1、第三章 先进制造工艺技术,第七节 表面工程,零件表面进行的镀层、涂敷、注入和氧化等表面处理，可统称为表面工程。它是近年来发展起来的新学科。,一、概述,表面工程学是由材料学、冶金学、机械学、物理学、化学和电子学等多个学科交叉、融合发展起来的，以研究“表面”为主线,主要有表面层失效分析理论、表面摩擦与磨损理论、表面腐蚀与防护理论、表面结合与复合理论，以及表面处理技术等方面。表面处理技术基本上属于结合加工，其主要的加工方法有：原子分子沉积(如镀、气相沉积等)、颗粒沉积(如热喷涂等)、涂敷覆盖(如喷塑、刷镀等)。,表面改性处理（如离子溅射注入、激光表面处理等）涂敷覆盖（如喷塑、刷镀等）、表面改性处理（
2、如离子溅射注入、激光表面处理等）和表面接合（如包金属箱、化学粘接等）。如激光表面处理就可以进行固态相变、重熔、涂敷和镀膜，是一种非常有前途的表面加工方法。,表面技术是利用各种物理的、化学的或机械的方法，使金属表面获得特殊的化学成分、组织结构和性能，从而提高金属零件或构件使用寿命的技术。,1.表面技术的特点材料性能，只需进行表面改性或强化，可以节约材料。可以获得特殊的表面层。表面涂层很薄，涂层用料少。可以用于修复已损坏、失效的零件。,2.表面技术的分类表面覆层。 表面覆层技术包括镀层（电镀、化学镀等）、热喷涂、涂料涂装、陶瓷涂敷、化学转化膜、堆焊、气相沉积、着色染色等。表面合金化。包括表面扩渗、
3、喷焊堆焊、激光合金化、离子注入等。表面处理。各种表面淬火（感应加热、激光加热、电子束加热）、表面形变强化（如喷丸、滚压）等。,（一）热喷涂技术热喷涂技术是利用热源将金属或非金属材料加热到熔化或半熔化状态，用高速气流将其吹成微小颗粒（雾化），喷射到工件表面，形成牢固的覆盖层的表面加工方法。,二、各种材料表面技术简介,1.热喷涂方法分类,2.热喷涂技术特点(1)涂层和基体材料广泛(2)热喷涂工艺灵活(3)喷涂层、焊喷层的厚度可以在较大范围内变化(4)热喷涂有着较高的生产效率(5)热喷涂时基体受热程度低(6)母材对涂层的稀释率较低,3.常用热喷涂技术(1)火焰喷涂 利用各种可燃烧气体放出的热进行的热
4、喷涂称火焰喷涂。目前应用最广泛的气体是氧、乙炔。(2)电弧喷涂 (3)等离子喷涂,4.涂层结构的特点(1)涂层是层状结构(2)涂层中有应力 涂层外层受拉应力；基体，有时也包括涂层的内层受压应力。(3)涂层有着不均匀的化学成分(4)涂层的多孔性,5.热喷涂材料(1)纯金属及其合金(2)陶瓷材料(3)复合材料,6.热喷涂工艺表面处理预热喷涂喷后处理,（二）气相沉积,根据气相沉积过程进行的方式不同，分为物理气相沉积、化学气相沉积和等离子体化学气相沉积。,1.物理气相沉积（PVD法）此法可沉积钛、铝以及某些高熔点材料。,(1)真空蒸镀是将沉积材料与工件同放在真空室中，然后加热沉积材料使之迅速熔化蒸发，
5、当蒸发原子与冷工件表面接触后便在工件表面上凝结形成一定厚度的沉积层。,(2)离子镀与真空蒸镀不同的是，工作室内充有氩气，而且在蒸发源与工件之间加上一个电场。在电场作用下氩气产生辉光放电，在工件周围形成一个等离子区。当蒸发原子通过时也被电离，结果被电场加速射向工件，在表面产生沉积。,2.化学气相沉积（CVD法）在高温下使气相进行一定的化学反应，结果在工件特定的表面上沉积而形成一种固态薄膜的方法。其沉积过程一般包括沉积物的蒸发气化、气相与工件的化学反应、膜的沉积加厚三个阶段。此法可以制造各种用途的薄膜，例如，绝缘体、半导体、导体或超导体薄膜以及防腐、耐磨和耐热薄膜等。,3.等离子体化学气相沉积（P
6、CVD法）在离子镀试验方法的基础上，向工作室内通入一些化学反应气体，使之在电场中电离，这样不同成分的离子射向工件表面并发生化学反应形成新相的沉积层。此法可在工件表面形成TiC、Al2O3等薄膜，因而显著提高工件的耐磨性。,(1)离子注入首先将待注入元素的原子在离子源中电离，从离子源引出后经过离子加速器后进入磁分析器对离子进行筛选, 选出指定能量和质量的离子再经过聚束扫描后均匀射入工件表面。此法可以根据需要自由地选择注入元素，不受热力学相平衡、固溶度等物理冶金因素的限制。,(2)化学镀原理：当工件浸入镀槽中，在工件表面上发生阴极(Men+ + ne Me)和阳极反应(R - qe Rq-)，由于工件表面上的电化学反应而使镀液中金属离子成为原子而沉积在工件表面形成镀层。关键：还原剂的选择。最常用的还原剂有次磷酸盐和甲醛，近来又发现硼氢化物，胺基硼烷类和肼类衍生物等作为还原剂也具有良好的效果。,（三）激光热处理激光热处理是利用激光加热工件，依靠工件本身的传热来实现冷却淬火的工艺。特点： 可在0.3s达到最高温度，1s内冷却到Ms点，可在表面层获得全部马氏体组织。 激光热处理不受钢种的限制，与钢的淬透性无关。,本节结束,
