表面改性课件

工程材料的表面改性一、表面改性的目的

許多破壞往往是從表面開始的，如疲勞裂紋的擴展、腐蝕或磨損造成的表面溝痕引起的應力集中，成為斷裂的根源。★承受較高的應力★擦傷、刻劃甚至犁削等作用★受到介質的侵蝕作用零件使用過程中零件表面的損傷：★提高表面的耐磨性、耐蝕性、耐熱性；表面改性的目的：★防止或減輕表面損傷；★提高零件的可靠性和使用壽命；★提高零件的裝飾性；★或改變表面的電、磁性能等；二、表面淬火原理：表層快速加熱奧化→快冷→馬氏體，心部不變。效果：表硬內韌（軟），表面硬度、耐磨性↑↑。常用工藝：★感應加熱表面淬★火焰加熱表面淬火★電接觸加熱淬火★鐳射和電子束加熱表面淬火。感應加熱表面淬火示意圖火焰加熱表面淬火示意圖機床導軌電接觸加熱淬火示意圖三、表面化學熱處理原理：滲入元素：基本過程：滲劑(固、液)分解→(活性原子)表面吸收→(向內)擴散。★

間隙原子C、N、B，滲速快；主要提高表面硬度、耐磨性(優於表面淬火)。★置換原子Cr、Al、Si等，滲速慢；主要提高表面的物、化性質。通過滲入某些元素改變表層成分、改變表層組織。(1)鋼的滲碳[C]→表層工藝：鋼件滲碳介質Ac3以上保溫表面含碳0.8～1.2％滲層達0.5～2mm淬火回火表層組織：高碳回火馬氏體+碳化物+少量殘餘奧氏體零件性能：

表層很高的硬度和強度，心部仍保持低碳鋼的高韌性及高塑性。氣體滲碳：充入含碳氣體，如丙烷、天然氣；

滴入碳氫化合物的有機液體，如煤油、丙酮等。常用方法：固體滲碳：木炭+碳酸鹽，如NaCO3滲碳溫度：900～930℃平均滲碳速度：0.15～0.2mm/h氣體滲碳的特點：★使用簡單，生產率高，勞動條件好；★滲碳過程易控制，滲碳品質好。氣體滲碳示意圖滲碳的應用：承受衝擊且表面耐磨的重要零件，如重載齒輪、活塞銷、凸輪軸等。(2)滲氮(氮化)[N]→鋼表層工藝：氮化加熱溫度：500～600℃；表層性能：950～1100HV，耐磨耐蝕。

氮化時間：20～50h；氮化物層厚度：0.3～0.5mm。滲氮特點：溫度低、變形很小；工藝複雜、週期長成本高。滲氮的應用：要求高耐磨性、高精度零件；要求抗熱、抗蝕耐磨件.(3)碳氮共滲和氮碳共滲[C]與[N]→表層碳氮共滲：830～850℃1～3h，以滲碳為主，需要淬、回火，耐磨性優於滲碳。氮碳共滲：500～570℃數h，可不再熱處理，抗咬合、擦傷，抗疲勞；如發動機氣缸、精密絲杠、閥杆等。

多用於模具、量具及耐磨零件（汽車齒輪、曲軸等）。四、表面形變強化原理：僅表面塑性變形→加工硬化並產生內應力→表面強度↑，疲勞強度↑↑。常用方法：噴丸、滾壓、內孔擠壓。應用：重要彈簧，齒輪；飛機結構件等。五、表面塗覆層目的：高耐熱、耐蝕和耐磨性等，特殊理化性能或裝飾性等。(1)金屬沉積覆層電鍍與化學鍍：鍍Cr、Ni等，美觀、耐磨耐蝕。

浸鍍：鍍Zn、Sn，一般防銹。氣相沉積：表面沉積TiC、TiN（金黃色）等。鹽浴塗覆碳化物（TD法）：表面形成硬化物層。(2)金屬噴塗覆層法金屬等熔融粉末噴射工件表面形成覆層。方法：火焰噴塗等離子噴塗電弧噴塗爆炸噴塗目的：以提高表面耐腐蝕性、耐熱性和耐磨性等，也可用於修復、裝飾、隔熱、絕緣等陽極氧化：Al合金表面形成氧化膜，美觀耐磨。不銹鋼著色：表面氧化物膜厚度不同的顏色不同。非金屬塗覆和掛襯：形成非金屬表面層(有機物或無機物)，獲得特殊理、化或電性能，如陶瓷塗覆(Al2O3、Cr2O3