復(fù)合表面處理辦法

復(fù)合表面處理辦法2（4）新型表面涂層材料的涌現(xiàn)（比如，金剛石及類金剛石涂層）。單一的表面處理工藝盡管能夠改善工件的耐磨性、耐腐蝕性及疲勞強(qiáng)度；但每一種表性，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的發(fā)展對(duì)零、部件的使用性能提出了越來(lái)越高的要求，應(yīng)用單一的表面處理工藝已難以滿足這些要求，在這種背景之下，第二代表面處理工藝或稱復(fù)合表面處理工藝就應(yīng)運(yùn)而生了。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

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復(fù)合表面處理就是同時(shí)使用兩種或兩種以上的表面處理工藝以達(dá)到進(jìn)一步強(qiáng)化表面性能目的。目前已開(kāi)發(fā)的一些復(fù)合表面處理如等離噴涂與激光輻照復(fù)合、熱噴涂與噴丸復(fù)合、化熱處理與電鍍復(fù)合、激光淬火與化學(xué)熱處理復(fù)合、化學(xué)熱處理與氣相沉積復(fù)合等，已經(jīng)取得良效果，有的還收到意想不到的效果。如對(duì)滲硼進(jìn)行激光微熔處理，不僅能細(xì)化硼化物，獲得小的共晶，而且使表層組織致密，較大幅度提韌性和耐磨性。

第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

4復(fù)合表面處理技術(shù)的主要作用是：改善摩擦學(xué)性能使極小磨損率與較厚耐磨層并存，增強(qiáng)復(fù)雜應(yīng)力條件下的摩擦學(xué)性能，從而提高材料的使用性能。提高防腐蝕性能提高材料表面的正電位，減少疏松或孔隙，覆蓋住材料表面的微觀粗糙度，避免表面與基體之間產(chǎn)生類柱狀晶組織，使膜層厚度與耐蝕性之間達(dá)到最佳組成，從而大幅度提高耐蝕性。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

5增加表面裝飾性材料耐磨性和耐蝕性的有機(jī)結(jié)合增加了材料表面層的持久性和多色澤的組合，達(dá)到理想的裝飾性效果。改進(jìn)施工工藝性用作塑料金屬化處理（表面導(dǎo)電性處理）、印刷電路板制作，油漆底層等，增強(qiáng)表面處理層的附著性和工藝效果（如導(dǎo)電性好，結(jié)合強(qiáng)度高，油漆表面光澤，漆膜耐蝕性強(qiáng)等）。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

6根據(jù)兩種單一工藝之間的相互作用以及其對(duì)復(fù)合涂層綜合性能的相對(duì)貢獻(xiàn)，復(fù)合表面處理工藝大致可以分為兩類：（1）兩種單一工藝互補(bǔ)，綜合性能由兩者共同產(chǎn)生；（2）一種工藝遞補(bǔ)或增強(qiáng)另一種工藝，即作為前處理或后處理工藝，其綜合性能主要與其中一種工藝有關(guān)。滲氮鋼的PVD處理是第一類工藝的典型代表；而噴涂涂層的電子束表面重熔則是第二類工藝的典型代表。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

7化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝在表面復(fù)合處理技術(shù)中，化學(xué)熱處理工藝主要是對(duì)工件進(jìn)行氣體氮化、離子氮化及氮碳共滲。1．氮化＋薄膜復(fù)合工藝將氮化與薄膜技術(shù)結(jié)合起來(lái)對(duì)鋼作表面處理，可進(jìn)一步改善材料的摩擦學(xué)性能，從而提高其承載能力。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

8化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝1．氮化＋薄膜復(fù)合工藝將氮化與薄膜技術(shù)結(jié)合起來(lái)對(duì)鋼作表面處理，可進(jìn)一步改善材料的摩擦學(xué)性能，從而提高其承載能力。由于氮化后的鋼表面有較深的硬化層（>0.3mm），具有一定的硬度、耐磨性和殘余壓應(yīng)力，構(gòu)成了TiN、CrN等超硬薄膜的理想支承體，其承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單一超硬薄膜或氮化物層。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

