3热处理与表面工程技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,表面工程与热处理技术,第,3,章,3.1,表面工程概述,3.2,热处理,3.3,表面工程技术方法与工艺,1,3.1,表面工程概述,应用实例,1,：,汽车轻量化铝合金表面耐磨问题突出表面耐磨涂层,火箭发动机的尾喷管内壁和燃烧室：,需承受,2000,3300,温度和巨大的热焰流冲击,3.1,表面工程概述,2,飞船或者洲际导弹的头部锥体和翼前沿：由于具有几十倍的音速，并与大气层摩擦，即所谓气动加热，其温度高达40005000：,问题：,绝大多数的金属和合金不能承受如此高的温度。,解决问题的方法：,依靠各种形式的隔热涂层、防火涂层和烧蚀涂层。,隔热防火涂层是热导率低的氧化物：氧化铝、氧化锆、氧化钍等。,烧蚀涂层：有机材料加石英纤维、陶瓷纤维或碳纤维。,应用实例,2,：,3.1,表面工程概述,3,定义：,表面工程是经,表面预处理,后，通过,表面涂覆,金属或非金属，以,改善,表面,性能,的,系统工程,。,内涵：,对产品的表面进行一系列形、色、质、光等处理，使之更加宜人、更加完美、更能满足人们多方面的使用要求，是工业设计中必不可少的重要方面。工业设计中常用的表面处理技术有涂装、电镀、氧化着色等。,1.,表面工程的定义与内涵,3.1,表面工程概述,4,磨损、腐蚀、塑性变形（,材料强度不足或过载使用,）、断裂（,韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂三种类型,）,是机械零件、工程构件的四大主要破坏形式。前二者造成经济损失占很大比重。,磨损：,按磨损机理分为磨料磨损、冲蚀磨损、粘着磨损和疲劳磨损四类。 美国国家材料政策委员会向美国国会提出的一份报告：摩擦磨损引起的损失1000亿/年；材料损失约为200亿. 1983年，前联邦德国调查，摩擦磨损损失287亿马克； 英国 摩擦磨损损失51500英镑/年；,腐蚀：,在环境及周围介质作用下，对金属材料及零件的腐蚀。美国：BATTELLE实验室和国家标准局1978年调查： 1975年腐蚀损失达820亿美元，4.9%（占国民生产总值）， 1995年腐蚀损失达3000亿美元 我国：1983年调查：400亿元/年,3.1,表面工程概述,5,腐蚀磨损均是发生于机件表面的材料流失过程，其他形式的失效过程有许多也是从表面开始,延缓和控制表面破坏,促进表面工程学的发展与形成。 表面工程学围绕腐蚀、摩擦与磨损和功能特性（声，光，磁，电的转换）三大因素，成为80年代重点发展的7项关键技术之一，形成表面工程学。,3.1,表面工程概述,6,表面工程技术日益得到重视的主要原因：,1）,社会生产、生活的需要2）,通过表面处理大幅度提高产品质量3）,节约贵重材料4）,实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题5）,良好的节能、节材效果6）,促进了新兴工业的发展,表面工程是多学科交叉，综合，复合系统为特色，逐步发展的新兴学科，以“表面” “界面”为研究核心。,3.1,表面工程概述,7,见图形树,3.1,表面工程概述,8,表面工程按照功能分类如下：,1）,表面装饰,：,不同光亮、色泽、花纹的组合，使外观精美、多样化，增加美感与耐用,2）防腐蚀,：,耐环境气氛腐蚀，耐淡水、海水腐蚀，耐化学介质浸渍腐蚀等。,3）,耐磨,：,耐腐蚀磨损、微动磨损、磨粒磨损等。,4）热功能：,耐热、抗高温氧化、热绝缘、热辐射等。,5）光、电、磁等特种功能：,反光、消光、超导、导电、绝缘、半导体、电磁屏蔽、吸波、红外反射、太阳能吸收、辐射屏蔽功能等。,2,、表面技术的分类,3.1,表面工程概述,9,3.2.1热处理概述,1、热处理概念,热处理是将材料在固态下进行加热、保温和冷却以获得所学组织与性能工艺。