材料表面工程技术基本理论讲解.ppt

第二章 材料表面工程技术 基本理论;2.1 表面晶体学;一、理想表面 一种理论上的结构完整的二维点阵平面。表面原子排列与晶体内部相同。理想表面实际上是不存在的。 ;、清洁表面 经过彻底清洗、烘干、溅射，并进行热处理后，保存在超高真空（10-12Torr)下的不存在任何污染的化学纯表面，称为清洁表面。 ;清洁表面结构： 由于表面能的作用，在原子清洁的表面上可以发生多种与体内不同的结构和成分变化。如：表面弛豫，表面重构，表面偏析，表面吸附，表面化合物，表面台阶（TLK模型）。; ;原子力显微镜（AFM）图象;轮廓仪得到的表面形貌 ;固体表面形貌的表征 ; ;2.2 材料表面现象; 由于表面特殊的结构和表面能，使得表面有许多与晶体内部不同的性质。例如，表面吸附、表面润湿、原子的表面扩散等。 ; 表面吸附是实际固体重要的表面现象，它的存在可以显著降低表面的系统能量。 ;物理吸附的作用力是表面原子与吸附原子之间的范得瓦尔斯力（Vander Waals）。; ; 物理吸附 化学吸附 化学反应 表面氧化膜 ; 固体表面对液体分子同样有吸附作用。; 固体表面之间的吸附模型：;三、表面润湿;四、表面扩散;因为零件或产品久置于大气中或储运过程中被空气、各种油质所污染，使材料表面被10-102原子层厚的氧化膜、水蒸气、油、腐蚀生成物等所覆盖，从而改变了原有表面特性，给表面处理带来严重障碍。预处理就是恢复材料表面和内部差别的过程，使表面洁净并处于活性状态，即获得“清洁表面”甚至“洁净表面”。?;?表面清洁度与表面粗糙度是表面工程技术预处理工艺的两个最重要指标。一方面，表面清洁度过低，不但会影响覆盖层的完整性、附着力、耐蚀性、装饰性和功能薄膜性能的连续性，严重时甚至不能够实施表面工程技术；另一方面，不同的表面工程技术对零件或制品表面粗糙度的要求也不同。例如，对涂装与热喷涂工艺而言，零件或制品表面需要有一定程度的粗糙度，因为这两种工艺中材料与基体界面主要依靠机械结合与范德华力结合，一定的表面粗糙度可以增加覆盖层与基体的接触面积。?;?表面预处理技术分类： 表面预处理技术主要包括机械性清理、脱脂、除锈等几个部分。?一、机械性清理?机械性清理主要是去除材料机加工产生的毛刺、划痕、铸造沙眼、焊缝残留和氧化锈蚀层，以及获得平整表面的的常用方法。其中包括：;?1）机械磨光和抛光? 机械磨光是用粘有磨料的磨光轮对金属表面进行磨削的过程。机械磨光可以去除零件表面的划痕、毛刺、砂眼、焊缝残留物、腐蚀痕迹和氧化皮等，使其具有一定的平整度和粗糙度。零件经磨光后表面粗糙度Ra值可达0.4μm。 ?机械抛光工序是在装有抛光轮的抛光机上进行的。抛光轮上涂有由粒度很细小的磨料组成的抛光膏。抛光可以去掉金属表面的细微划痕。依据抛光后表面质量的不同，抛光可分为粗抛、中抛和精抛三类，经过精抛后零件表面可获得镜面光泽。;2）滚光和刷光?滚光是将零件放入盛有磨料和化学溶液的滚桶中，借滚桶的旋转使零件与磨料、零件与零件表面相互摩擦，以达到清理零件表面的过程。滚光可以起到除去零件表面少量的油和锈、整平金属表面的作用，使零件获得一定的表面光泽。该方法只适于大批量生产的小零件。?刷光是用金属丝轮或金属丝刷，在刷光机上或用手工进行刷光的表面清理过程。其目的是为了去掉制件表面上的毛刺、氧化物、残存的油污以及侵蚀后的黑膜等。一般用于小批量零件的表面预处理。? ;表面预处理技术分类： 二、 表面清洁（脱脂、除锈）?零件或制件表面上通常都存在加工油污或沉积污垢，多为各种矿物油，如机油、柴油和凡士林等，还可能有少量的动植物油脂。必须去除这些表面油污，才能保证表面工程技术的顺利实施。?脱脂在不同行业有时也称除油、清洗、电净等等。一般采用以下方法之一完成，个别情况下可能用到两种以上的方法。?;1）有机溶剂脱脂? 有机溶剂，例如汽油、煤油、丙酮、酒精、苯、甲苯、二甲苯、二氯乙烯、三氯乙烯和三氯乙烷、四氯化碳等，都可用来脱脂。脱脂可以采用喷、浸、刷或擦拭等方法。有机溶剂脱脂对金属表面无腐蚀、不需要加温、脱脂速度快、效果好，特别是适合那些用碱液难以除净的高黏度、高熔点的矿物油，因此适合几乎所有表面工程技术的预处理工艺，尤其是油污严重的零件或易被碱性脱脂液腐蚀的金属零件初步脱脂。? 但该方法脱脂不够彻底，工件表面往往剩余一层油膜，需要用化学或电化学方法进行补充脱脂。