9化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝1．氮化＋薄膜復(fù)合工藝同時(shí)，因?yàn)樵黾恿擞不瘜拥目偤穸龋瑴p少了從TiN、CrN表面到鋼基體之間的硬度梯度，使得材料表面的耐腐蝕性、耐磨性、滾動(dòng)接觸疲勞強(qiáng)度和TiN、CrN層的附著性能都大為提高。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

10化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝2.離子氮化＋激光相變硬化離子氮化和激光相變硬化是提高材料表面耐磨性的十分實(shí)用而有效的兩種表面處理技術(shù)，將這兩種技術(shù)相結(jié)合形成的離子氮化＋激光相變硬化復(fù)合處理技術(shù)顯示出良好的應(yīng)用發(fā)展前景。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

11化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝2.離子氮化＋激光相變硬化對(duì)42CrMo鋼進(jìn)行的試驗(yàn)研究表明：復(fù)合處理的表面硬度及硬化層深度分別為950HV及0.46mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單一離子氮化和單一激光相變硬化的表面硬度及硬化層深度；其耐磨性比單一離子氮化提高75%，比單一激光相變硬化提高38%。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

12化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝3.氮碳共滲＋氧化/氧化拋光/復(fù)合工藝氮碳共滲＋氧化/氧化/拋光復(fù)合工藝的處理過(guò)程包括五個(gè)步驟：（1）工件在350℃左右預(yù)熱，保溫時(shí)間視工件而定。（2）在570℃進(jìn)行氮碳共滲，保溫時(shí)間一般在30～120分鐘。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

13化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝3.氮碳共滲＋氧化/氧化拋光/復(fù)合工藝（3）氮碳共滲后將工件立即移至380℃左右的氧化性鹽浴中直接保溫20分鐘左右。（4）工件輕度機(jī)械拋光獲得要求的表面粗糙度。（5）再次在氧化性鹽浴中浸漬20分鐘左右。氮碳共滲可使鋼制零件表面形成一層15～20μm的ε相化合物層；第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

14化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝3.氮碳共滲＋氧化/拋光/氧化復(fù)合工藝隨后的氧化能夠在試樣表面形成一層Fe3O4氧化膜，同時(shí)增加工件的尺寸穩(wěn)定性；拋光的目的是為了降低因氮碳共滲及氧化而產(chǎn)生的表面粗糙度的增加；但拋光往往會(huì)使耐蝕性下降，因而最后再進(jìn)行一次氧化處理，以便在工件表面形成一層均勻、致密、堅(jiān)實(shí)的Fe3O4薄膜。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

15第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果則說(shuō)明，在比較低的載荷下（＜400N）氮碳共滲及復(fù)合氮碳共滲的耐磨性不如調(diào)質(zhì)處理的45鋼，其原因在于載荷比較低時(shí)，摩擦界面溫升很小，潤(rùn)滑狀態(tài)良好，因而，氮碳共滲及復(fù)合氮碳共滲均未顯示出它們所固有的良好的減摩及耐磨特性。這一結(jié)果對(duì)正確選擇氮碳共滲處理工藝具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

16化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝3.氮碳共滲＋氧化/拋光/氧化復(fù)合工藝試驗(yàn)還表明，復(fù)合處理的45鋼耐磨性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鍍硬鉻、鍍鋅及化學(xué)鍍鎳。其中鍍硬鉻件及鍍鋅件在磨損試驗(yàn)過(guò)程中很短時(shí)間內(nèi)便出現(xiàn)剝落，因此磨損十分嚴(yán)重。復(fù)合工藝處理后的工件具有氮化及氧化二層抗蝕性很好的滲層，因此該工藝具有很好的耐蝕性。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

17化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝3.氮碳共滲＋氧化/拋光/氧化復(fù)合工藝氮碳共滲＋氧化/氧化/拋光復(fù)合工藝可以對(duì)各種結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、純鐵、鑄鐵、不銹鋼及粉末冶金件進(jìn)行表面處理，用于替代滲碳淬火、高頻淬火、鍍硬鉻、鍍鋅、化學(xué)鍍鎳、鍍鋅磷化涂MoS2等處理工藝，可廣泛應(yīng)用于汽車、輕紡、石油、化工、農(nóng)機(jī)、煤礦、工程等機(jī)械以及工、模具等各種耐磨、抗蝕、耐疲勞等零件。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

