第十章金属材料的表面处理.doc

/sundae_meng 教 案 首 页 一、章节：第十章 金属材料的表面处理 第一节 金属表面的强化处理 第二节 金属表面的防腐处理 第三节 金属表面的装饰处理 二、教学目的： 使学生了解金属表面的强化处理、金属表面的防腐处理、金属表面的装饰处理的方法和用法。 三、教学方法： 讲授与启发结合。 四、教学重点： 金属表面的方法和用法。 五、教学难点： 金属表面的方法和用法。 六、使用教具： 挂图与模型。 七、课后作业：习题集：P168 2、3、5、6。 八、课后小结： 第十章 金属材料的表面处理 对金属材料表面进行处理是提高零件使用性能和寿命的主要途径之一，常用的表面处理方法有表面强化、表面防腐和表面装饰。 第一节 金属表面强化处理 一、金属表面相变强化法 金属表面相变强化是指通过相变，改变表层组织结构，以达到强化金属表面的一种方法；金属表面相变强化的方法很多，除感应淬火等方法外，近年来又发展了高能量密度的表面强化法如电火花、激光、太阳能等表面淬火方法。 二、金属表面化学热处理强化法 金属表面化学热处理强化法是指通过改变材料表层化学成分，形成单相或多相的扩散层、化合层，以提高表层强度、硬度或改变使用性能的方法。常用的方法有渗碳和渗氮等。 三、金属表面形变强化法 金属表面形变强化法是通过喷丸、滚压、内孔挤压等方法，使金属表层产生形变硬化层和残留压应力，以提高表面疲劳强度和使用寿命。 喷丸处理是将大量钢丸，高速喷向金属表面，使其产生冷变形强化和残留压应力，达到提高工件疲劳强度的目的。喷丸强化工艺主要用于形状比较复杂，不宜用其他方法强化的零件，如板簧、螺旋弹簧、连杆、深井钻杆、齿轮、曲轴等。 四、金属表面覆盖层强化法 金属表面覆盖层强化法是指使金属表面获得特殊性能的覆盖层(如喷涂层、气相沉积层等；以提高金属表层的强度、硬度、耐磨、耐蚀和耐疲劳等性能的一种方法。覆盖层与基体金属相比具有明显不同的物理、化学和力学性能。常用的金属表面覆盖层强化法有热喷涂和表面气相沉积等。热喷涂的基本原理是将涂层材料加热熔化，以高速气流将其雾化成极细颗粒，并以高速喷射到工件表面上，形成涂层。根据需要选用不同的涂层材料，可获得耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、耐热等方面的一种或多种性能。五、金属表面复合处理强化法金属表面复合处理强化是指将两种以上表面强化工艺复合用于同一工件上，在性能上可发挥各自优点的处理方法。例如，渗氮后进行高频感应淬火，镀覆后进行热扩散等。 第二节 金属表面防腐处理 一、金属的腐蚀 金属表面与周围介质发生作用而被破坏的现象，称为金属腐蚀。例如，在潮湿空气中钢铁表面出现红褐色铁锈，铜表面出现铜绿，钢在加热时发生的氧化现象等。 根据腐蚀过程的特点，又分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 1化学腐蚀 化学腐蚀是指金属与介质发生纯化学反应引起的腐蚀。因此，在化学腐蚀中，腐蚀并不一定是连续不断进行的。有些化学腐蚀进行到一定程度后，不仅不会使腐蚀继续进行，而且所形成的表面膜(大多为氧化膜)还会起到保护金属作用。这种腐蚀到一定程度而停止进行的现象，称为钝化现象。 2电化学腐蚀 电化学腐蚀是指金属与电解质溶液产生电化学作用引起的腐蚀。当两种用导线连接的金属(如锌和铜)放在电解质溶液(如 H2SO4溶液)内，回路中电子将从低电位锌流向高电位铜，形成原电池。锌(阳极)不断失去电子，变为锌离于进入溶液，出现腐蚀，铜(阴极)受到保护。由此可见，异种金属之间存在电位差，可形成原电池，产生电化学腐蚀。二、金属腐蚀的防护方法 1正确选择零件材料，合理设计零件结构 选择零件材料应考虑工作环境中介质的性质和使用条件。