。出此若原子间的键能高,表面自由能也高。表面原子的晶面取向。晶体中越是堆集紧密的
13、晶面其表面自由能越低。温度。52 表面吸附力: 1.物理吸附力(1)色散力(2)诱导力(3)取向力2.化学吸附力(1)离子吸附(2)共价吸附(3)化学吸附的特点53 影响化学吸附力的影响因素 : (1)吸附键性质会随温度的变化而变化(2)吸附键断裂与压力变化而变化;(3)表面不均匀性对表面键合力的影响(4)其它吸附物对吸附质键合的影响54 表面吸附力的影响因素:1)吸附键性质会随温度的变化而变化:随着温度的增加,被吸附分子中的键会陆续断裂以不同形式吸附在表面上;2)表面不均匀性对表面键合力的影响:如果表面有阶梯和折皱等不均匀性存在,对表面化学键有明显的影响。3)其它吸附物对吸附质键合的影响:当
14、气体被吸附在固体表面上,如果此表面上已有其它被吸附物存在或其它被吸附物被同时吸附时,对被吸附气体化学键合有时会产生强烈的影响,这种影响可能是由于这些吸附质的相互作用而引起的。55 物理吸附是吸附质分子在吸附剂表面上的一种吸附,依靠的力是分子间的范德华力。特点:无选择性;吸附速度较快,脱附也快;低温发生;引力和斥力并存。化学吸附的吸附质和吸附剂之间本质上发生了表面化学反应,粒子间有电子转移,且以相似于化学键的表面健力相结合。特点:本身是化学反应,吸附热与化学反应热相似;单分子层;具有高度选择性。56 因环境介质物理一化学的影响及表面自由能减小都导致固体表面强度降低的现象,称为莱宾杰尔效应 .57
15、 莱宾杰尔效应具有以下特点:(1)环境介质的影响有明显的化学特征,即并非任何液体金属都会改变某一固体的金属性能,只有一定的对该固体表面且有活性的液体金属才有上述的效果。 (2)溶解和腐蚀需要大量的介质而莱宾杰尔效应只需少最的表面活性物质即可。(3)表面活性熔融物质的作用十分迅速。(4)影响可逆,即从固体表面去除活性物质后,其表面机械性能一般可以恢复。(5)莱宾杰尔效应,需要拉应力和表面活性物质同时作用才能出现。 58 两个相互接触物体在外力作用下发生相对运动或具有相对运动的趋势时,在接触面之间产生切向的运动阻力,这一阻力称为摩擦力,这种现象称为摩擦59 物体相对运动时,相对运动表面的物质不断损
16、失或产生残余变形称为磨损。60 影响固体材料耐磨性的因素 :(1)硬度(2)晶体结构和晶体的互溶性(3)温度(4)环境 61 硬的颗粒或硬的突起物在摩擦过程中引起物体界面材料脱落的现象,称为磨料磨损 62 由于交变应力使表面材料疲劳而产生物质的转移称为疲劳磨损,有时也称为接触疲劳或点蚀63 腐蚀磨损是指在磨损过程中物体表面与周围环境的化学或电化学反应起主要作用时的磨损现象64 磨损的理论:表层的粘着开裂机制磨损的分层理论:分层理论:磨损过程主要包括次表面变形、裂纹形核及裂纹形成扩展过程。摩擦断裂:粘着点的剪切 显微切削 冲击 疲劳 (4)冲击磨损(5)疲劳磨损65 金属腐蚀发生的根本原因:热力
17、学上的不稳定性,即金属及其合金较某些化合物(如氧化物、氢氧化物、盐等)原子处于自由能较高的状态,这种倾向在条件(动力学因素)具备时,就会发生金属单质向金属化合物的转变,即发生腐蚀。66 局部腐蚀包括以下10类:点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、丝状腐蚀、应力腐蚀开裂、氢脆、腐蚀疲劳、冲刷腐蚀、湍流腐蚀、气蚀。67 金属或合金腐蚀时在表面生成了一层非常薄的保护膜,它阻滞了阳极反应的进行,这种薄膜被称为钝化膜。68 吸附理论认为:金属或合金表面吸附了氧,这些氧的一部分被金属中的电子偶极化,成为电偶极子,其带正电的一端在金属表面上。氧会优先吸附于金属表面活性最大的一些点上,从而降低阳极活性,阻滞阳极反应的进
