表面工程技术课件

表面工程技術簡介

1.表面工程技術概念

表面工程是將材料表面與基體一起作為一個系統進行設計，利用表面改性技術、表面處理技術和表面塗覆技術，使材料表面獲得材料本身沒有而又希望具有的性能的系統工程。表面工程是改善機械零件、電子電器元件基質材料表面性能的一門科學和技術。

對於機械零件，表面工程主要用於提高零件表面的耐磨性、耐蝕性、耐熱性、抗疲勞強度等力學性能，以保證現代機械在高速、高溫、高壓、重載以及強腐蝕介質工況下可靠而持續地進行；對於電子電器元件，表面工程主要用於提高元器件表面的電、磁、聲、光等特殊物理性能，以保證現代電子產品容量大、傳輸快、體積小、高轉換率、高可靠性；對於機電產品的包裝及工藝品，表面工程主要用於提高表面的耐蝕性和美觀性，以實現機電產品優異性能、藝術造型與絢麗外表的完美結合；對生物醫學材料，表面工程主要用於提高人造骨骼等人體植入物的耐磨性、耐蝕性，尤其是生物相容性，以保證患者的健康並提高生活品質。

表面工程的概念，國際上最初是由英格蘭伯明翰大學教授湯姆·貝爾（TomBell）在80年代初提出的。我國最初提出表面工程的概念的是北京裝甲兵學院徐濱士院士.

表面工程技術成為80年代世界上十大關鍵技術之一。進入90年代，其發展勢頭更猛，各國競相將表面工程列入研究發展規劃，比如:美國將其列為工程科學院向美國國會提出的2000年前要加強發展的九大科學技術專案之一;我國將一些表面技術列為若干個五年計劃的重點推廣專案.國際國內出現了表面工程研究及其技術應用的熱潮，所涉及的範圍幾乎包括了國民經濟的各個領域。2.表面技術——三大技術表面改性技術表面處理技術表面塗覆技術隨著表面工程技術的發展，又出現了複合表面工程技術和納米表面工程技術。

3.表面工程作用4.現代表面工程學科學理論基礎:表面介面理論、表面失效理論、腐蝕科學、摩擦科學等；表面工藝技術:表面改性技術,表面處理技術,表面塗覆技術,複合表面工程技術和納米表面工程技術。表面檢測技術:微觀結構,化學/物理/力學分析,幾何特徵分析,無損檢測技術等；表面工程設計:成分結構設計,複合功能設計,塗層選擇與應用設計,設備與工藝流程設計,生產車間設計等；表面工程應用:塗層特性及綜合應用,塗層材料及加工技術,品質及工藝過程控制,管理及經濟分析等。

表面工程是近代技術與經典表面工藝相結合而繁衍、發展起來的，擁有堅實的科學理論基礎，它包括塗鍍層材料與製備工藝，施塗與檢測備，表面組成與結構分析技術，表面性能測試技術、檢驗方法、標準評價，品質保證與工藝過程控制等為製造新型表面和表面層而形成工程化規模化生產的成套技術。總之，在材料表面上發生的各種技術都是表面工程的一部分。堆焊技術1堆焊的基本概念2金屬的磨損及腐蝕3堆焊材料4堆焊工藝方法5部分應用簡介1堆焊的基本概念

堆焊是為增大或恢復焊件尺寸，或使焊件表面獲得具有特殊性能的熔敷金屬而進行的焊接。堆焊可以提高零件耐磨、耐熱、耐腐蝕等性能。

堆焊的物理本質、冶金過程、熱過程等基本規律與一般焊接沒有區別，但堆焊的目的是使零件表面充分發揮堆焊合金的性能，使零件獲得更高的使用壽命。堆焊的特殊性

堆焊稀釋率：

母材金屬對熔敷金屬沖淡的程度稱為稀釋率。稀釋率用母材金屬或先前焊道的堆焊金屬在整個堆焊焊道中所占百分比來確定。

即：d=B/（B+f）

d為稀釋率；

B為母材熔化的面積；

f為熔敷金屬的面積。

堆焊合金化

所謂合金化是指把所需要的合金元素通過堆焊材料過渡到堆焊金屬中的過程，合金元素的過渡形式往往隨堆焊方法不同而異，而同一種堆焊方法也可有不同的合金過渡方式，常用的合金化方法有以下幾種：

