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第3章-4热表处理工艺剖析
(1)钢的氧化处理 钢在加热的硝酸钠、氢氧化钠水溶液中氧化处理。 钢氧化处理后零件表面上能生成保护性磁性氧化铁(Fe3O4)和氧化亚铁 膜。膜的颜色一般呈黑色和蓝黑色。又称发兰或发黑。膜层的厚度约为0.6~1.5 微米,因此氧化处理不影响零件的精度。发兰后的零件再进行浸油和其他填充处理,能进一步提高膜层的耐蚀性和润滑能力。 钢的氧化处理一般采用碱性氧化法。在一定温度的条件下,在含有氧化剂(硝酸钠或亚硝酸钠)的氢氧化钠溶液中进行。氧化剂与氢氧化钠与金属铁作用,生成亚铁酸钠(Na2FeO2)和铁酸钠(Na2Fe2O4),再互相反应,生成磁性氧化铁。 (2)钢的磷化处理 钢铁零件在含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中,进行化学处理,使其表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法,叫做磷化处理。 磷化膜的外观由于基体材料及磷化工艺的不同可由暗灰到黑灰色。磷化膜的主要成分由磷酸盐Me3(PO4)2或磷酸氢盐(MeHPO4)的晶体组成。用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力。 (3) 阳极化 所谓阳极化是指用电化学的方法在铝及铝合金表面获得一层氧化膜的方法,由于在处理时零件为阳极,所以称为阳极氧化处理(阳极化)。 氧化膜的性质: a.多孔:b.硬度高 c.化学稳定性好d.绝缘性好:e.结合能力好:f.耐高温: 几乎所有的铝合金零件都能氧化。如机械加工、钣金、部分铸造和焊接等铝制零件。因此在航空工业、电气工业、各种机械制造业、日用品工业获得了广泛的应用。 3.2.2 金属的表面改性 金属的表面改性也称表面优化,就是借助于离子束、激光、等离子体等新技术手段,改变材料表面及近表面的组分、结构与性质,从而获得传统的冶金和表面处理技术无法得到的新薄层材料,或者使传统材料具有更好的性能。 1. 物理气相沉积(PVD) (1)蒸发镀膜 (2)溅射 (3)离子镀 2. 化学气相沉积(CVD) (1)蒸发镀膜 蒸发镀膜通常是在真空中进行,例如图3-21所示的真空蒸镀。将零件和涂层材料同时放在钟罩形的真空室内,涂层材料受热蒸发,蒸发出的分子或原子在自由行程内与受镀零件表面相遇,不断凝结成膜。 图3-21 电阻加热真空蒸镀 真空泵 蒸发源 基体 蒸发料 加热灯丝 常用材料蒸汽压与温度关系 蒸发镀特点 设备简单 速度快 镀层不牢固,重复性不好 (2)溅射沉积 在真空度不太高的环境中,在强电场的作用下,充入的氩气产生辉光放电,并部分电离,在阴极负高压的吸引下,Ar+离子被加速,以极高的速度轰击材料靶,溅射出来的原子或分子以足够高的速度飞向周围的基体(被镀零件)上,形成镀覆层。 Ar 靶 基体 溅射原子 图3-22 阴极溅射镀示意图 1) 具有严格的晶格生长方向,可制造单晶结构层;(2) 膜层致密,均匀,结合力更高; 金属,合金,陶瓷,硼化物陶瓷,碳化物陶瓷,氟化物陶瓷 ,氮化物陶瓷 ,氧化物陶瓷靶材,硒化物陶瓷 ,硅化物陶瓷 ,硫化物陶瓷 ,碲化物陶瓷 (3)离子镀 离子镀的原理见图3-23。阳极为镀覆材料,阴极为被镀基体零件。 1~ 5kv 基体 金属离子 Ar 电子 蒸发源 ~ 真空泵 Ar+ 阴极暗区 图3-23 离子镀原理示意图 + + + + + + + + 在合适的电压下(一般为3~5千伏),基体和蒸发源之间产生辉光放电,一部分电离生成的氩正离子受负高压基体的吸引轰击基体。当清洗完毕后再使蒸发源中的涂覆料蒸发,蒸发出的粒子进入辉光放电区,其中一部分电离为正离子,受负高压作用沉积在基体上。 2. 化学气相沉积(CVD) 化学气相沉积是近一二十年发展起来的薄膜沉积新技术。这种技术是利用气态物质在一固体材料表面上进行化学反应,生成固态沉积物的过程。化学气相沉积可以在中等温度下利用高气压反应剂气体源,来沉积高熔点的相。 W2C熔点为2860℃ 可以由六氟化钨WF6、苯C6H6和H2在900℃下以化学气相沉积获得。 2 WF6↑+1/6 C6H6 ↑ +11 1/2 H2 ↑ →W2C↓+12 HF ↑ W2C熔点为2860℃ 真 空 泵 CVD反应器 流量计 气体混合器 H2 C6 H6 WF6 Ar 图3-24 化学气相沉积炭化钨装置示意图 工件 沉积的固态膜层主要有装饰功能薄膜、物理功能薄膜(如光学膜、微电子膜、光电子膜和信息存储膜等)、机械功能薄膜(如高强度高硬度膜、自润滑膜、耐磨损和耐腐蚀膜等)以及特殊功能薄膜(如高温下耐磨损和透光的金刚石膜)等。被沉积工件材料可以是金属、硬质合金、陶瓷、聚合物和玻璃等。涂覆的薄膜主要有金属膜、合金膜、氧化物膜、氮化物膜和碳化物膜等 * 经模锻的坯料硬度较高,晶粒粗大。机械加工前,为了改善工件的组织和切削加工性,采用预先热处理的正火+高温回火。而渗碳后采用高温回火是为了将非渗碳
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