18、行。69 控制腐蚀的主要途径如下:(1)提高材料热力学稳定性的防蚀方法 材料的热力学稳定性是由整个腐蚀体系决定的,因此要提高其稳定性可以从两个方面着手:一是材料本身采用或加入电位较正的合金元素;二是降低介质的腐蚀性,除去有害的物质乃至用涂层隔绝腐蚀介质。(2)增强阳极极化的防蚀方法:主要是采用防腐蚀合金,即在金属中加入容易钝化的元素,使金属易于钝化(不锈钢就是具有代表性的例子),此外,也包括向腐蚀介质中加入阳极性缓蚀剂或金属进行阳极保护。(3)增强阴极极化的防蚀方法 这种方法主要包括阴极性缓释剂的使用;减少和改善合金中阴极性杂质的数量和分布;用外加电流或牺牲性阳极进行阴极保护等。70 防蚀涂层
19、的保护机理:a 屏蔽作用 b 电化学保护作用 c 缓蚀作用 71 表面预处理 :表面加工前,对材料及其制品进行的机械、化学或电化学处理,使表面呈净化、粗化或钝化状态,以便进行后续表面处理的过程。目的:除去材料表面附着的油污、锈蚀产物、氧化物等异物,除去毛刺、毛边,调整精整程度不适当等情况,同时增加覆层与基材的结合力,提高表层质量。工序:1) 整平 2)除油 3)除锈 4)活化 5)(电镀/离子注入/镀膜)72 机械性清理:借助机械力除去材料表面上的腐蚀产物、油污及其他各种杂物,以获得清洁表面的过程。特点:工艺简单,适应性强,清理效果好,适用于除锈(包括氧化皮和其他腐蚀物)、脱脂、除型砂、去泥土
20、和表面粗化等。 方法:磨光、抛光、喷砂、喷丸、刷光73 磨光:用粘有磨料的磨光轮或磨光带对金属表面进行磨削的过程 。作用:将金属表面上的小孔、细缝、粗糙及不平坦处磨去,成为平滑光亮的表面。磨料:(1)磨料的选择:根据工件材质、表面原始状态及磨光后的质量要求,选择磨料种类及粒度。(2)磨光速度的选择:磨光轮(或带)旋转的圆周速度与磨光效果关系密切,应根据基体的材料种类和对表面的质量要求选择磨光速度。74 喷砂目的:除锈蚀、积炭、焊渣与漆层及干燥油物;使工件表面有一定的粗糙度;除型砂、氧化皮;除毛刺或其他方向性磨痕;对切削工具进行湿喷砂,可提高使用寿命 75 化学除油:用碱液对皂化性油脂的皂化作用
21、,或利用表面活性剂对非皂化性油脂的乳化作用,除去工件表面的油脂的工艺过程。皂化作用:油脂与除油液中的碱起化学反应生成肥皂的过程叫皂化。76 影响化学除油效果的工艺因素(1)温度 温度升高, 除油速度升高。(2)搅拌溶液或翻动零件 提高除油效果。(3)方法 先热水后冷水可除净;直接冷水难除净。(4)乳化剂 加快除油过程。 (5)超声波强化除油 提高除油效率77 电镀的目的:改善基体材料的外观,赋予材料表面各种物理化学性能。电镀的特点:工艺设备简单,操作方便,加工成本低,操作温度低,污染大。78 按使用性能,电镀层可以分为三类:防护性镀层:如钢铁上的锌镀层;防护装饰性镀层:Cu+Ni+Cr, Ni
22、+Cr功能性镀层:硬铬层,导电层,激光镀79 电镀的基本原理:在分别接入直流电源正负极的两洁净铜片间,以硫酸铜溶液作为介质,就构成了一个简单的电镀铜装置。 电镀时,在外电场作用下,阳极表面金属离子失去电子,氧化成离子进入溶液;而运动到阴极表面的离子则获得电子,还原成原子,沉积在阴极表面形成镀层。80 金属电沉积过程包括以下几个基本步骤:(1)液相传质步骤(2)电化学还原步骤 (3)电结晶步骤 81 影响电镀层质量的基本因素:镀液;电镀规范;PH值及析氢;基体金属;预处理。82 金属电沉积的反应步骤:1)传质过程 :液相传质。包括:电迁移,对流,扩散。2)表面转化:金属离子在电极与界面处还原。转