,3.2,热处理,3.2,热处理,10,1）定义：,热处理过程一般包括,加热、保温、冷却,几个阶段,。,加热的目的：,获得A体组织,保温的目的：,A体成分均匀化,冷却的目的：,获得预期的组织和性能。,3.2,热处理,11,2）、作用：,3.2,热处理,（,1,）,.,改善材料的加工工艺性能。,（,2,）,.,提高零件或工具的使用性能,3,）、必要条件：,（,1,）,.,材料在不同温度具有不同的晶体结构（,同素异晶性,）,（,2,）,.,固溶体中溶质的溶解度随温度发生变化，可形成,过饱和固溶体,12,4）、分类：,3.2,热处理,表面淬火,表面热处理,普通热处理,热处理,退火,淬火,回火,正火,化学热处理,火焰加热表面淬火,感应加热表面淬火,渗碳,渗氮,渗金属,13,3.2,热处理,3.2.2,钢的热处理,一、退火：,将钢加热到适当温度，保温后缓慢冷却（随炉冷或砂冷）的热处理工艺,预备热处理。,整体热处理：,退火、正火、淬火、回火,表面热处理：,表面淬火、化学热处理,14,3.2,热处理,(1),完全退火：,Ac3+,（,20-30,）,目的：,重结晶细化晶粒，改善粗大、不均匀组织；硬度改善机加性能。,特点：,周期长。,应用：,亚共析钢,/,结构钢预备热处理。,15,3.2,热处理,(2),去应力退火：,将钢加热到,Ac1,以下某一温度保温后，缓慢冷却的热处理工艺。,目的：,消除铸、锻、焊件和机加工、,冷变形过程中的残余应力。,16,2.,正火,正火是将钢加热到,AC3(,或,Accm ),以上,30-50,，保温适当的时间后，在空气中冷却的热处理工艺。,第一节 钢的热处理,17,3.2,热处理,2,、正火：,将钢加热到,Ac3,（亚共析钢）或,Accm,（过共析钢）以上,30-50,，,保温后在空气中冷却，得到,P,类,（如,S,）组织的热处理工艺。,特点：,组织尺寸,退火，,成本,退火。,18,（二）淬火,(quenching),与回火,(tempering),1,淬火,将钢加热到,AC3(,亚共析钢,),或,AC1,（过共析钢）以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度的冷速得到马氏体,(,或下贝氏体,),的热处理工艺叫淬火。 常用的淬火介质为水及水基液体。,3.2,热处理,19,2,回火,回火是将淬火后的钢加热到,A1,以下温度，保温一段时间，然后置于空气或水等介质中冷却的热处理工艺。,(1),低温回火,低温回火温度约为,l50-250,，回火组织为回火马氏体。,(2),中温回火,中温回火温度一般在,250-500,之间，回火的组织为回火托氏体。,(3),高温回火,高温回火温度约为,500-650,，回火组织为回火索氏体。,3.2,热处理,20,3.2.4,表面淬火和化学热处理,1.,概述,表面热处理是指仅对工件表面进行热处理以改变其组织和性能的工艺。,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它的表层，以改变其他化学成分，组织和性能的热处理工艺。,3.2,热处理,21,3.2 热处理,3.,化学热处理,将金属工件放人一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺叫做化学热处理。,根据渗入元素的不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗等。,2.,表面淬火,表面淬火是将工件表面快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得淬火组织的热处理方法。