18第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

序號(hào)類別應(yīng)用情況1高速鋼刀具各種HSS鉆頭、銑刀、拉刀、齒輪刀具，提高使用壽命l—4倍，特別對(duì)難加工材料，效果尤為突出2刀桿、刀體各種機(jī)夾刀具刀桿、刀體提高其耐磨性，抗擦傷，不變形，很好地滿足了定位和精度要求，防銹能力強(qiáng)3模具適用于各種壓鑄模、注塑模、擠壓模、橡膠模、玻璃模等，大幅度提高模具使用壽命，改善被加工零件的表面光潔度19第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

序號(hào)類別應(yīng)用情況4汽車零件氣門、曲軸、凸輪軸、齒輪、氣簧活塞桿、減震器桿、差速器支架、球面銷等幾十種零件，已應(yīng)用多年，效果顯著。許多產(chǎn)品直接出口5活塞環(huán)汽車零件的一種，已大量運(yùn)用于各種鋼環(huán)、襯環(huán)上，代替鍍硬鉻，提高使用壽命，不變形6紡織機(jī)械用于彈力絲機(jī)的冷、熱軌，提高硬度，不變形

20第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

序號(hào)類別應(yīng)用情況7開(kāi)關(guān)零件用于各種空氣開(kāi)關(guān)零件，代替鍍鋅、鍍鉻，效果顯著

8印刷機(jī)械各種膠印機(jī)零件、齒輪，邊吸嘴等

9密封機(jī)械各種閥門、軸類零件

10電動(dòng)工具零件齒輪軸、螺旋齒、平板齒、軸承保持架、軸承外殼

21第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

序號(hào)類別應(yīng)用情況11建筑機(jī)械零件各種軸、銷、齒輪等

12照相機(jī)零件快門、鎖扣等沖壓件

22化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝4.氮碳共滲＋化學(xué)鍍鎳將氮碳共滲和化學(xué)鍍鎳兩種工藝進(jìn)行復(fù)合，則形成了一種低溫滲鍍復(fù)合強(qiáng)化新技術(shù)。經(jīng)滲鍍復(fù)合強(qiáng)化的零件，其有效硬化層深度增加，表面硬度比單一的共滲層高；因表面化合物層疏松所造成的硬度和耐蝕性下降得到了改善和提高；由于低于相變溫度處理，零件變形很小。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

23化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝4.氮碳共滲＋化學(xué)鍍鎳零件有效硬化層深度增加提高了對(duì)載荷和沖擊的承受能力。對(duì)低溫滲鍍復(fù)合強(qiáng)化進(jìn)行試驗(yàn)研究表明：滲鍍層分布均勻，鍍層與滲層結(jié)合良好，化合物層＋擴(kuò)散層＋鍍層的厚度達(dá)0.35～0.45mm，表面顯微硬度達(dá)750HV左右。經(jīng)滲鍍復(fù)合強(qiáng)化的零件，有效硬化層深度比單一的氮碳共滲增加近一倍，表面硬度也比共滲表層高200HV左右。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

24化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝4.氮碳共滲＋化學(xué)鍍鎳共滲后鍍鎳磷，通過(guò)活化和鎳磷原子填入，大大降低了化合物疏松程度對(duì)表面質(zhì)量的影響。鹽霧試驗(yàn)表明，滲鍍復(fù)合強(qiáng)化后的零件表面耐蝕性優(yōu)于單一的氮碳共滲。生產(chǎn)應(yīng)用表明：對(duì)于要尺寸精度高、表面耐磨的鋼鐵零件，采用滲鍍復(fù)合處理，解決了零件變形問(wèn)題，同時(shí)又增加了表面度和耐磨性，提高了使用性能。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

257.1化學(xué)熱處理＋薄膜復(fù)合工藝4.氮碳共滲＋化學(xué)鍍鎳對(duì)要求尺寸精度高、表面耐磨的鋼鐵零件，采用滲鍍復(fù)合強(qiáng)化處理，解決了零件變形問(wèn)題，同時(shí)又增加了表面硬度和耐磨性，提高了使用壽命，已經(jīng)在生產(chǎn)上獲得了應(yīng)用。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