23、化形式包括:脱去水化、配位数降低、配位形式改变。3)电化学步骤;4)相生成。83 电沉积合金较冶金合金的特点:、容易获得高熔点金属与低熔点金属组成的合金,如Sn-Ni合金。、可以获得热熔相图没有的合金,如-铜锡合金。、容易获得组织致密,性能优异的非晶态合金,如Ni-P合金。 、相同合金成分下,电镀合金与热熔合金相比硬度高,延展性差,如Ni-P合金,Co-P合金。合金镀层较单金属镀层的特点:、合金镀层结晶更致密,镀层更平整,光亮;、合金镀层具有单金属镀层没有的特殊物理性能,如导磁性、减磨性、钎焊性;、通过成分设计和工艺控制,可得到不同色调的金属镀层,例如银合金、彩色镀镍及仿金合金等。84 电镀的
24、实施方式:挂镀:最常用的方式,见下图。主要设备包括镀槽、电源、挂具等。滚镀:置于滚筒中,依靠零件自身的重量来接通阴极,在滚筒转动的过程中实现。刷镀:用于局部电镀,通过饱吸电解液包套的阳极与作为阴极的零件表面接触。连续电镀:用于薄板、丝材、带材的电镀。85 电刷镀技术的特点:(1)设备特点(2)镀液特点:(3)工艺特点86 电刷镀技术的应用:(1)恢复磨损零件的尺寸精度和几何精度(2)填补零件表面的划伤沟槽、压坑(3)补救加工超差产品(4)强化零件表面(5)提高零件表面导电性(6)提高零件的耐高温性能(7)改善零件表面的钎焊性(8)减小零件表面的摩擦系数(9)提高零件表面的防腐性(10)装饰零件
25、表面 87 复合电镀的主要特点如下:1)扩展了复合材料品种和性能2)在同一基质金属的复合镀层中,微粒的品种、大小和含量可以在较宽范围内调整,3)复合电镀可以获得普通电镀下得不到的镀层性能。88 复合镀层的应用:(1)装饰防护性复合镀层在工业上已经大规模应用。(2)功能性复合镀层功能性复合镀层发展活跃,前景广阔。(3)结构材料复合镀层89 纳米复合镀:在电解质溶液中溶液中加入一种或几种纳米尺度的不容性固体颗粒,并进行充分的分散,使纳米不容性固体颗粒均匀悬浮在溶液中,利用电沉积或化学沉积的原理,使金属离子被还原的同时,将纳米尺度的不容性固体颗粒均匀地弥散在金属镀层中的工艺方法。90 纳米复合镀技术
26、的特点(1)纳米复合镀仍保留原电镀、电刷镀、化学镀的优点。(2)纳米复合镀层由两类材料组成。(3)凡能稳定存在于镀液中的纳米不容性固体颗粒都可以成为纳米复合镀层的分散相。(4)在同一基质金属的纳米复合镀层中,纳 米不容性固体颗粒的成分、尺寸、含量、纯度等,对纳米复合镀层性能有不同程度的影响。(5)纳米复合镀技术的关键是制备纳米复合镀溶液。91 电镀层质量的影响因素电镀液:简单盐或者络盐镀液;主盐浓度;附加盐;添加剂。电镀规范和镀液成份:电流密度;电镀溶液浓度;搅拌;电流波形;电镀溶液PH值;添加剂。电镀过程析氢:当金属在阴极析出时,往往伴随着氢气的析出。析氢的危害:氢脆;鼓泡;空洞和麻点。92
27、 电镀的应用(1)单金属镀层:镀锌;镀铜;镀铬;镀镍;镀金等。多用于传统的防护、装饰、耐磨和导电等目的。(2)合金镀层,应用较多的有:镀铜锡合金;镀铜锌合金;镀镍铁合金;镀镍钴合金。93 化学镀与电镀的区别:化学镀无需外加电场;形状复杂的工件可以获得十分均匀的镀层;镀层致密,孔隙少,硬度高;可以适用于金属、非金属、半导体等基体的镀敷设备和器具简单,投资少;但是所用溶液的工艺维护、再生较麻烦,材料成本高。94 化学镀的工艺条件:化学镀中还原剂的电极电位要显著低于被镀金属的电极电位;镀液要有足够的稳定性和使用寿命;镀件基体表面对化学镀反应要有良好的催化活性活自催化活性;反应产物的积累不得妨碍化学镀