,(1),感应加热表面淬火法,(2),火焰加热表面淬火,22,3.3表面工程技术方法与工艺,3.3,表面工程技术方法与工艺,表面工程技术的概念和特,点,表面工程技术,又称为表面处理，它是使材料或零件表面具有特殊的成分、结构和性能（或功能）的化学、物理方法与工艺,特点：,主要作用于基材表面，对远离表面的基材内部组织与性能影响不大。,采用表面涂（镀）、表面合金化技术取代整体合金化。,表面处理兼有表面装饰和防护功能。,23,表面工程技术的方法分类,3.3,表面工程技术方法与工艺,表面防腐、保护处理,在材料表面施以覆盖层达到防腐目的。常用的有电镀、涂料涂装等。,表面装饰加工,通过对工程材料表面抛光、金属着色、光亮镀层等方法达到表面装饰的目的,24,3.3.1.电 镀,3.3,表面工程技术方法与工艺,1,、电镀的概念、目的和特点,电镀,是一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的金属覆层工艺。,是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其他惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。,目的,改善材料的外观，赋予材料表面的各种物理化学性能，如耐蚀性、装饰性、耐磨性等。,特点,具有工艺设备简单、操作方便、加工成本低、操作温度低等特点，是表面工程技术中最常用的方法。,25,电镀示意图,3.3,表面工程技术方法与工艺,26,3.3,表面工程技术方法与工艺,27,电镀黑镍系列,电镀锌系列,28,2、镀层的分类,（特性及用途）,（,1,）防护性镀层,约占,60,左右。镀种有锌、镉、锡及其合金，如锌镍、锌铁、锌锡、锌钛、镉钛、锡镍等。主要用于钢铁件在大气和其它环境中的防锈、防腐蚀。,（,2,）防护装饰性镀层,约占,30,左右。这类镀种除要求有较高的防腐蚀性外，对表面的装饰性也有较高的要求。如电镀铜镍铬、镍铬、镍镀层上镀仿金等。,3.3,表面工程技术方法与工艺,29,（3）功能性镀层,1）要求硬度和耐磨性,电镀硬铬、电镀或化学镀镍磷镀层和复合镀镍镀层。,2）要求导电性,镀银、镀金。,3）要求导磁性,镍铁、镍钴镀层。,4）要求吸热和防光反射,镀黑镍、黑铬或镀锌后黑钝化。,5）要求焊接性,镀锡、镀铅锡合金。等等 此外，按镀层与基体金属的电化学活性，可将镀层分为阳极性镀层和阴极性镀层两大类。前者对基体金属除提供机械保护外，还提供电化学保护，后者仅起机械保护作用。,3.3,表面工程技术方法与工艺,30,3,、电镀的工艺过程,1,）镀前处理,包括机械抛光、喷砂、除油、除锈、活化、预处理。不同的材料采用不同的前处理方法,2,）电镀,电镀的实施方式,（,1,）挂镀：主要适用于外形尺寸较大的零件。,（,2,）滚镀：主要适用于尺寸较小、批量较大的零件。,（,3,）刷镀：一般用于局部修复。,（,4,）连续电镀：用于线、带、板材的大批量电镀 。,3.3,表面工程技术方法与工艺,31,3）镀后处理,（1）钝化 在新镀出的镀层表面人为地形成一层致密的氧化物膜，使镀层金属与空气隔绝，以提高镀层的防护性和装饰性。（2）浸膜 在镀后的金属零件表面浸涂一层有机或无机高分子膜，以提高镀层的防护性和装饰性。（3）除氢,3.3,表面工程技术方法与工艺,32,4、常见电镀层的性质与用途,电镀层质量的基本要求,1),与基体结合力牢固，附着力好,2),镀层完善，结晶细致紧密，孔隙率小,3),具有良好的物理、化学及力学性能,4),具有符合标准的镀层厚度，而且均匀,3.3,表面工程技术方法与工艺,33,4、常见电镀层的性质与用途,1,）锌镀层,锌镀层在大气条件下对钢铁零件为阳极性镀层，经彩色钝化后，明显地提高了镀层的保护性能并改善了外观。主要用于防止钢铁零件的腐蚀，其镀层价格低廉，耐腐蚀性能优良，应用量大面广。,2,）镉镀层,镉镀层在海洋和高温大气的环境中，对钢铁零件为阳极性镀层，镀层比较稳定，耐腐蚀性强，润滑性能好，在航空及电子工业中应用较多。