267.2鍍覆與其它表面技術(shù)復(fù)合工藝1.電鍍＋薄膜復(fù)合工藝它主要是滿足材料更高的耐腐蝕性和特殊工藝的要求。

PVD和CVD沉積層硬度高，耐磨性好，一般正電位也較高，十分耐蝕。由于這類沉積層通常僅幾個(gè)微米厚，不足以覆蓋基體表面的粗糙度和其他一些缺陷，從而存在腐蝕的隱患，最終導(dǎo)致局部腐蝕。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

277.2鍍覆與其它表面技術(shù)復(fù)合工藝1.電鍍＋薄膜復(fù)合工藝另外，由于沉積層定向生長(zhǎng)、形成的纖維狀沉積層結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的晶界增大了電解液向內(nèi)的擴(kuò)散速度，也使材料的整體耐蝕性下降。若要增加超硬沉積層厚度，形成致密無(wú)缺陷的表面，就目前PVD、CVD技術(shù)而言還難以實(shí)現(xiàn)，況且也不經(jīng)濟(jì)。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

287.2鍍覆與其它表面技術(shù)復(fù)合工藝1.電鍍＋薄膜復(fù)合工藝相比之下，電鍍技術(shù)卻具有很高的沉積速率，易于形成厚而平整的耐蝕沉積層，只是無(wú)法達(dá)到PVD、CVD沉積層那么高的硬度和耐磨性。因此，將二者結(jié)合起來(lái)能滿足材料某些特殊的耐磨性和耐蝕性要求。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

297.2鍍覆與其它表面技術(shù)復(fù)合工藝1.電鍍＋薄膜復(fù)合工藝

相比之下，電鍍技術(shù)卻具有很高的沉積速率，易于形成厚而平整的耐蝕沉積層，只是無(wú)法達(dá)到PVD、CVD沉積層那么高的硬度和耐磨性。因此，將二者結(jié)合起來(lái)能滿足材料某些特殊的耐磨性和耐蝕性要求。復(fù)合處理層的耐腐蝕性明顯高于單一電鍍鎳層（它在相當(dāng)小的腐蝕電流下就出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象）。由于復(fù)合處理層與沉積金屬之間有較好的相容性，因而它的摩擦學(xué)性能十分理想。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

307.2鍍覆與其它表面技術(shù)復(fù)合工藝1.電鍍＋薄膜復(fù)合工藝由于PVD沉積層的顏色可以從金黃色到黑色逐漸變化（主要是ⅣB～ⅥB元素的氮化物、碳化物或碳氮化物），電鍍與之結(jié)合可以用于耐蝕性和耐磨性要求極高的裝飾性表面。電鍍鎳＋鍍鉻，再經(jīng)PVD沉積能消除鍍鉻層網(wǎng)狀裂紋對(duì)鍍層光澤的不良影響，成為一種較為經(jīng)濟(jì)的裝飾鍍工藝。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

317.2鍍覆與其它表面技術(shù)復(fù)合工藝1.電鍍＋薄膜復(fù)合工藝薄膜技術(shù)原則上可以沉積任何物質(zhì)。因此，它可以在一些難以電鍍或無(wú)法電鍍的材料上沉積表面保護(hù)層，如在某些塑料表面沉積金屬膜，實(shí)現(xiàn)塑料金屬化，也可沉積W、Ti、TiN等膜層。然而，由于薄膜的沉積速率不高，實(shí)現(xiàn)金屬化后需再電鍍使涂層增厚，故這一復(fù)合處理技術(shù)已成為難鍍材料表面處理的一種手段。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

327.2鍍覆與其它表面技術(shù)復(fù)合工藝2.電鍍+化學(xué)熱處理復(fù)合工藝這種處理的主要目的是形成新的化合物結(jié)構(gòu)，提高工藝效果，改善摩擦學(xué)性能及耐蝕性能。現(xiàn)在，對(duì)這類復(fù)合工藝的研究多集中在鍍鉻層的化學(xué)熱處理方面。鍍鉻層硬度高、用量大、涉及面廣，先前的研究方法主要是對(duì)鍍鉻層進(jìn)行液體氮化處理，繼而對(duì)鍍層進(jìn)行輝光離子氮化處理，最后再進(jìn)行離子碳氮共滲處理。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

