表面改性課件

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(kuò)展、腐蝕或磨損造成的表面溝痕引起的應(yīng)力集中，成為斷裂的根源?！锍惺茌^高的應(yīng)力★擦傷、刻劃甚至犁削等作用★受到介質(zhì)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(nèi)韌（軟），表面硬度、耐磨性↑↑。常用工藝：★感應(yīng)加熱表面淬★火焰加熱表面淬火★電接觸加熱淬火★激光和電子束加熱表面淬火。感應(yīng)加熱表面淬火示意圖火焰加熱表面淬火示意圖機(jī)床導(dǎo)軌電接觸加熱淬火示意圖三、表面化學(xué)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(nèi))擴(kuò)散。★

間隙原子C、N、B，滲速快；主要提高表面硬度、耐磨性(優(yōu)于表面淬火)?！镏脫Q原子Cr、Al、Si等，滲速慢；主要提高表面的物、化性質(zhì)。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(zhì)Ac3以上保溫表面含碳0.8～1.2％滲層達(dá)0.5～2mm淬火回火表層組織：高碳回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體零件性能：

表層很高的硬度和強(qiáng)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?xì)怏w，如丙烷、天然氣；

滴入碳?xì)浠衔锏挠袡C(jī)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(diǎn)：★使用簡單，生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好；★滲碳過程易控制，滲碳質(zhì)量好。氣體滲碳示意圖滲碳的應(yīng)用：承受沖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(shí)間：20～50h；氮化物層厚度：0.3～0.5mm。滲氮特點(diǎn)：溫度低、變形很??；工藝復(fù)雜、周期長成本高。滲氮的應(yīng)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(yōu)于滲碳。氮碳共滲：500～570℃數(shù)h，可不再熱處理，抗咬合、擦傷，抗疲勞；如發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸、精密絲杠、閥桿等。

多用于模具、量具及耐磨零件（汽車齒輪、曲軸等）。四、表面形變強(qiáng)化原理：僅表面塑性變形→加工硬化并產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力→表面強(qiáng)度↑，疲勞強(qiáng)度↑↑。常用方法：噴丸、滾壓、內(nèi)孔擠壓。應(yīng)用：重要彈簧，齒輪；飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等。五、表面涂覆層目的：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(xué)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。鹽浴涂覆碳化物（TD法）：表面形成硬化物層。(2)金屬噴涂覆層法金屬等熔融粉末噴射工件表面形成覆層。方法：火焰噴涂等離子噴涂電弧噴涂爆炸噴涂目的：以提高表面耐腐蝕性、耐熱性和耐磨性等，也可用于修復(fù)、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。非金屬涂覆和掛襯：形成非金屬表面層(有機(jī)物或無機(jī)物)，獲得特殊理、化或電性能，如陶瓷涂覆(Al2O3、Cr2O3