,3,）锡镀层,锡镀层对钢铁件为阴极性镀层。因此，只有当镀层无孔隙时才能机械地保护钢铁零件不被腐蚀。它具有较高的化学稳定性，与硫及硫化物几乎不起作用，焊接性能良好，对渗氮有屏蔽作用。,4,）铜镀层,铜镀层对锌、铁等金属为阴极性镀层，常常用于钢铁或某些塑料上作为镀铜,/,镍防护,-,装饰性镀层的底层或中间层，也可用于印刷电路、电铸模等方面。,3.3,表面工程技术方法与工艺,34,5）镍镀层,镍镀层对钢铁零件为阴极性镀层，它具有较高的硬度，抗蚀性比铜高，能耐碱，也比较能耐酸。常用于钢铁零件的镀铜/镍/铬防护-装饰性镀层的中间层及酸性镀铜前的预镀。,6）铬镀层,铬镀层对钢铁零件为阴极性镀层。它具有较高的耐热性，常温下硬度好，耐磨性好，光反射性强，被广泛用于提高零件的耐磨性、光反射性以及修复尺寸和装饰等方面。,7）银镀层,银镀层对于常用金属为阴极镀层，其导电、焊钎性能优良，化学性质稳定，主要用于电器工业中的导电部件及其焊接部位，还用于防护-装饰性镀层，如乐器、餐具、光学仪器及工艺品。,3.3,表面工程技术方法与工艺,35,镀 铬,镀铬层的性质和用途：,铬是一种微带天蓝色的银白色金属。电极电位虽然很负，但它有很强的钝化性能，在大气中很快钝化，显示出具有贵金属的性质，所以钢铁零件镀铬层是阴极镀层。铬层在大气中钝化后很稳定，能长期保持其光泽，在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐以及有机酸等腐蚀介质中非常稳定，但可溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中 。,铬镀层硬度高（,HV800,110kg/mm2,），耐磨性好，反光能力强，有较好的耐热性。在,500,以下光泽和硬度均无明显变化；温度大于,500,开始氧化变色；大于,700,时才开始变软。,由于镀铬层的优良性能，广泛用作防护,装饰性镀层体系的外表层和功能镀层。,3.3,表面工程技术方法与工艺,36,镀铬层的种类,（1）防护装饰性镀铬,防护装饰性镀铬，俗称,装饰铬,。它具有防腐蚀和外观装饰的双重作用。为达此目的在锌基或钢铁基体上必须先镀足够厚度的中间层，然后在光亮的中间镀层上镀以0.250.5M的薄层铬。例如钢基上镀铜、镍层再镀铬、低锡青铜上镀铬、多层镍上镀铬、镍铁合金镀层上镀铬等等。,37,装饰性镀铬是镀铬工艺中应用最多的。,装饰镀铬的特点是：,要求镀层光亮；镀液的覆盖能力要好，零件的主要表面上应覆盖上铬；镀层厚度薄，通常在0.250.5M之间，国内多用0.3M。为此装饰镀铬常用300400G/L的高浓度，近些年来加入稀土等添加剂，浓度可降至150200G/L，覆盖能力、电流效率明显提高，是研究开发和工业生产应用的发展方向。 防护装饰镀铬广泛用于汽车、自行车、日用五金制品、家用电器、仪器仪表、机械、船舶舱内的外露零件等。经抛光的铬层有很高的反射系数，可作反光镜。,3.3,表面工程技术方法与工艺,38,（2）镀硬铬（耐磨铬、工业镀铬）,在一定条件下沉积的铬镀层具有很高硬度和耐磨损性能，硬铬的维氏硬度达到9001200KG/MM2,铬是常用镀层中硬度最高的镀层，可提高零件的耐磨性，延长使用寿命。如工、模、量、卡具；机床、挖掘机、汽车、拖拉机主轴；切削刀具等镀硬铬。 镀硬铬可用于修复被磨损零件的尺寸公差。严格控制镀铬工艺，准确地按规定尺寸镀铬，镀后不需再进行机械加工的则称为尺寸镀铬法。,3.3,表面工程技术方法与工艺,39,（3）乳白铬镀层,在较高温度（6575）和较低电流密度下（205A/DM2）获得的乳白色的无光泽的铬称为乳白铬。镀层韧性好，硬度较低，孔隙少，裂纹少，色泽柔和，消光性能好，常用于量具、分度盘、仪器面板等镀铬。 在乳白铬上加镀光亮耐磨铬，称为双层镀铬。在飞机、船舶零件以及枪炮内腔上得到广泛应用。