复合表面处理和高分子表面金属化技术ppt课件

第八章 复合表面处理和高分子 表面金属技术处理 过去的10多年中，在表面工程的研究领域取得了长 足的进展，主要表现在以下几个方面： （1）传统工艺的优化 （比如，电镀及化学镀、表面堆 焊、热喷涂及化学热处理）； （2）现代技术的工业化应用（比如，CVD及PVD、等离子 化学热处理、等离子喷涂及离子注入）； （3）新型混合工艺的出现（比如，等离子浸没离子注入 及等离子源离子注入）； （4）新型表面涂层材料的涌现（比如，金刚石及类金刚 石涂层）。 单一的表面处理工艺尽管能够改善工件的耐磨性、耐腐 蚀性及疲劳强度；但每一种表面处理工艺均具有自身的 优点及一定的局限性，现代机械设备的发展对零、部件 的使用性能提出了越来越高的要求，应用单一的表面处 理工艺已难以满足这些要求，在这种背景之下，第二代 表面处理工艺或称复合表面处理工艺就应运而生了。 复合表面处理就是同时使用两种或两种以上的表面 处理工艺以达到进一步强化表面性能的目的。 目前已开发的一些复合表面处理如等离子喷涂与激 光辐照复合、热喷涂与喷丸复合、化学热处理与电镀复 合、激光淬火与化学热处理复合、化学热处理与气相沉 积复合等，已经取得良好效果，有的还收到意想不到的 效果。如对渗硼层进行激光微熔处理，不仅能细化硼化 物，获得细小的共晶，而且使表层组织致密，较大幅度 提高韧性和耐磨性。 复合表面处理技术的主要作用是： 1.改善摩擦学性能 使极小磨损率与较厚耐磨层并存，增强复杂应力条件下 的摩擦学性能，从而提高材料的使用性能。 2.提高防腐蚀性能 提高材料表面的正电位，减少疏松或孔隙，覆盖住材料 表面的微观粗糙度，避免表面与基体之间产生类柱状晶 组织，使膜层厚度与耐蚀性之间达到最佳组成，从而大 幅度提高耐蚀性。 一、复合表面化学热处理 （1）例如渗钛与离子渗氮的复合热处理方法性能明显高 于单一渗钛层和单一的渗氮层。 （2）渗碳、渗氮、碳氮共渗对强度和硬度有明显效果， 但是如何同时进行渗硫处理，可以显著提高表面粘着能力 。 二、表面热处理与表面化学热处理的复合强 化处理 表面热处理与表面化学热处理的复合强 化处理在工 业上的应用实例较多： （1）液体碳氮共渗与高频感应加热表面淬火的复合强化. （2）渗碳与高频感应加热表面淬火的复合强化. （3）氧化处理与渗氮化学热处理的附复合处理工艺 （4）激光与离子渗氮复合处理 化学热处理通过向工件表面渗入所需原子并通过一定热处理 方法来改变材料表面的化学成份及性能，而其它热处理只改 变其组织状态来达到一定性能。 三、热处理与表面形变强化的复合处理工艺 （1） 普通淬火与喷丸强化复合处理. （2）复合表面热处理与喷丸处理的复合工艺. （3）表面形变处理与热处理强化工艺. 四、镀覆层与热处理的复合处理工艺 镀覆后的工件在经过适当的热处理，是镀覆层原子向基体扩 散，不仅增强镀覆层与基体的结合强度，同时也能改变表面镀 层本身的成分，防止镀层脱落并获得较高的强韧性，可提高表 面的抗擦伤和耐腐蚀能力。 五、覆盖层与表面冶金化得复合处理工艺 利用各种工艺方法现在工件的表面形成所需要的的合金元 素的镀层、涂层、沉淀层或者薄膜，然后利用激光，电子束、 电弧或者其他热处理方法使其快速熔化，形成一个符合要就的 、经过改性的表面层。 六、离子辅助涂覆（IAC） 将离子镀和贱射沉淀所应用的等离子体和气相反应物相结合， 产生一种称为等离子辅助化学气相沉淀技术，若用离子束代替 离子体来完成类似的效应称为离子辅助涂覆（IAC）。 七、激光、电子束复合气相沉淀和复合涂镀层 1.激光表面陶瓷化 2.激光增强电镀和气沉淀 激光增强电沉淀，可迅速提高沉淀速度而不发生遮蔽效应， 能改善电镀层的微观结构 八、离子注入与气相沉积复合表面改性 化学热处理薄膜复合工艺 在表面复合处理技术中，化学热处理工艺主要是对 工件进行气体氮化、离子氮化及氮碳共渗。 