表面工程

2表面淬火处理之前常需要进行预先热处理（调质，正火，球化退火处理）使碳化物成自由铁素体均匀，细小分布，以便于快速加热时奥氏体的均匀化。
等离子体热扩渗原理（气体放电伏安特性曲线，曲线特征）：使气体由绝缘体变成导体的现象称为气体放电。气体放电的条件是：1） 有一定的电场强度；2） 气体中存在带电粒子。 在低真空中，两个平板电极间即稀薄气体阴阳两极间的伏安特性曲线可分为五个区域：
（1） 它（被）激放电区（OC段）：气体放电是靠外电离源维持，电流极弱，电流与电压成线性关系（2） 自激放电区（CE段）：电压达到C点后，碰撞产生的二次电子可以维持自持放电（雪崩现象）。C点为起辉电压，与气体压强P和极间距离d的乘积有关（巴邢曲线），并有极小值Vmin。（3） 正常辉光放电区（EF段）：辉光覆盖面积逐渐增大，但极间电压不变（电流密度保持不变）。（4） 异常辉光放电区（FG段）：随着极间电压升高，阴极电流密度增大。（5） 弧光放电区（GK段）：当极间电压达到或超过G时，电流突然增大，极间电压陡低，形成电弧放电。一，辉光放电区：辉光放电时，两极间电位降落不均匀，发光强弱也不一致，阴极附近的电位降落很剧烈，两极间电位差绝大部分加于阴极附近很窄的区域，此区域辉光最强称阴极辉光区。改变两极距离，辉光厚度无明显变化，但当两极间距离小于辉光厚度时辉光将熄灭。可以用来对非扩渗部位局部防渗。二，阴极溅射：在辉光放电时，电离出来的正离子在电场作用下轰击阴极表面，并使阴极材料某些原子和电子逸出表面这种现象即阴极溅射。在离子热扩渗中，开始阶段利用强阴极溅射清洁工件表面，热扩渗时控制阴极溅射以保持工件表面的粗糙度和获得所需要的渗层组织。 热喷涂原理：采用各种热源是涂层材料加热熔化或半熔化，然后用高速气体是涂层材料分散细化并高速的撞击到基体表面形成涂层。热喷涂技术方法：①火焰喷涂工艺有线材，粉末和爆炸喷涂； 一半通过氧-乙炔气体燃烧提供热量加热熔化喷涂材料，通过压缩气体雾化并加速喷涂材料，随后在基体上沉积形成涂层，具体的喷涂用线材送入喷枪后，由喷枪内的驱动轮连续输送到喷嘴，在喷嘴前端被同轴燃烧气的火焰加热而熔化，然后被压缩空气雾化并加速，喷涂在基体表面。②电弧喷涂工艺两根彼此绝缘并加有18~40V直流电压的线形电极由送丝结构向前输送，当两极靠近时，在两线顶端产生电弧并使顶端熔化，同时吸入的压缩空气使熔融的液滴雾化并形成喷涂末流，沉积在工件表面，该法仅适用于可导电的金属线材③等离子喷涂既以等离子火焰作为热源对喷涂材料加热；等离子体是由电离了的原子，分子，离子与电子组成的导电气体，当气体的原子被激发到高能及上会释放出电子并成为带正电荷的粒子，从而组成导电气体等离子体，其成为物质的第四态，整体电中性，内部导电。据电离程度高低，分三大类①高温高压等离子体，电离度100%，温度可达几亿度，用于核聚变②低温低压等离子体，电离度不足1%，温度仅为50~250℃，用于辉光粒子热扩渗③高温低压等离子体，约有1%以上的气体被电离，具有几万度的温度，热喷涂用的就是这类等离子体。 爆炸喷涂：将氧气和乙炔输送到枪管内，同时加入喷涂粉末，利用氧气和乙炔气点火燃烧，造成气体膨胀而产生爆炸，释放出热能和冲击波，热能使喷涂粉末熔化，冲击波则使熔融粉末以700～800m/s的速度喷射到工件表面上形成涂层。 铝阳极氧化特性曲线与氧化膜生长 特性曲线：AB段，在通电后数秒钟内，电压急剧上升，这是因为在铝表面形成连续无孔的氧化铝膜，无孔膜电阻大，阻碍反应进行，此时膜层厚度主要取决于外加电压高低，电压越高，膜越厚。 