,（4）松孔镀铬,通常在镀硬铬之后，用化学或电化学方法将铬层的粗裂纹进一步扩宽加深，以便吸藏更多的润滑油脂，提高其耐磨性，这就叫松孔铬。松孔镀铬层应用于受重压的滑动摩擦件及耐热、抗蚀、耐磨零件，如内燃机汽缸内腔、活塞环等。,（5）黑铬,在不含硫酸根而含有其他催化剂的镀铬中，可镀取纯黑色的铬层，以氧化铬为主成分，故耐蚀性和消光性能优良，应用于航空、光学仪器、太阳能吸收板及日用品之防护装饰。,3.3,表面工程技术方法与工艺,40,镀 镍,3.3,表面工程技术方法与工艺,镍是银白色微黄色的金属，具有铁磁性，密度,8.9gcm-3,，熔点为,1453,。金属镍易溶于稀硝酸，难溶于盐酸和硫酸，在硝酸中处于钝化状态。在空气中，镍与氧作用，表面迅速生成一层极薄的钝化膜，能抵抗大气、碱和一些酸的腐蚀。镍与强碱不发生作用。,镀镍层结晶细小，容易抛光。镀镍层的孔隙率高，只有当镀层厚度超过,25m,时才基本上无孔。因此薄的镀镍层不能单独用来作为防护性镀层，而常常是通过组合镀层，如铜,/,镍,/,铬、镍,/,铜,/,镍,/,铬或双层镍、三层镍,/,铬来达到既能防护又能装饰的双重目的。,41,镀镍的应用：,可分为防护装饰性和功能性两方面。,防护装饰镀层,，镍可以镀覆在低碳钢、锌铸件、某些铝合金、铜合金等表面上，保护基体材料不受腐蚀，并通过抛光暗镍层和直接镀光亮镍的方法获得光亮的镀镍层，达到装饰的目的。 另外，也有在光亮镍镀层上镀一层金，或镀一薄层仿金镀层，并覆以透明的有机覆盖层，从而获得金色装饰层，或在光亮镍镀层上浸、喷仿金涂料，或经化学或电化学处理得到各种色调的转化膜层、多彩色调的金属镀层、涂层。 近十年来得到很快的发展和应用。镀镍层作为防护装饰镀层，广泛的应用在自行车、缝纫机、钟表、家用电器、日用五金制品、仪表、汽车、摩托车、照相机等的零部件上。,3.3,表面工程技术方法与工艺,42,功能性镍镀层：,如修复被磨损、被腐蚀的零件，采用刷镀技术进行局部电镀。采用电铸工艺，用来制造印刷行业的电铸版、唱片模以及其它模具。 厚的镀镍层具有良好的耐磨性，可作为耐磨镀层。尤其是近几年来发展了复合电镀，可沉积出夹有耐磨微粒的复合镍镀层，其硬度和耐磨性比镀镍层更高。若以石墨或氟化石墨作为分散微粒，则获得的镍-石墨或镍-氟化石墨复合镀层就具有很好的自润滑性，可用作为润滑镀层。 黑镍镀层作为光学仪器的镀覆或装饰镀覆层亦都有着广泛的应用。,3.3,表面工程技术方法与工艺,43,镀 银,3.3,表面工程技术方法与工艺,银是一种白色光亮、可锻及可塑的金属。对常用金属而言，它是阴极性镀层。为此在镀银前必须要,进行预镀,。,银具有优良的导热性、电导率；易于抛光，有优良的反光性能；焊接性能和结合强度良好。故在电子工业、通讯设备、仪器仪表、飞机、光学仪器以及高频元件和波导等方面得到广泛的应用。,银在碱液和某些有机酸中十分稳定；除硝酸外，在其它酸中也比较稳定；对水和大气中的氧不起作用。因而在装饰件、餐具、徽章等工艺品方面得到应用。,银在含有氯化物和硫化物的空气中，表面会很快变色并失去反光能力，而且严重地影响镀层的焊接性能和导电性，因而镀银后一般都要进行,镀后处理,，并进行镀银后的防变色处理以隔绝银层直接接触有害的介质。对电气性能要求高，又与绝缘材料直接接触的零件，采用镀银层要慎重，因为银原子会沿材料表面滑移和向内部渗透，所以会降低绝缘材料的性能，在潮湿大气中易产生,“银须”,造成短路，故镀银层不宜用于印刷电路板上电镀。,44,5、塑料及其它非金属电镀,随着塑料在日用品中的日益普及，塑料电镀越来越受到人们的青睐。塑料电镀的方法有湿法电镀、真空喷镀,(,涂,),及离子浅射镀等，其中，湿法电镀以其良好的结合力、耐蚀和耐热性而得到广泛应用。,3.3,表面工程技术方法与工艺,45,工艺流程,以常见的ABS塑料电镀为例，其工艺流程如下：,1）去应力,塑件注射后均存在应力，可用冰醋酸浸泡塑件测定内应力。