第2章金属材料组织-6-清华大学-工程材料教学教材.ppt

2.6? 表面技术 　 ??? 概述 表面技术? 通过物理、化学工艺方法使材料表面具有与基体材料不同的组织结构、化学成分和物理状态，使表面具有与基体材料不同的性能的技术。 表面处理后的材料，基体材料的化学成分和力学性能并未发生变化，但表面却具有一些特殊性能， 如高的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性、耐热性、导电性、电磁特性、光学性能等。  表面工程技术分类  表面热处理、化学热处理 表面机械强化处理（喷丸强化） 电镀、电刷镀 热喷涂 气相沉积镀膜 高能束(激光、电子束）表面处理 2.6.1 电刷镀 一、电镀 　 把工件置于装有电镀液的镀槽中，工件接直流电源的负极，作为阴极。阳极板接直流电源的正极，镀液中金属离子在阴极上得到电子还原成金属原子，工件表面得到电镀层。 电镀示意图 镀铜： CuSO4 → Cu+2+SO4-2 Cu+2+2e → Cu 普通电镀的过程： ? （1）金属的水合离子或络合离子从溶液内部迁移到阴极界面； （2）水合离子脱水或络合离子解离，金属离子在阴极上得到电子发生还原反应生成金属原子； （3）还原的原子进入晶格结点。　 应用：提高零件耐磨耐蚀性，如自行车钢圈、活塞环。 在球墨铸铁活塞环、弹簧钢活塞环表面镀铬，硬度800～900HV，耐磨性好。 球墨铸铁活塞环 表面镀铬 二、电刷镀 电刷镀是电镀的一种特殊方式，不用镀槽。用镀笔在工件表面擦涂，获得电镀层。电刷镀又称无槽镀。 1. 电刷镀过程 直流电源的正极与镀笔相联，负极和工件相联。电流方向由镀笔流向工件时为正向电流，发生电沉积，称正接。形成镀层。 平面零件电刷镀 轴类零件电刷镀过程 2. 电刷镀的特点  （1）设备简单、工艺灵活、操作方便, 可现场作业，局部刷镀； （2）刷镀的速度是一般槽镀的10～15倍，辅助时间少；节约能源，是槽镀耗电量的几十分之一； （3）镀层结合强度较高。在钛、铝、铜、高合金钢和石墨上也具有较高的结合强度； （4）操作安全，刷镀液可循环使用, 耗量小，对环境污染小。?? 3. 电刷镀工艺过程 表面清理（磨、抛光） 电净去油（碱性溶液，正接） 活化（酸性溶液，反接） 刷镀过渡层（Cu、Ni，正接） 刷镀工作层（Ni-P、Ni-Co，正接） 电刷镀应用 例1：T68镗床主轴 材料为铸钢, 长约一米, 轴颈表面大面积划伤。采用电刷镀进行修复。 表面清理后，进行电净、活化。 用特殊镍打底层，用快速镍增加镍层厚度至要求尺寸，抛光后装机使用。 工艺简单、成本低廉，镀层和基体结合良好，耐磨性好。 主轴修复后，满足使用要求。 电刷镀应用 例2：制造大型塑料制品的模具 材料为灰铸铁，模具底盘直径为1 m, 合模高为0.4 m, 重1.3 t。 模具表面硬度低，腔面磨损严重，粗糙度增加，产品表面质量变差。 采用电刷镀进行强化处理。碱铜为过渡层，镀镍钴合金为工作层。 表面硬度由23HRC提高到40HRC, 粗糙度Ra由6.3μm 降到0.8μm，耐磨性提高了2倍，使用寿命延长，产品质量提高。 2.6.2 热喷涂技术 热喷涂技术 将金属或非金属固体材料加热至熔化或半熔软化状态，然后将它们高速喷射到工件表面上，形成牢固涂层的表面加工方法。 一、热喷涂技术的特点  (1) 涂层和基体材料广泛，工艺灵活，喷涂层、喷焊层的厚度可以在较大范围内变化。 (2) 基体受热程度低，一般不会影响基体材料的组织和性能。 (3) 生产效率较高，成本低，效益显著。 二、热喷涂层形貌 热喷涂层 喷涂层—— 过渡层—— 基 材—— 三、热喷涂方法 热喷涂方法 1. 火焰喷涂? 以氧-乙炔火焰为热源，以喷涂粉末材料为主的热喷涂方法。 火焰喷涂喷枪 火焰喷涂 氧-乙炔火焰温度大约为3000 ℃，喷射速度约150 m/s，结合强度5 MPa～10 MPa。适合喷涂塑料、金属、合金粉末或丝材。 2. 电弧喷涂?? 以电弧为热源，以金属或合金丝材作为喷涂材料的热喷涂方法。 电弧喷涂原理图 电弧喷涂 电弧温度大约为5000 ℃，喷射速度约200 m