28、的正常进行;具有易调控镀速和镀层质量的手段或措施。95 化学镀镍的原理:化学镀镍是以次亚磷酸盐为还原剂,经自催化电化学反应而沉积出镍磷合金镀层的技术。镀镍过程由于是无电流通过的条件下进行的,又称无电解镀镍。96 化学转化膜是金属表面与溶液界面发生化学反应或电化学反应形成的薄膜 。特点 :与底材结合良好,膜层薄且结晶细腻,拥有一定的孔隙。化学转化膜的用途 :表面防护、耐磨减磨、表面装饰、特殊物理性能膜。97 磷化处理是指用含有磷酸、磷酸盐和其它化学药品的稀溶液处理金属,使金属表面发生化学反应,转变为完整的、具有中等防蚀作用的不溶性磷酸盐层。98 磷化膜的特点: 生成工艺不同,磷化膜层厚度差别很大
29、磷化膜是电的不良导体,可作为绝缘膜在大气中稳定,耐蚀性比钢的氧化膜高2-10倍磷化膜有脆性,当金属零件变形时容易剥落99 不锈钢显色机理:着色后的不锈钢并非覆盖了一层有颜色的物质,而是无色的氧化膜对光的干涉所致。 100 不锈钢表面着色方法:化学法;电化学法。101 碱性着色法特点 :利用自然成长的薄膜(不必除去钝化膜) 再生长不同厚度的氧化膜。着色液中不存在重金属的离子,对环境的污染很小。110,100102 涂料的性能及特点:(1)对机体有良好的保护作用;(2)用于装饰外观;(3)具有特殊功能的作用;(4)涂料的选材范围广、工业简单、实用性强,大部分情况下无需昂贵的涂装设备;(5)涂料工业
30、生产流程较简单,工业设备也不复杂,在同一套设备上可生产多个品种的涂料;(5)涂料的性能评价包括很多方面。103 涂料的组成:1.成膜物质2.颜料3.助剂4.溶剂104 涂料的防蚀机理大致为:(1)防止涂膜外的腐蚀介质穿透涂膜侵蚀基底;(2)依靠防锈颜料起到对腐蚀的抑制作用。105 粘结原理:粘结主要包括表面浸润、粘结剂分子向被粘物工件表面移动、扩散和浸透、胶粘剂和被粘物形成物理和机械结合等。粘结有许多理论,如浸润理论,溶解度参数理论、机械理论,吸附理论、扩散理论等。106 被粘物的表面处理:(1)溶剂(包括水)擦洗;(2)溶剂脱脂和蒸汽脱脂;(3)机械打磨,如摩擦、喷砂、喷丸等;(4)化学清洗
31、和腐蚀;(5)脱脂、机械粗化和化学处理联合使用。107 胶粘剂的应用:(1)机械工业(2)电子电器工业(3)汽车工业(4)航空宇航工业(5)纺织工业(6)木材工业(7)医疗卫生业108 表面黏涂技术特点 :a)它适用于各种不同种类和性能的材料,如金属、陶瓷、塑料、木材、橡胶等材料表面均可进行黏涂;b)通过选用功能性黏涂剂可获得各种特殊性能的黏涂层,如耐磨涂层、润滑涂层、防腐涂层、导磁涂层、隔热涂层等;c)黏涂是通过胶黏剂均匀分布于被黏涂表面,应力分布均匀,在承受振动和反复负荷作用时,涂层具有良好的抗疲劳性能; d)工艺简单,不会使零件产生受热变质和变形,可以用来修补有爆炸危险(如井下设备、贮油
32、、贮气管道)的失效零件;e)安全可靠,又无需专门设备,现场作业,节省工时,在不停产条件下就能进行施工。109 表面黏涂工艺通常包括以下几个步骤:(1)初清洗(2)预加工(3)最后清洗及活化处理(4)配胶(5)黏涂涂层(6)固化(7)修整、清理或后加工110 黏结是借助于胶黏剂在固体表面产生的黏结力将不同或同种材料连接在一起的过程111 黏结基本条件:1)胶黏剂必须是容易流动的液态物质;2)胶黏剂对被黏结表面的润湿;3)润湿过程的三种类型 黏附润湿180度 浸湿90度 铺展润湿=0或不存在;4)固体表面的润湿 表面张力越大,越易被一些液体润湿.112 表面黏涂层一般由黏料、固化剂和具有一定特性的
33、填料和辅助材料组成以有机高分子黏料为基的胶粘剂制备的黏涂层和有机高分子涂料制备的涂膜,成膜机理本质上没有区别。高分子涂层的形成过程是黏性流体通过化学方法和物理方法转变成黏弹性固体的过程。113 堆焊的特点:1)影响堆焊效果的主要因素是堆焊层的合金成分及组织性能。2)由于堆焊主要在于发挥堆焊层的特殊效果,一般都使用具有特殊成分和性能的焊接材料。3)堆焊层要尽量减少被基体金属所稀释。 114 堆焊的应用: 堆焊主要用于零件的制造和修复两个方面。115 造成脆化的主要原因:1)粗晶脆化 晶粒长大2)析出脆化 中间相析出3)组织脆化 马氏体、贝氏体、粗大魏氏组织4)应变实效脆化 局部应变、塑性变形11