,2）脱脂,为了保证粗化时对溶液的均匀接触，需要将塑件上的油脂通过有机溶剂除油或化学除油方式去除掉。,3）粗化,一般通过采用高铬酸溶液将塑件表面粗化，使塑件表面由憎水变为亲水，增加表面与镀层间的结合力。,4）敏化,将粗化后的塑件放入含有敏化剂的溶液中浸渍，使表面吸附一层容易氧化的物质，以便在活化时被“氧化”，在表面形成“活化层”或“催化层”。敏化质量对塑件电镀效果是关键因素,3.3,表面工程技术方法与工艺,46,5）活化,活化液中进行活化的目的是在塑件表面产生有催化活性的贵金属薄层，如AG等材质。,6）还原,活化清洗后要还原处理，提高表面活性，加快沉积，同时去除残留在表面的活化液，防止带入化学镀液中引起分解。,7）化学镀,在塑件电镀前要形成导电性良好的金属镀层，镀层均匀，连续性好，保证电流可以形成回路，保证电镀进行。如化学镀铜。,8）电镀,一般采用铜、镍、铬三种金属复合电镀在塑件表面，形成表面装饰层。,3.3,表面工程技术方法与工艺,47,3.3.2化学镀,化学镀,化学镀是指在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在基体表面，形成镀层的一种表面加工方法。,是在无电流通过（无外界动力）时，借助还原剂在同一溶液中发生氧化还原作用，从而使金属离子还原沉积在零件表面上的一种镀覆方法。,所以化学镀可以叙述为一种用以沉积金属的、可控制的、自催化的化学还原过程。,3.3,表面工程技术方法与工艺,48,随着工业的发展和科技进步，化学镀已成为一种具有很大发展前途的工艺技术，同其它镀覆方法比较，化学镀具有如下,特点：,（1）均镀能力和深镀能力好，可在形状复杂的镀件表面产生均匀厚度的镀层。无论零件的几何形状如何复杂，凡能接触到溶液的地方都能获得厚度均匀的镀层；对于自催化的化学镀来说，可以获得较大厚度的镀层，甚至可以电铸； （2）无需电源，设备简单、操作容易，适合于金属与非金属镀件（金属、半导体和非导体等各种材料制成的零件上镀覆金属)。 （3）镀层致密晶粒细，孔隙少，力学性能、物理性能和化学性能优良。镀层往往具有特殊的化学、机械或磁性能。 化学镀的缺点是溶液稳定性较差，溶液维护、调整和再生等比较麻烦，成本比电镀高；镀层常显示出较大的脆性。,3.3,表面工程技术方法与工艺,49,化学镀镍,用,次磷酸钠作还原剂,获得的镀层实际上是镍磷合金。依含磷量不同可分为低磷（1%4%）、中磷（4%10%）和高磷（10%12%）。从不同PH值的镀液中可获得不同含磷量的镀层，在弱酸性液（PH=45）中可获得中磷和高磷合金；从弱碱性液（PH=810）中可获得低磷和中磷合金。含磷为8%以上的NI-P合金是一种,非晶态镀层,。因无晶界所以抗腐性能特别优良。经过热处理（300400）变成非晶态与晶态的混合物时硬度可高达HV=1155；化学复合镀层硬度更高，如NI-P-SIC，镀态HV=700，350热处理后可达到HV=1300。 非晶态合金是开发新材料的方向，现已成为工程学科的一大热门。 化学镀镍层以其高耐蚀、高耐磨、高均匀性、兼有防腐、装饰及机能方面的作用，故用途十分广泛，诸如电子和计算机、化学和化工、机械、航空航天、石油和天然气、汽车、食品加工、医药和纺织等工业部门。,3.3,表面工程技术方法与工艺,50,化学镀铜,在化学镀中，化学镀铜是十分重要的镀种。随着电子工业的发展，特别是电子计算机，电子通讯设备，以及家用电器的高速发展，双面和多层印刷电路板的需求量很大。而印刷板电路连接孔金属化，从导电性、可焊性、镀层韧性和经济性等综合要求来说，非铜莫属。另外其它非金属材料（如塑料、陶瓷等），化学镀铜应用亦很广泛。今后，非金属材料的金属化方面，化学镀铜应用亦很广泛，用量约占90%以上。 化学镀铜液一般由铜盐、络合剂、还原剂和稳定剂组成。