工程材料第六节 表面技术 (2).ppt

第六节 表面技术 近年来，金属材料表面处理新技术得到了迅速发展，开发出许多新的工艺方法，这里只介绍主要的几种。 全方位离子注入与沉积设备 一、 概述 (一) 热喷涂技术 将热喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，用高压气流使其雾化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为热喷涂。 1.热喷涂方法分类 气体燃烧火焰、气体放电的电弧、电热热源、爆炸热源和激光束热源。 等离子热喷涂 二、 各种材料表面技术简介 2、热喷涂技术特点 ⑴工艺灵活：热喷涂的对象小到Φ10mm的内孔, 大到铁塔、桥梁,可整体喷涂，也可局部喷涂 ⑵基体及喷涂材料广泛：基体可以是金属和非金属，涂层材料可以是金属、合金及塑料、陶瓷等 ⑶涂层可控: 从几十?m到几mm ⑷生产效率高 ⑸工件变形小：基体材料温度不超过250℃(冷工艺) 涡轮叶片的热障涂层(热喷涂层) 3、常用热喷涂技术 ① 火焰喷涂: 多用氧 -乙炔火焰作为热源。 ② 电弧喷涂: 丝状喷涂材料作为自耗电极、电弧作为热源的喷涂方法 ③ 等离子喷涂: 是一种利用等离子弧作为热源进行喷涂的方法。 火焰热喷涂 电弧热喷涂 等离子喷涂 (1) 涂层是层状结构 (2) 涂层中有应力 (3) 涂层有着不均匀的化学应力 (4) 涂层的多孔性 4、涂层的结构特点 热喷涂层组织 (1) 纯金属及其合金 (2) 陶瓷材料 (3) 复合材料 5. 热喷涂材料 6. 热喷涂工艺 (1) 待喷涂工件表面预处理 (2) 预热 (3) 喷涂 (4) 喷后处理 热喷涂 (二) 气相沉积 气相沉积技术是指将含有沉积元素的气相物质，通过物理或化学的方法沉积在材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技术。 根据沉积过程的原理不同，气相沉积技术可分为物理气相沉积(PVD) 和化学气相沉积(CVD)两大类。 物理气相沉积TiAl靶 1、物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积是指在真空条件下，用物理的方法， 使材料汽化成原子、分子或电离成离子，并通过气相过程，在材料表面沉积一层薄膜的技术。 物理沉积技术主要包括真空蒸镀、溅射镀、离子镀三种基本方法。 磁控溅射镀膜设备 真空蒸镀是蒸发成膜材料使其汽化或升华沉积到工件表面形成薄膜的方法。 真空蒸镀TiN活塞环 真空蒸镀Al膜的塑料制品 溅射镀是在真空下通过辉光放电来电离氩气，氩离子在电场作用下加速轰击阴极，溅射下来的粒子沉积到工件表面成膜的方法。 溅射镀示意图 磁控溅射镀膜机 磁控溅射镀Al的塑料制品 离子镀是在真空下利用气体放电技术，将蒸发的原子部分电离成离子，与同时产生的大量高能中性粒 多弧离子镀膜机 子一起沉积到工件表面成膜的方法。 物理气相沉积具有适用的基体材料和膜层材料广泛；工艺简单、省材料、无污染；获得的膜层膜基附着力强、膜层厚度均匀、致密、针孔少等优点。 广泛用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等 离子镀产品 领域制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、磁性、压电、滑润、超导等薄膜。 2、化学气相沉积(CVD) (1)CVD法的一般原理： 化学气相沉积是指在 一定温度下，混合气 体与基体表面相互作 用而在基体表面形成 金属或化合物薄膜的 方法。 CVD设备 (2) CVD法的特点：由于化学气相沉积膜层具有良好的耐磨性、耐蚀性、耐热性及电学、光学等特殊性能，已被广泛用于机械制造、航空航天等工业领域。 经CVD处理的模具 经CVD处理的活塞环 (三) 激光束表面改性技术 激光束能量密度高(106W/cm2)，可在短时间内将工件表面快速加热或融化, 而心部温度基本不变; 当激 光辐射停止后，由于散热速度快，又会产生“自激冷”。 激光表面改性技术主要应用于以下几方面: CO2激光器 1. 激光淬火（激光相变硬化） 激光表面淬火件硬度高（比普通淬火高15~20%）、耐磨、耐疲劳，变形极小，表面光亮。 已广泛用于发动机缸套、滚动轴承圈、机床导轨、冷作模具等。 激光表面淬火件 激光表面淬火 2. 激光熔覆 预先用镀膜或喷涂等技术把所要求的合金元素涂敷到工件表面，再用激光束照射涂敷表面，使表面膜与基 体材料表层融合在一起并迅速凝固，从而形成成分与结构均不同于基体的、具有特殊性能的合金化表层。 3. 激光熔凝 也称激光熔化淬火 激光合金化热剪断刀