例如，奥氏体不锈钢在大气、水、硝酸等介质中有耐蚀性，但在非氧化性的盐酸、稀硫酸中不耐腐蚀。 2化学处理 化学处理是指用化学方法使金属表面生成化合物保护膜，以达到防腐目的的方法。生产中常用的有以下两种： (1)发蓝处理(发黑) 将经过清洗的钢在空气水蒸气或含有NaOH、NaNO3等氧化性介质中加热至140左右，使钢表面生成一层致密的蓝色或黑色氧化膜，以改善钢的耐蚀性和外观，这种工艺称为发蓝处理(发黑)。氧化膜由Fe304组成，厚度060，8,am，结构致密、均匀。 与金屑表面结合牢固，可防大气腐蚀。发蓝处理广泛用于机械、精密仪器和枪支上的零件。 (2)磷化(磷酸盐处理) 将工件浸入磷酸盐溶液中，使其表面获得一层致密的不溶于水的灰黑色磷酸盐薄膜的工艺称为磷化。磷酸盐薄膜与金属基体结合力很强，不易剥落，它对空气润滑油、气体燃料，以及大部分气体(除H2S)有良好的抗蚀能力。为进一步提高磷化的抗蚀能力，常在磷化后进行涂油或钝化处理。磷化常用来处理螺钉、螺母等。 3电化学处理 电化学处理是指选择电极电位低的金属，安装在被保护的金属上，或用导线与被保护的金属相连。当发生电化学腐蚀时，电位低的金属(阳极)被腐蚀，被保护的金属(阴极)不会腐蚀。此法也称阴极保护法。 阳极材料一般是锌、铝、镁等活泼金属。阴极保护法常用于船体外壳、锅炉、海底设备和地下管道等。 4覆盖法 覆盖法是指在金属表面覆盖一层耐蚀材料(金属或非金屑)，以达到防腐目的的方法。(1)金属覆盖法 。金属覆盖法是将活泼性很小，有较高抗蚀能力的金属，覆盖在被保护的金属表面，以达到防腐目的的方法。常用的方法有以下几种： 电镀法 电镀是指利用电化学原理，在金属表面沉积一层耐蚀金属的方法。 热镀法 热镀法是指将金属短时间浸入熔融耐蚀的金属液中，取出冷却后，在金属表面形成覆盖层的方法。 包镀法 包镀法是指在被保护金属的全部表面放上保护板，进行热轧，依靠机械力和扩散作用使其牢固结合，获得抗蚀覆盖层的方法。 (2)非金属覆盖法 生产中常用的方法有以下几种： 涂油漆法 涂油漆可防大气腐蚀。常用的油漆有红丹漆、醇酸树脂漆、酚醛树脂漆等。为提高防腐效果，应在防锈油漆中加入钝化剂。此法操作简便，成本低，主要用于机械、桥梁、船舶等的外表面。 涂塑料法 采用浸涂、喷涂或刷涂等方法，在被保护的金属表面上形成一层塑料薄膜，可防酸、碱、盐溶液的腐蚀，防腐时间可达510年，而且在不需要这层塑料薄膜时，可立即剥除。 涂防锈油法 要求耐蚀期短时，涂矿物油；要求耐蚀期长时，涂凡士林、石蜡等混合物。 第三节 金属表面装饰处理 为使金属表面美观，并兼有防腐作用，常对金属表面进行装饰处理。常见的装饰处理方法有：美术装饰漆膜、表面抛光、表面着色、光亮装饰镀等。一、美术装饰漆膜金属表面采用美术装饰漆膜可起到保护、装饰和标志作用，在特殊场合下还能起到特殊作用，如重要设施的伪装等。二、表面抛光表面抛光是利用机械、化学、电化学作用，在抛光机或砂带磨床上进行的光整加工方法。加工时，抛光膏涂在高速旋转的软弹性抛光轮或砂带上，利用剧烈摩擦产生的高温，使加工面上形成极薄熔流层，即可将加工面上的凹凸微观不平变为光亮如镜的平面。表面抛光适于镀层表面修饰。三、表面着色表面着色是指通过特定的处理方法，使金属自身表面上产生与原来不同的色调，经抛光后表面显示平滑和富有金属光泽的工艺方法。用不同的着色工艺，可获得不同的颜色。1化学法着色将工件浸人一定配比的溶液内或用该溶液揩擦或喷涂于工件表面，使金属表面产生相应的氧化物、硫化物等有特征颜色的化合物。2热处理法着色将金属置于空气介质或其他气氛中加热到一定温度进行热处理，使金属表面形成有色氧化膜。3电化学(置换)法着色将工件置于金属盐溶液中，通过化学置换反应，使溶液中的金属离子沉积在金属表面，形成一层薄膜，达到着色目的。经着色的制品，一般仅用于室内使用的装饰性产品，如灯具、工艺品等，以及日用五金制品而不适于恶劣环境中使用