,3.3,表面工程技术方法与工艺,51,3.3.3涂料与涂装,涂装,即指对金属和非金属表面覆盖保护层或装饰层,涂料,是涂于物体表面能形成具有保护、装饰或特殊性能,(,如绝缘、导电、示温、隐身等,),的固态涂膜的一类液体或固体材料之总称 。,早期大多以植物油为主要原料，故有,“油漆”,之称。现合成树脂已大部或全部取代了植物油，故称为,“涂料”。,在具体的涂料品种名称中可用“漆”字表示“涂料”，如调合漆、厚漆等。,3.3,表面工程技术方法与工艺,52,1、涂料的功能,（1）保护作用 防止物体表面受到气候腐蚀、化学腐蚀以及日光照射而起变化； 防止或减少物体表面直接受到摩擦和冲击。 （2）装饰作用 增加物体表面美观 （3）标志作用 （4）特殊功能,3.3,表面工程技术方法与工艺,53,2、涂料的组成 及分类,（1）组成,1）基料,组成涂料的基础组分，是涂料中能独立形成有一定强度的、连续的固体薄膜的物质。,以有机物为主，无机物品种有限。,依其成膜前后结构的变化分为,转化型和非转化型,两,类。依其来源分为,天然和合成,两类。依其组成有,低分子化合物（含有一定数量的活性基团）、低分子量聚合物和高分子量聚合物,三类。,3.3,表面工程技术方法与工艺,54,中国国家标准按涂料成膜物质，将涂料分为17类：,（1）油脂；（2）天然树脂；（3）酚醛树脂；（4）沥青；（5）醇酸树脂；（6）氨基树脂；（7）硝基纤维素；（8）其他纤维素；（9）过氯乙烯树脂；（10）烯烃树脂；（11）丙烯酸树脂；（12）聚酯树脂；（13）环氧树脂；（14）聚氨基甲酸酯；（15）元素有机物；（16）橡胶；（17）其他。涂料成膜物质对涂料性能起主导作用。,3.3,表面工程技术方法与工艺,55,2）颜料,也是涂膜的组成部分，因它不能离开主要成膜物质而单独构成涂膜，故称为,次要成膜物质。,它在涂料中的,主要作用是,使涂膜具有所需要的各种色彩和一定的遮盖力，对涂膜的性能也有一定影响。颜料是起漆膜构色、增强抗紫外、耐老化等作用。,3.3,表面工程技术方法与工艺,56,3）助剂,也称,辅助成膜物质,。,主要的作用,是改善涂料及涂膜的某些性能，涂料中加入二甲苯、松节油、丙酮、乙醇类溶剂，是为了降低涂料的粘度，易于施工虽然一般用量很小，但对涂料性能却有显著影响，特别是对水性涂料尤为显著。,4）溶剂(或水),也是,辅助成膜物质,。,主要的作用,是调节涂料的黏度及固体含量。,3.3,表面工程技术方法与工艺,57,（2）分类,（1）,按涂料的形态分类和命名,固态涂料、液态涂料 （2）,按涂料的成膜机理分类和命名,非转化型涂料、转化型涂料 （3）,按涂料的施工方法分类和命名,刷涂涂料、辊涂涂料、喷涂涂料、浸涂涂料、淋涂涂料、电泳涂料,（4）,按涂料的干燥方式分类和命名,常温干燥涂料、加热干燥涂料、湿固化涂料、蒸汽固化涂料、辐射能固化涂料,（5）,按涂料的使用层次分类和命名,底漆、腻子、面漆,（6）,按涂料的涂膜外观分类和命名：,物理成膜方式,溶剂或分散介质的挥发成膜,、,聚合物粒子凝聚成膜,化学成膜方式,氧化聚合型、缩合反应型,3.3,表面工程技术方法与工艺,58,（3）命名,由于涂料品种多，各行各业的用漆者以及造漆者都按自己的习惯分类与称呼各种涂料，造成长期以来涂料的分类不一。给学习、使用与科研带来不便。为了推行标准化，我国原石油化学工业部综合了各种分类方法，制定了统一的涂料分类法，并于一九七五年10月以HG28975部标准形式公布。,标准规定,涂料分类是以油漆漆基中主要成膜物质为基础，若成膜物质为混合树脂，则按在漆膜中起主要作用的一种树脂为基础。 成膜物质分为十七类。 部标准中规定的涂料命名原则如下：,涂料命名=颜色或颜料名称+成膜物质名称+基本名称,。,3.3,表面工程技术方法与工艺,59,3、涂装工艺,其重要性在于是否能得到合乎质量要求的漆膜，这与正确选择涂料品种，制定正确的涂装工艺和施工方法。稀释剂的合理选择，合适的材料表面热处理、正确的涂装工艺参数。