1氮化薄膜复合工艺 将氮化与薄膜技术结合起来对钢作表面处理，可进 一步改善材料的摩擦学性能，从而提高其承载能力。 由于氮化后的钢表面有较深的硬化层（0.3mm），具有 一定的硬度、耐磨性和残余压应力，构成了TiN、CrN等 超硬薄膜的理想支承体，其承载能力远远超过单一超硬 薄膜或氮化物层。 同时，因为增加了硬化层的总厚度，减少了从TiN、CrN 表面到钢基体之间的硬度梯度，使得材料表面的耐腐蚀 性、耐磨性、滚动接触疲劳强度和TiN、CrN层的附着性 能都大为提高。 化学热处理薄膜复合工艺 2. 氮碳共渗氧化/抛光/氧化复合工艺 氮碳共渗氧化/抛光/氧化复合工艺的处理过程包括五个 步骤： （1）工件在350左右预热，保温时间视工件而定。 （2）在570进行氮碳共渗，保温时间一般在30120分钟 。 （3）氮碳共渗后将工件立即移至380左右的氧化性盐浴 中直接保温20分钟左右。 （4）工件轻度机械抛光获得要求的表面粗糙度。 （5）再次在氧化性盐浴中浸渍20分钟左右。 氮碳共渗可使钢制零件表面形成一层1520m的相化合 物层； 随后的氧化能够在试样表面形成一层Fe3O4氧化膜，同时 增加工件的尺寸稳定性； 抛光的目的是为了降低因氮碳共渗及氧化而产生的表面 粗糙度的增加； 但抛光往往会使耐蚀性下降，因而最后再进行一次氧化 处理，以便在工件表面形成一层均匀、致密、坚实的 Fe3O4薄膜。 (a) 570 nitrocarburized + water cooled 试验还表明，复合处理的45钢耐磨性也远远超过镀 硬铬、镀锌及化学镀镍。其中镀硬铬件及镀锌件在磨损 试验过程中很短时间内便出现剥落，因此磨损十分严重 。 复合工艺处理后的工件具有氮化及氧化二层抗蚀性 很好的渗层，因此该工艺具有很好的耐蚀性。 氮碳共渗氧化/氧化/抛光复合工艺可以对各种结构钢 、工具钢、纯铁、铸铁、不锈钢及粉末冶金件进行表面 处理，用于替代渗碳淬火、高频淬火、镀硬铬、镀锌、 化学镀镍、镀锌磷化涂MoS2等处理工艺，可广泛应 用于汽车、轻纺、石油、化工、农机、煤矿、工程等机 械以及工、模具等各种耐磨、抗蚀、耐疲劳等零件。 热喷涂与其它表面技术的复合工艺 1. 等离子喷涂重熔处理 等离子喷涂得到的覆盖层（涂层）的物理机械性 能虽然高于其它喷涂方法，但却远低于堆焊所得到的机 械性能。为了改善涂层的性质，将喷涂工艺与涂层的重 熔处理相结合是一种十分有效的复合表面处理工艺。 涂层的重熔可以用等离子射流或激光束进行，这样 既保证了局部加热，又不影响整个零件的处理。 热喷涂与其它表面技术的复合工艺 1. 等离子喷涂重熔处理 在涂层重熔时，熔化的一般只是其合金中最易熔化的成 分，由于液相有助于扩散过程，熔化的结果大大提高了 涂层和基体的结合强度，消除了孔隙，增加了机械强度 。 例如，45钢基体上镍基合金重熔涂层的显微硬度可 高达淬火硬度的510倍，因而耐磨性得以显著提高。重 熔后涂层和基体表面的结合强度可提高810倍；由于涂 层的硬度提高，其疲劳强度提高2025%。 热喷涂与其它表面技术的复合工艺 1. 等离子喷涂重熔处理 这种工艺可以用来修复在大交变载荷和接触应力条件下 工作的零件，如凸轮轴、曲轴等。 第二节 高分子表面金属化技术 高分子表面金属化是利用物理或化学手段使高分子表面性质发 生改变，呈现出金属的某些性质，如导电性，磁性，有关泽性 主要主用是赋予高分子材料适合环境要求的特有性质，如电磁 ，光学，光电子学，热学和美学等于表层相关的功能特性. 一、高分子表面金属化新技术的主要工艺特点 1、基本原理和工艺过程 将一般的高分子材料如聚乙烯醇，聚丙烯腈等位主要原料 ，溶于适当的溶剂中，加入无机盐，搅拌后成共混溶液，再用 流延法浇铸在玻璃或者塑料板上，经加热后得到金属络合物的 聚合物，这种聚