1）焊條藥皮滲合金法；2）焊劑滲合金法；3）合金焊絲或焊帶滲合金法；4）藥芯焊絲滲合金法；5）合金粉末滲合金法。合金元素的過渡係數

實際堆焊過程中，無論採用上述哪一種合金元素的損失問題，如堆焊過程因飛濺和氧化而導致的損失等，因此，經常用合金元素的過渡係數來說明合金元素利用率的高低。合金元素的過渡係數等於它在熔敷金屬中的實際含量與它的原始含量之比。影響過渡係數的因素很多，凡是能減少氧化、蒸發、及有利於合金元素由渣向堆焊金屬中轉移的因素都可以提高過渡係數。2金屬的磨損

金屬表面的腐蝕（1）根據腐蝕機理分類；化學腐蝕電化學腐蝕物理腐蝕。（2）根據腐蝕破壞形式分類；全面腐蝕局部腐蝕（3）根據腐蝕環境分類；大氣腐蝕、電解質溶液中的腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕、溶鹽腐蝕。（1）根據腐蝕機理分類化學腐蝕電化學腐蝕物理腐蝕。①化學腐蝕化學腐蝕是指金屬表面與非電解質直接發生純化學作用而引起的破壞。其主要特點是非電解質中的氧化劑直接與金屬表面的原子相互作用而形成腐蝕產物。原子之間的傳遞是在金屬與氧化劑中直接進行的，因而沒有電流產生。金屬在乾燥的氣體介質和不導電的液體介質（如酒精、石油）中發生的腐蝕都屬於化學腐蝕。②電化學腐蝕電化學腐蝕是指金屬表面與離子導電的介質因發生電化學作用而發生的破壞。主要特點是其反應歷程可分為兩個相對獨立，並且可以同時進行的過程——陰極反應和陽極反應。在腐蝕進行過程中有腐蝕電流產生。大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕等都屬於電化學腐蝕。③物理腐蝕物理腐蝕是指金屬由於單純的物理溶解作用所引起的破壞。其特點是沒有化學反應產生，僅僅是物理溶解過程。（2）根據腐蝕破壞形式分類全面腐蝕局部腐蝕①全面腐蝕全面腐蝕是指腐蝕作用以基本相同的速度在整個金屬表面同時進行。當金屬發生全面腐蝕時，腐蝕作用均勻地分佈在整個金屬表面上。這類腐蝕雖然可以造成損害，但相對來說其危害性沒有局部腐蝕那樣嚴重。

②局部腐蝕局部腐蝕是指腐蝕作用僅發生在金屬的某一局部區域，其他部分基本沒有發生腐蝕，或金屬某一部位的腐蝕速度比其他部位的腐蝕速度快得多，呈局部破壞狀態。這類腐蝕造成的損害可能比全面腐蝕更為嚴重。局部腐蝕又有不同的類型，例如縫隙腐蝕、點腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、磨損腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞以及電偶腐蝕等。（3）根據腐蝕環境分類大氣腐蝕、電解質溶液中的腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕、溶鹽腐蝕。序號堆焊合金類型分類1鐵基堆焊合金珠光體類堆焊金屬馬氏體類堆焊金屬（普通馬氏體鋼、高速鋼、工具鋼、高鉻馬氏體不銹鋼）奧氏體類堆焊金屬（高錳奧氏體鋼、鉻錳奧氏體鋼、鉻鎳奧氏體鋼）合金鑄鐵類堆焊金屬（馬氏體合金鑄鐵、奧氏體合金鑄鐵、高鉻合金鑄鐵）2鎳基堆焊合金鎳鉻硼矽型、鎳鉻鉬鎢型、鎳銅型、鎳鉻鎢矽型、鎳鉻鋁型等3鈷基堆焊合金4銅基堆焊合金純銅、青銅、白銅、黃鋼5複合堆焊合金由鐵基、鎳基、銅基、鈷基合金與碳化鎢（鑄造碳化鎢或燒結碳化鎢）組成的複合堆焊合金6噴焊用自熔性合金鎳基、鈷基、鐵基及含碳化鎢自熔性合金堆焊合金類型各類堆焊合金的主要特性3堆焊材料的選擇在選擇堆焊金屬時，一般按下列幾個步驟進行：1）

分析工作條件，確定對堆焊金屬的要求。2）

按一般指南列出幾種可供選擇的材料。3）分析待選材料和基體材料的相容性（包括熱應力和裂紋），初步選定堆焊材料的形狀並制定初步堆焊工藝。4）進行樣品堆焊，堆焊後的工件要在模擬工作條件下經受運行試驗。5）