34、6 热裂纹防止措施: 1、冶金因素方面:1)控制硫、磷、等有害杂质的含量2)向焊缝中加入细化晶粒的元素2、工艺方面 :合理的焊接规范,进行预热缓冷选择合理的接头形式,采用多层焊注意焊接次序117 冷裂纹的防治措施 :消除一切氢的来源、改善组织、尽可能降低拘束应力118 热喷涂的基本过程:1)通过热源加热使喷涂材料称为液态或熔融态;2)通过气流或焰流使液态或熔融态材料细化成熔滴;3)液态或熔融态颗粒获得一定速度后喷涂到基体材料上形成涂层。119 热喷涂原理:热喷涂是采用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化,然后用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。120 热喷涂技术的
35、特点:优点:可在各种基体上制备各种材质的涂层。基体温度低。操作灵活。涂层厚度范围宽。缺点:热喷涂技术的局限性主要体现在热效率低,材料利用率低、浪费大和涂层与基体结合强度较低三个方面。121 提高涂层结合强度的措施:1)采用表面活化物质以改善液固界面的润湿性;2)保持基材表面的清洁与活性;3)提高熔滴的飞行速度和动能;4)对基材表面进行喷丸等粗糙化处理,增加覆层的结合强度;5)尽量延长熔滴撞击到基材表面后液态的停留时间;6)基材表面在瞬间、微区内的熔融,有利于提高结合强度;7)采用过渡涂层 ;8)降低残余应力;9)在涂层中加入稀土元素;10)优化工艺参数122 热喷焊特点有:(1)热喷焊层组织致
36、密,冶金缺陷很少,与基材为冶金结合,结合强度高.(2)热喷焊材料必须与基材相匹配,喷焊材料和基材范围比热喷涂窄得多。 (3)热喷焊工艺中基材变形比热喷涂大得多。 (4)热喷焊层的成分与喷焊材料的原始成分会有一定差别。123 搪瓷是将玻璃质瓷釉涂敷在金属基材表面,经高温烧结,瓷釉与金属之间发生物理化学反应而牢固结合,在整体上有金属的力学强度,表面有玻璃的耐蚀、耐热、耐磨、易洁和装饰等特性的一种涂层材料。124 烧成是将涂浆的干燥的制品,加热至瓷釉熔融温度,冷却后获得光洁平整的玻璃状瓷面的过程。125 摩擦化学边界膜主要在边界润滑状态下生成,是添加剂在摩擦过程中与金属表面发生摩擦化学反应,在摩擦表
37、面形成一层反应膜。 126 表面形变强化的原理: 通过机械手段(滚压、内挤压、和喷丸)在金属表面产生压缩变形,使表面形成形变硬化层,深度可达0.51.5mm。在此层形成两种变化:.组织结构上,亚晶粒极大细化,位错密度增加,晶格畸变增大;.形成高的宏观残余应力,这种表面形貌和组织结构的变化,有效的提高了金属表面强度、耐应力腐蚀性能和疲劳强度。127 表面淬火技术的原理: 采用特殊热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3或者Ac1以上,然后使其快速冷却并发生马氏体转变,形成表面强化层的工艺过程。实际上,不仅仅是钢铁,凡是能通过整体淬火强化的金属材料,原则上都可以进行表面淬火。128 分类:依据表面淬火的
38、热源不同,可将其分为:感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、激光淬火、电子束淬火、电阻加热表面淬火、浴炉加热表面淬火 、电解液加热表面淬火等。129 表面淬火技术与常规淬火技术的区别: 、表面淬火的加热速度快使奥氏体转变温度提高。、快速加热条件下渗碳体难以充分溶解,形成的奥氏体成分相当不均匀。、快速加热将使奥氏体晶粒显著细化。130 等离子淬火原理:等离子弧表面淬火属于一种利用高能流密度对材料进行表面热处理的方法,与激光淬火类似。它以等离子作为热源对工件表面进行加热,使被加热部位的温度在很短时间内达到相变温度以上,然后靠工件自身冷却和相变获得所需组织,从而获得良好的表面耐磨性。131 表面化学热