BC段：电压上升到最大值B主要取决于电解液的性质和温度，溶解作用越大，电压峰值越低，电压达到一定数值后开始下降，这是因为膜层局部被溶解或被击穿，产生了孔穴，氧化膜的电阻下降，电压随之下降，使反应继续进行 CD段：电压下降到C点后趋于平稳，阻挡层厚度不再变化，氧化膜Al2O3'H2O的生成和溶解速度在一个基本恒定的比值下进行膜层孔穴底部向金属内部转移，随时间延长，孔穴加深变孔隙，孔隙间隙层加厚，成为孔壁，孔壁与电解液接触部分氧化膜不仅被溶解，而且被水化为Al2O3'H2O,氧化膜变为导电的多孔层结构，厚度达几十到100微米，当膜的溶解速率与膜的生成速率相等时，膜层便达到一定的极限厚度不再生长。首先生成致密的阻挡层，然后被溶穿或击穿反应继续进行。 真空蒸发镀膜的成膜机理：有核生长型，单层生长型和混合生长型三种基本类型。核生长型：蒸发原子是在基片表面形核并生长，合并成膜的过程。沉积开始时，晶核在平行衬底（或基材）表面的两维尺寸大于垂直方向尺寸，继续沉积时，晶核密度不明显增大，沉积原子通过表面扩散与已有晶核结合并长大。单层生长：是沉积原子在基片表面上均匀覆盖，以单原子层的形式逐次成型。混合生长型是在最初的一两个单原子层沉积之后再以形核与长发的方式进行。 常用工业激光器电工系统（组成）分类：激光材料加工系统一般由激光器，导光聚焦系统和加工工作台组成；应用最多的工业激光器有如下三类：二氧化碳激光器，YAG激光器和推分子激光器
粘着摩损：摩擦面相对滑动，固相焊着点撕裂，导致材料迁移在两摩擦面指尖存在嵌有硬颗粒，在相对运动中导致材料转移。 磨损：即材料在相互摩擦过程中造成的材料损失。是材料三大主要失效形式之一。电镀:指在含有预镀金属的眼泪溶液中，在直流电的作用下，以被镀金属基体作为阴极，以欲镀金属或其他惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面过程技术。化学镀：又称无电解镀，指在无外加电流的状态下，借助合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原称金属并沉积到表面的一种镀覆方法。物理气相沉积（PVD）：以各种物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或图层的过程即为物理气相沉积。化学气相沉积（CVD）：一种化学气相生长法，把一种或几种具有构成薄膜元素的化合物，单质气体通过放置有基片的反应室，借助气相作用或在基片上的化学反应，生成所希望的薄膜。喷砂（丸）：以压缩空气或机械离心力为动力，将石英砂，铁砂，钢珠或其他硬质材料喷射或抛射到材料表面，利用冲击力和摩擦力来清理材料表面的方法。表面形变强化技术1,受控喷丸强化技术：利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度下产生弹、塑性变形和残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。2, 表面滚压技术：在一定压力下用辊轮，滚球或者滚轴对被加工零件表面进行滚压或者挤压，使其发生塑性变形，形成强化层的工艺。 热扩渗：将工件放在特殊介质中加热，使介质中某一种或集中元素渗入工件表面，形成合金层（或掺杂层）的工艺。 固体热扩渗：工件埋入固体渗剂中，加热到一定温度并保温，使工件表面渗入某种元素或多种元素的工艺过程。 液体热扩渗：工件浸入含有欲渗元素的熔融液体中加热保温，使工件表面形成一层该元素的化合物层。有盐浴法，热浸法，熔烧法三种。转化膜：通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变金属外观的一类技术。 着色技术：采用化学或电化学方法赋予金属表面不同的颜色并保持金属光泽的技术。激光熔覆：采用激光束在选定工件表面熔覆一层特殊功能的材料，以改善其表面性能的工艺。激光表面合金化：用高能激光束，以预置图层法或着用送粉法方式，将其他元素的物质熔入基材表面。腐蚀：是材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。