,涂装工艺的一般工序是：,涂前表面预处理- 涂装- 干燥固化,3.3,表面工程技术方法与工艺,60,3.3.4热浸镀,将工件浸在熔融的液态金属中，在工件表面发生一系列物理和化学反应，取出冷却后表面形成所需的金属镀层。,1热浸镀工艺,熔剂法工艺流程为：预镀件碱洗水洗酸洗水洗熔剂处理热浸镀镀后处理成品 保护气体还原法,2热浸镀层的种类,常用的镀层金属是低熔点金属及其合金，如锡、锌、铝、铅、A1SN、AL-SI、PBSN。,3、热浸镀锌,3.3,表面工程技术方法与工艺,61,3.3.5热喷涂,热喷涂,是利用专用设备把固体材料加热到熔化或半熔化状态，并加速喷射到基体表面上，从而形成一种特制薄层以提高基体的表面性能。,热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。,3.3,表面工程技术方法与工艺,62,3.3,表面工程技术方法与工艺,63,1、热源：,火焰、电弧、等离子热源、爆炸热源和激光热源等。,2、热喷涂的材料：,金属、合金、陶瓷、塑料、尼龙等。,3、基体：,金属、陶瓷、玻璃、石膏、木材、布、纸等固体材料。,4、工艺过程：,加热熔化、熔滴雾化、粒子飞行、撞击基体、冷却凝固形成涂层。,3.3,表面工程技术方法与工艺,64,热喷涂的优点,（1）基体温度低，不变形、不弱化。（2）喷涂尺寸不受限制。（3）喷涂厚度可以控制。（4）效率高。（与电镀相比较）（5）可赋予普通材料以特殊的表面性能。,存在问题,（1）结合力低。（2）孔隙率高。（3）均匀性较差。,3.3,表面工程技术方法与工艺,65,3.3,表面工程技术方法与工艺,66,3.3.6高能束技术,高能束技术,-,高能束技术是采用激光束、离子束、电子束对材料表面进行改姓或合金化的级数。,3.3,表面工程技术方法与工艺,67,3.3.7化学转化膜技术,化学转化膜：,通过化学或电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物膜层的技术。,主要内容：,氧化膜或发蓝、磷酸盐膜、铬酸盐膜、草酸盐膜、阳极氧化膜、溶胶,-,凝胶等。,一般原理 ：,使某种金属与某种特定的腐蚀液相接触，在一定条件下两者发生化学反应，在金属表面上形成一层附着力良好的、难溶的生成物膜层。,3.3,表面工程技术方法与工艺,68,作用： 保护基体金属不受水和其它腐蚀介质的影响 提高有机涂膜的附着性和耐老化性 能赋予表面其它性能。,3.3,表面工程技术方法与工艺,69,本章学习指南,本章重点是钢材的热处理，热处理的目的是改变钢的内部组织，从而得到所需工件的性能。需要注意的是不仅钢材可以热处理，不同金属材料、非金属材料都可以进行热处理。热处理后材料的组织不同，所获得的性能也不同。由于热处理只是通过加热、保温和适当的冷却完成，所以热处理是改善材料性能既经济、又简便的工艺方法。,了解材料热处理后的组织变化，需要学习材料学基础知识。掌握热处理工艺知识会对后续材料的成形与加工提供方便。建议读者认真学习掌握热处理原理，了解各种热处理工艺的特点、用途，比较其异同，并在后续章节中加以利用。,与热处理工艺相比，表面工程技术所涉及的内容更宽，用途更广泛。学习表面工程技术的关键是了解经表面预处理后，基体材料的表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理是如何实现的，以及怎样才能改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分和组织结构，以获得所需要表面性能。,表面工程技术与热处理技术是相互交叉、相互渗透的，可以将表面工程技术看成表面热处理技术的延伸与扩展。本章所介绍表面工程技术内容主要用于拓宽读者的知识面。如需深入了解，建议学习参考文献提供的参考书目和有关文献。,本章学习指南,70,