39、处理的基本原理:表面化学热处理是将工件置于某种化学介质中,通过加热、保温和冷却使介质中某些元素渗入工件表层以改变工件的化学成分和组织,从而使其表面具有与心部不同性能的热处理方法,又叫热扩渗或热渗渡。132 热渗镀包括四个基本过程:介质中发生化学反应,提供界面反应所需反应物;反应物通过扩散运至金属表面,称为外扩散;反应物中的某些粒子被金属表面吸附,并发生界面反应;界面反应产生的活性原子为金属表面吸附并向纵深迁移,达到一定的深度,称为内扩散。 133 表面化学热处理渗层的形成条件: 必须能与基体金属形成固溶体成金属间化合物; 渗入元素与基体金属必须保持紧密的接触,或者说渗入元素可以在界面被吸附;
40、必须保持一定的温度,即使原子获得足够的扩散动力;生成活性原子的化学反应必须满足一定的热力学条件。134 热扩渗速度的影响因素:化学反应速度:反应物浓度、温度、活化剂。扩散速度:影响扩散速率的主要因素有温度、晶体结构、晶体缺陷、基体台金成分、渗剂原子浓度等。135 离子渗碳 的特点:l)不使晶界氧化。等离子渗碳工件在真空中加热,而且工作气中不合O2和H2O,所以不会发生晶界氧化。2)表面渗碳量容易控制。表面渗碳层深度、碳浓度和晶粒大小对工件和机械性能有重大影响,因此必须严格控制。采用丙烷等离子渗碳可通过气体流量和等离子体中C3H8分压的高精度控制来控制表面渗碳量。3)多次循环处理形成复合硬化层。
41、与气体渗碳相比,等离子渗碳可以迅速更换渗碳室的反应气,因此为达到“先渗碳后氮化”或“先氮化后渗碳”的表面硬化目标,可以对连续的多循环处理进行程序控制。136 等离子渗碳的应用 :1)用等离子渗碳代替气体渗碳;2)等离子高浓度渗碳;3) 难渗材料的等离于渗碳 ; 4)高熔点金属的等离子渗碳;5)热喷涂层的等离子渗碳 。137 稀土催渗技术:渗剂中加入稀土元素能提高气体渗碳、离子渗氮、渗硼、渗金属等渗速,降低渗入温度。138 高能束表面改性技术是指将具有高能量密度的能量源,施加到材料表面,使之发生物理、化学变化,获得特殊性能的方法。它具有以下特点:(1)能量作用在一定的范围和深度,可对工件表面进行
42、选择性的表面处理,能量利用率高。(2)加热速度快,工件表面至内部温度梯度大,可以很快的速度自冷淬火。(3)工件变形小,生产效率高。139 激光表面淬火是将激光束照射到工件表面,使工件迅速升到钢的临界点以上,然后停止或移开激光束。热量从工件表面向基体内部快速传导,表面得以急速冷却,实现自冷淬火。140 激光淬火特点:(1)表面硬化层硬度高,耐磨性好;(2)工件变形极小,特别适合于长件、薄件及精细零件的表面强化;(3)运用适当的光学装置,可对其它方法难以处理的工件局部表面如沟槽、孔腔的侧面等进行表面处理;(4)可仅对工件的关键部位作局部处理,大大节省能源;(5)实行自冷淬火,无需淬火液,无公害,劳
43、动条件好。141 离子注入的原理:离子注入是把某种元素的原子电离成离子,并使其在几十至几百千伏的电压下进行加速,在获得较高速度后射入置于真空靶室中的工件表面的一种离子束技术。在离子轰击材料表面所引起的各种效应中,溅射镀膜和离子镀利用的是低能离子的溅射和清洗、混合、增强扩散等效应,而离子注入利用的是高能离子注入等效应。142 离子注入的特点:(1)溶质原子靠高能量撞进金属晶格内,因而它不受热力学平衡条件的限制,原则上任何元素都可以注入任何基体金属中;(2)注入是一个无热的过程,可以在室温或低温下进行,不会引起零件的受热变形,注入是在真空中进行的,极少发生氧化,因而可用作精密零件的最后工序;(3)
