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材料的表面技术
材料表面技术 材料表面技术是上个世纪80年代以来世界十项关键技术之一。也是一门广博精深(内涵深、外延广、渗透力强、影响面宽)和具有极高使用价值的通用性工程技术。 材料表面技术 表面工程迅速发展的原因 1、表面工程的属性是其迅速发展的原因 2、现代工业的需求是表面工程迅速发展的动力 3、资源和环境保护的紧迫性是促进表面工程迅速发展的时代要求 4、现代科技成果为表面工程的迅速发展提供了技术支持 表面工程技术的分类 国家自然科学基金会将表面技术分为: 按作用原理可分为: 表面工程技术的分类 (一)热喷涂 几种不同热源的热喷涂方法 ⑴火焰喷涂 火焰喷涂的基本原理是通过乙炔、氧气喷嘴出口处产生的火焰,将线材(棒材)或粉末材料加热熔化,借助压缩空气使其雾化成微细颗粒,喷向经预先处理的粗糙工件表面使之形成涂层(图3-14)。 ⑵电弧喷涂 电弧喷涂的基本原理是将两根被喷涂的金属丝作自耗性电极,连续送进的两根金属丝分别与直流的正负极相连接。在金属丝端部短接的瞬间,由于高电流密度,使两根金属丝间产生电弧,将两根金属丝端部同时熔化,在电源作用下,维持电弧稳定燃烧;在电弧发射点的背后由喷嘴喷射出的高速压缩空气使熔化的金属脱离金属丝并雾化成微粒,在高速气流作用下喷射到基材表面而形成涂层,如图3-15 所示。 几种不同热源的热喷涂方法 (3)等离子喷涂 等离子喷涂法是利用等离子焰的热能将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态,并在高速等离子焰的作用下,高速撞击工件表面,并沉积在经过粗糙处理的工件表面形成很薄的涂层。涂层与母材的结合主要是机械结合,工作原理如图3-16所示。 等离子喷涂材料主要是陶瓷、金属陶瓷。涂层可有效提高结构件的耐磨、耐腐蚀性。尤其是梯度涂层已成功解决了涂层和基体之间热膨胀系数差异而产生的应力问题,而且已广泛应用于航空,涡轮机叶片,工业泵等行业。 热喷涂 (二)电镀、化学镀与电刷镀 1.电镀 电镀是一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的金属覆层工艺。电镀的基本原理如图3-17所示。 2.化学镀 化学镀是指在没有外电流通过的情况下,利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在基体表面,形成镀层的一种表面加工方法。 3.电刷镀 电刷镀的原理见图3-18。 (三)热浸镀 ——将工件浸在熔融的液态金属中,在工件表面发生一系列物理和化学反应,取出冷却后表面形成所需的金属镀层。 1.热浸镀工艺 ⑴熔剂法工艺流程为:预镀件—碱洗—水洗—酸洗—水洗—熔剂处理—热浸镀—镀后处理—成品 ⑵保护气体还原法 2.热浸镀层的种类 常用的镀层金属是低熔点金属及其合金,如锡、锌、铝、铅、A1—Sn、Al-Si、Pb—Sn。 (四)涂料与涂装简介 ——用有机涂料通过一定方法涂覆于材料或制件表面,形成涂膜的全部工艺过程,称为涂装。 1.涂料的性能评价 涂料的性能评价包括:涂料的作业性,涂膜的形成性、附着性、防蚀性、耐久性、可修补性、经济性、环境保护性等。 2.涂料的主要组成及分类 涂料主要由成膜物质、颜料、溶剂和助剂四部分组成。 3.涂装工艺方法 涂装工艺的一般工序是:涂前表面预处理---- 涂装---- 干燥固化。 物理气相沉积(PVD) ——是利用蒸发或溅射等物理形式,把材料从靶源移走,然后通过真空或半真空空间使这些携带能量的蒸发粒子沉积到基体或零件的表面,以形成膜层。 物理气相沉积法主要有真空蒸镀、阴极溅射和离子镀。 PVD法已广泛用于机械、航空、电子、轻工和光学等工业部门中制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、磁性、光学、装饰、润滑、压电和超导等各种镀层。随着PVD设备的不断完善、大型化和连续化,它的应用范围和可镀工件尺寸不断扩大,已成为国内外近20年来争相发展和采用的先进技术之一。 气相沉积 气相沉积 化学气相淀积CVD(Chemical Vapor Deposition) ——指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室,在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。 气相沉积 材料表面技术 表面技术的应用领域: 表面技术的应用所包含的内容十分广泛,可以用于耐蚀、耐磨、修复、强化、装饰等。也可以是在光、电、磁、声、热、化学、生物等方面的应用。表面技术所涉及的基体材料不仅有金属材料,也包括无机非金属材料、有机高分子材料及复合材料。表面技术的种类很多,把这些技术恰当地应用于构件、零部件和元器件,可以获得巨大的效益。 在航空航天方面的应用 在防护上常用涂镀技术,热浸镀技术,物理和化学气相沉积技
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