黏着磨损机理：机械加工过的零件表面存在着一定的粗糙度。即在金属表面随机分布着大小不等的微凸体，当润滑油膜不能完全覆盖这些微凸体时，接触将在微凸体之间进行，而不像理想光滑表面那样形成圆形，椭圆形或其他规则形状的接触面积。这样就会导致接触应力产生调幅分布，即一个较大范围的应力场变成了很多分散的微观应力场，每个应力峰对应一个微凸体的接触点。由于实际接触面积远小于名义接触面积，每个微凸体上将承受更大的载荷，当接触面相互压紧时由于微凸体接触面积很小，承受的压力更高，足以引起塑性变形和冷焊现象，焊合点因为表面的相对滑动而被剪断。此外较硬的表面微粒还会造成犁削作用。磨粒磨损原理：将被磨材料简化为无任何塑性变形的刚体，将硬质磨粒简化为一个三角锥体，则在椎体作用下滑动一定距离所磨损的材料体积V与载荷P被磨材料硬度H滑动距离L有KPL/H实际上根据材料塑形或者脆性大小不同磨粒磨损过程存在塑性变形和断裂两种去除机制。 化学腐蚀和电化学腐蚀（定义）【区别】原理 化学腐蚀：（金属在干燥的气体介质或不导电的液体介质中发生的腐蚀）【腐蚀过程中无电流产生】当裸金属表面与干燥的空气或氧气接触事，首先将在表面形成氧分子的物理吸附层，并迅速转化为一层较为稳定的化学吸附膜，随氧化过程的继续进行，反应物质必须先通过膜层然后再与基体起反应，氧化速度往往由传质过程锁控制，在低温时和常温时热扩散不能发生，只可能发生粒子电迁移，此时膜生长速率较慢，在较高温度时膜的生长主要依靠热扩散。 电化学腐蚀：（金属在导电的液体介质中因电化学作用导致的腐蚀）【腐蚀过程中有电流产生】金属材料与电解质接触，将发生电化学反应，在界面处形成双电层并建立相应的电位，金属电极与溶液界面之间存在的电位差叫做金属的电极电位，常用各种金属在某种节制中稳定电位值的代数值大小顺序，腐蚀电位值越负越容易被腐蚀。实际上在电解液中两种金属直接接触就能形成腐蚀原电池。即使是同种材料，由于成分和介质同时存在着不均匀性，是金属表面不同区域电位值存在差异。电位较负的将离子化为阳极，点位校正的区域为阴极，而金属作为良导体，溶液为离子导电体，在阴阳两极电位差的驱动下形成闭路的腐蚀原电池而被腐蚀。电镀的基本原理：在外加电流作用下，溶液中的金属离子在阴极表面得到电子而被还原为金属并沉积于其表面。 金属电沉积步骤：①液相传质步骤，阴极表面附近的金属离子参与阴极反应并迅速消耗，金属水合或络合离子在溶液内部以电迁移，扩散对流等方式去补充②电化学还原步骤，包含前置转换与电荷转移③电结晶步骤，金属原子在阴极表面形成新相，包括晶核的形成与生长。 电镀的实施方式：一挂镀：将零件挂与导电性能良好的材料制成的挂具上，然后浸没入欲镀金属的电镀溶液中作为阴极在两边适当处放阳极，通电后使金属离子在零件表面沉积的一种电镀方法；二滚镀：将欲镀零件置于多角形滚筒中，依零件自重来接通阴极，在滚筒转动过程中实现金属电沉积的。；三刷镀：通过有饱及电解液包套的阳极与作为阴极的零件表面接触，并做相对运动，电解液中的粒子在阴阳极间进行电化学反应，使金属离子沉积，形成镀层过程；四连续电镀：主要用于薄板，金属丝带，分垂直浸入式，水平运动式，盘绕式。工艺：工艺过程包括镀前处理（抛光或打磨，脱脂，除锈，活化等多道工序），电镀，镀后处理（钝化，浸膜）