44、注入原子在注入合金层中的分布可用理论计算得到,或用离子束背放射和核反应分挤等实验测定。注入离子的浓度和深度可分别用注入积分剂量和注入电压来控制。(4)注入原子与基体金属之间没有界面,因而注入层不会有剥落问题。143 离子注入的应用:离子注入材料表面改性在工业上的应用,例如,离子注入使某些刀具、模量的寿命延长数倍。注入使钛合金人工关节的磨损速率下降到近千分之一。离子注入使航空精密轴承的抗蚀等性能得到显著改善,从而延长其使用寿命。144 薄膜的生长模式可以分为外延式生长和非外延式生长两种。原子的沉积过程包含了三个过程,即气相原子的沉积或吸附,表面扩散以及体扩散过程。145 薄膜生长的三种模式(1)
45、岛状生长模式(2)层状生长模式(3)中间生长模式146 影响薄膜生长的主要因素:基体温度;镀膜真空度;蒸发速率;基材与膜材.147 物理气相沉积特点:(1)需要使用固态的或者熔化态的物质作为沉积过程 的源物质;(2)源物质要经过物理过程进入气相;(3)需要相对较低的气体压力环境:(4)在气相中及衬底表面并不发生化学反应。 148 当高能粒子(通常是由电场加速的正离子)冲击固体表面时,固体表面的原子、分子与这些高能粒子交换动能,从而由固体表面飞溅出来,这种现象叫做溅射。这些被溅射出来的原子带有一定的动能,并且会沿着一定的方向射向衬底,从而实现在衬底上薄膜的沉积。149 主要的溅射方法可以根据其特
46、征分为以下四种:直流溅射;射频溅射;磁控溅射;反应溅射。150 沉积薄膜的密度遵循以下规律:(1) 随着落膜厚度的增加,薄膜的密度逐渐增加并且趋于一极限位。并且,这一极限值一般仍要低于理论密度。(2) 金属薄膜的相对密度一般要高于陶瓷等化合物材料。(3) 薄膜材料中含有大量的空位和孔洞,并且还存在大量的显微空洞。151 溅射法特点:优点: 任何物质均可以溅射,尤其高熔点、低蒸气压元素和化合物; 溅射镀膜密度高,无气孔,与基材材之间的附着性好; 溅射法受到大力发展和重视的一个重要原因在于,这种方法易于保证所制备薄膜的化学成分与靶材基本一致,可用于合金薄膜的制备。缺点: 溅射设备复杂,需要真空系统
47、及高压装置; 溅射沉积速度慢。152 离子镀的特点:(1)离子镀所制备的薄膜与衬底之间具有良好的附着力,且薄膜结构致密;(2)离子镀可以提高薄膜对于复杂外形表面的覆盖能力;(3)膜层的绕射性好、沉积速度快、可镀材料广泛等优点。153 离子轰击基体产生的效果: 离子溅射清洗。 产生缺陷。 破坏表面晶体结构,改变表面形貌,增加表面粗糙度。 温度升高,轰击粒子能量大部分变成表面热。 气体渗入表面使表面成分变化。154 离子轰击对膜基界面的影响:物理混合;增强扩散;增加基体表面成核密度。155 离子轰击在膜生长中的作用:消除柱状晶;影响膜层内应力;提高材料疲劳寿命。156 多弧离子镀的几个工艺问题: 弧光蒸发源主要工艺参数的选择,主要就是源功率、放电电压和电流; 放电过程的稳压措施; 避免大颗粒液滴对膜层的喷射; 对工件施加负加偏压以提高膜的附着强度和致密度。157 离子束辅助沉积,也被称为离子束增强沉积,是指在同一真空系统中以电子束蒸发或离子束溅射沉积薄膜的同时,用几百电子伏特到几万电子伏特能量的离子束对其进行轰击,利用沉积原子和注入离子之间的一系列物理化学作用,来增强膜层与基体的结合,改善膜层质量。158 离子束辅助沉积的优点: 膜与基体的结合强度明显提高、薄膜本身的致密度也得以提高; 离子束辅助沉积中膜层的组分因为来自不同的组分
限制150内