綜合考慮使用壽命和成本，最後選定堆焊金屬。6）

選擇堆焊方法，制定堆焊工藝。這時必須全面考慮熔敷速度、 熔敷效率、稀釋率和總的費用（包括消耗品的費用和工藝過程的費用）。堆焊金屬選用的一般規律工作條件可選用的堆焊金屬高應力金屬間磨損亞共晶鈷基合金、含金屬間化合物的鈷基合金、鎳基合金或某些鐵基合金低應力金屬間磨損堆焊用低合金鋼或銅基合金、鐵基合金金屬間磨損+腐蝕或氧化大多數鈷基或鎳基合金高應力磨料磨損高鉻馬氏體鑄鐵、碳化鎢、高錳鋼低應力磨料磨損、衝擊浸蝕、磨料浸蝕高合金鑄鐵（高硬度的馬氏體合金鑄鐵、高鉻合金鑄鐵）低應力嚴重磨料磨損碳化物氣蝕不銹鋼、鈷基合金嚴重衝擊高錳鋼嚴重衝擊+腐蝕+氧化亞共晶鈷基合金高溫下金屬間磨損亞共晶鈷基合金，含金屬間化合物鈷基合金或鎳基合金鑿削磨損奧氏體錳鋼、高鉻合金鑄鐵、馬氏體合金鑄鐵熱穩定性、高溫蠕變強度鈷基合金、含碳化物鎳基合金一些典型工件適用的堆焊合金類型

堆焊材料相關標準和規程DIN8555德國標準碳鋼，合金鋼堆焊材料標準DIN1733德國標準銅及銅合金堆焊材料採用標準DIN1736德國標準鎳及鎳合金堆焊材料採用標準DIN1732德國標準鋁及鋁合金堆焊材料採用標準DVS0945德國焊接學會規程堆焊用藥芯焊絲 （帶）及燒結焊帶

GB984—85中國標準堆焊焊條

DIN8555簡介

焊縫金屬的表示方法:

焊絲DIN8555—G1—250DIN8555-----標準號

G—氣焊,1—合金組別,250—硬度（225~275HB）焊接方法的符號表示 焊接填充材料的符號表示：

G—氣焊 GW—軋製的

E—手工電弧焊 GO—澆鑄的

MF—藥芯焊條電弧焊 GZ—拉撥的

WSG—鎢極保護氣體焊GS—燒結的

MSG—熔化極氣體保護焊GF—填充的

UP—埋弧焊。 UM—塗料藥的

焊縫性能的符號表示：P—耐衝擊C—耐腐蝕R—耐鏽G—耐磨粒磨損S—易切削K—冷加工性T—熱強性N—非磁化Z—耐高溫（>600℃）

基體金屬類型堆焊適用性碳當量Ceq≤0.4%的低、中碳鋼及低合金鋼易於堆焊，除厚大件外，一般不進行預熱和焊後熱處理碳當量Ceq≥0.4%的中、高碳鋼可以堆焊，但要焊前退火，焊接時需預熱、焊後緩冷、回火純鎳容易堆焊，但用氬弧堆焊較好鎳鉻不銹鋼0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni11Nb等鎳鉻不銹鋼易於堆焊含鈦不銹鋼1Cr8Ni9Ti等不銹鋼宜用氬弧堆焊，不宜用氧-乙炔火焰堆焊鐵素體類不銹鋼不宜採用堆焊工藝。堆焊時易引起裂紋和晶粒長大，需嚴格控制預熱溫度和層間溫度母材的可堆焊性基體金屬類型堆焊適用性馬氏體類不銹鋼不宜採用堆焊工藝。堆焊時有淬火傾向，熱處理過的零件堆焊前應退火，堆焊中要嚴格控制預熱溫度和層間溫度，焊後要立即回火高錳鋼可以堆焊。但應注意堆焊層碳、錳含量以及冷卻速度。宜斷續焊，堆焊後需做水韌處理鎳基合金易堆焊。但堆焊前要預熱，堆焊後應消除應力退火工具鋼、模具鋼經熱處理的工具、模具堆焊前應退火，堆焊時預熱，並要特別注意層間溫度的控制。堆焊後應立即退火鑄鐵對於小件可用氧-乙炔火焰堆焊，焊後緩冷退火，大件堆焊時應預熱，儘量避免多層焊續表選擇堆焊方法時需要考慮以下因素：

（1）堆焊層的性能要求（2）堆焊件的結構特點、冶金特點（3）堆焊材料的形狀（4）堆焊方法的特點（5）經濟性5堆焊技術應用情況

目前堆焊技術已廣泛應用於