337.2鍍覆與其它表面技術(shù)復(fù)合工藝2.電鍍+化學(xué)熱處理復(fù)合工藝用彌散鍍鉻方法制取含有活性碳的彌散鍍鉻層后，進(jìn)行離子碳氮共滲復(fù)合處理，生成具有特殊界面及硬度高、耐磨性好的表面，也是一種有發(fā)展前景的新型表面強(qiáng)化技術(shù)。研究表明，復(fù)合處理的表層硬度比鍍鉻、離子氮化、離子氮碳共滲都高；第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

347.2鍍覆與其它表面技術(shù)復(fù)合工藝2.電鍍+化學(xué)熱處理復(fù)合工藝彌散鍍鉻后離子氮碳共滲所生成的表層還具有較高的紅硬性，400℃時(shí)高溫顯微硬度為7000MPa，而普通硬鉻層僅為4000MPa；復(fù)合處理的表層耐磨性和邊界潤(rùn)滑條件下的抗擦傷負(fù)荷也有明顯提高。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

357.3熱噴涂與其它表面技術(shù)的復(fù)合工藝1.等離子噴涂＋重熔處理

等離子噴涂得到的覆蓋層（涂層）的物理－機(jī)械性能雖然高于其它噴涂方法，但卻遠(yuǎn)低于堆焊所得到的機(jī)械性能。為了改善涂層的性質(zhì)，將噴涂工藝與涂層的重熔處理相結(jié)合是一種十分有效的復(fù)合表面處理工藝。涂層的重熔可以用等離子射流或激光束進(jìn)行，這樣既保證了局部加熱，又不影響整個(gè)零件的處理。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

367.3熱噴涂與其它表面技術(shù)的復(fù)合工藝1.等離子噴涂＋重熔處理在涂層重熔時(shí)，熔化的一般只是其合金中最易熔化的成分，由于液相有助于擴(kuò)散過(guò)程，熔化的結(jié)果大大提高了涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度，消除了孔隙，增加了機(jī)械強(qiáng)度。例如，45鋼基體上鎳基合金重熔涂層的顯微硬度可高達(dá)淬火硬度的5～10倍，因而耐磨性得以顯著提高。重熔后涂層和基體表面的結(jié)合強(qiáng)度可提高8～10倍；由于涂層的硬度提高，其疲勞強(qiáng)度提高20～25%。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

377.3熱噴涂與其它表面技術(shù)的復(fù)合工藝1.等離子噴涂＋重熔處理這種工藝可以用來(lái)修復(fù)在大交變載荷和接觸應(yīng)力條件下工作的零件，如凸輪軸、曲軸等。2.熱噴涂＋氮化熱噴涂可使材料薄膜具有耐磨性、抗蝕性、隔熱性、導(dǎo)電及絕緣性等多種性能；但熱噴涂會(huì)產(chǎn)生各向異性，微觀疏松等缺陷，在較硬材料上噴涂時(shí)涂層結(jié)合力比較弱。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

387.3熱噴涂與其它表面技術(shù)的復(fù)合工藝2.熱噴涂＋氮化國(guó)外學(xué)者對(duì)熱噴涂涂層進(jìn)行了離子氮化和氣體氮化復(fù)合處理，在克服熱噴涂涂層的上述缺陷方面取得了一定的進(jìn)展。研究表明：如果熱噴涂涂層中包含足夠量的溶解氮的元素（如Fe、Cr），則熱噴涂＋氮化工藝是完全可行的，而且會(huì)形成氮化物。復(fù)合處理后的硬度比單一熱噴涂有所提高。第八章材料復(fù)合表面處理技術(shù)

397.3熱噴涂與其它表面技術(shù)的復(fù)合工藝2.熱噴涂＋氮化若采用熱噴涂＋氣體氮化復(fù)合工藝，則噴涂