2015.5.9表面工程学一、预处理
材料表面预处理
（1）化学浸蚀是利用酸与金属材料表面的锈、氧化皮及其他
腐蚀产物起反应，使其溶解而去除的过程，也称为酸洗。
优点：浸蚀彻底，劳动强度低，生产效率高；易于实现机械化、 自动化生产，适于大工件的局部浸蚀。
铁锈：氧化铁、氧化亚铁、含水氧化铁、四氧化三铁
2、抛光
（1）机械抛光是用抛光轮和抛光膏或抛光液对零件表面进
一步轻微磨削以降低粗糙度的过程，可以手工抛光也可以机 械抛光。 抛光轮：棉布、细毛毡、皮革或特种纸制作。 抛光膏：微细颗粒的磨料、各类油脂及辅助材料制成
（2）化学抛光 零件浸在抛光液内，通过化学介质对 金属表面凸出部分的溶解降低表面粗糙 度，提高零件表面光亮度。
NaOH
Na2CO3
Na3 PO4
Na2 SiO3
OPபைடு நூலகம்化剂
温度,℃
50~100 20~40 50~60 50~60 铜* 10~20 锌*,铝 10~20
30~40 80~100 10~20 10~20
10~15 10~15 10~20 10~20
1~2
2~3 2~3
80~95 70~100 ~70 50~60
压力式喷砂机外形
6、喷丸
类似喷砂,但采用钢丸或玻璃丸
丸的粒度一般在6～50目:喷丸速度对于铸铁丸<90m/s, 对钢丸可达120～180m/s
☆喷丸可在钢的表面产生0.15～0.4mm的压应力层,而且
没有含硅的粉尘污染
喷丸除了作为一种清理手段外,更多的方面在于作为一
种表面强化技术手段
3.2.2 除油
4、光饰：在于制备平整而光洁的表面。分为振动光饰和
离心光饰。
《表面工程》PPT课件
平安第一！ 安康第一!
一般的外表技术运用对环境没有什么特殊要求，局部 外表工程技术如涂装技术、气相沉积、外表微细加工对专 业环境有特色要求。 1 喷涂工作环境的要求 1)最好是在无人的封闭工作间内进展； 2) 要有强排风装置，防止粉尘危害；
3)等离子喷涂应有防噪音措施，如戴耳 塞。
2、有机溶剂脱脂 用于金属零件的初步脱脂,如汽油、苯、四氯化碳等。一
般在常温下脱脂。 特点：脱脂速度快、效果好，但溶剂易挥发、易燃、有毒性， 使用时应注意通风。
安阳工学院 表面工程学 梁永政
第三章 外表工程技术的预处理工艺与专业环境
第一节 外表预处理工艺
3、水剂脱脂 以水溶剂作为清洗液去除待处理外表油污的清洗方法。
安阳工学院 表面工程学 梁永政
第三章 外表工程技术的预处理工艺与专业环境
第一节 外表预处理工艺
磨料的选择 滚光磨料有浮石、石英砂、花岗石，皮革角、贝壳、
铁屑，钢砂和陶瓷碎片等 。
刷光：利用金属丝轮或金属丝刷，在刷光机上或用手工 进展刷光的外表清理过程。
作用：去除金属外表上的毛刺、氧化物、 残存的油污及侵蚀后的黑膜等。
第三章 外表工程技术的预处理工艺与专业环境
第一节 外表预处理工艺
〔1〕 热固性塑料、ABS塑料、聚苯乙烯等：用溶剂或清洗 剂去除外表油垢、脱模剂等杂质，并进展粗化处理以使塑 料外表微观粗糙，以提高塑料外表与覆层之间的结合力。 〔2〕 聚烯烃、聚乙烯缩醛等塑料：必须进展外表氧化、酸 处理、电晕放电、紫外线等处理，改变其外表极性，提高 涂膜的附着力和亲水性。
等离子弧外表淬火
电阻外表淬火
安阳工学院 表面工程学 梁永政
第四章 外表淬火和形变强化技术
1表面预处理工艺
1表面预处理工艺（关键因素）指标:（1）表面清洁度（2）表面粗糙度2机械性清理：滚光和刷光、机械磨光和抛光、喷砂或喷丸3.脱脂：化学脱脂、有机溶剂脱脂溶剂、水剂脱脂、电化学脱脂1.表面淬火层的组织：淬硬层、过渡区及心部组织2.表面淬火原理：采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3（对亚共析钢）或者Ac1（对过共析钢）之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。
分类：依据热源不同，分为感应加热淬火、火焰淬火、激光淬火、电子束淬火。
3.表面淬火技术与常规淬火技术的区别：1）提高加热速度将使钢的相变点温度A c3与Ac cm大幅度提高，但使A c1温度升高有限；快速加热可使A晶粒及其中亚结构细化；2）快速加热条件下渗碳体难以充分溶解，形成的奥氏体成分也相当不均匀（不均匀A包括未溶碳化物、高碳偏聚区和贫碳区，淬火后形成高碳和低碳马氏体区域，造成显微硬度的微观不均匀。
因此需要预先热处理（调质、正火、球化退火处理））5.影响淬硬层性能的影响因素：（1）材料成分（通过影响材料的淬硬性和淬透性来影响激光淬硬层深度与硬度；随钢中含碳量增加，淬火后马氏体的含量也增加，激光淬硬层的显微硬度也越高）（2）激光工艺参数（3）表面预处理状态（两个方法：a表面组织准备：通过调质处理等手段使钢铁材料表面具有较细的表面组织，以保证激光淬火时组织与性能的均匀、稳定; b表面“黑化”处理：提高钢铁表面对激光束的吸收率。
黑化方法：磷化法，氧化法，喷刷涂料法，镀膜法等。
7.受控喷丸技术原理：又称喷丸强化技术，利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使材料在再结晶温度下产生弹塑性变形，并呈现较大的残余压应力，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。
1.热扩渗技术的突出特点：渗层与基体金属之间是冶金结合，结合强度很高，渗层不易脱落或剥落。
2.热扩渗层形成的基本条件（1）渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物；（2）欲渗元素与基材必须直接接触；（3）3被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度；（4）该反应必须满足热力学条件（靠化学反应提供活性原子）置换反应 A+BCl2(气)→AlCl2 (气) +[B] 还原反应 BCl2(气) +H2→2HCl(气)+[B]分解反应 BCl2(气) →Cl2 (气) +[B]3.渗层形成机理(1)产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面;(活性原子提供方式（热激活能法和化学反应法）)(2)渗剂元素的活性原子吸附在基体金属表面上，随后被基体金属所吸收，形成最初的表面固溶体或金属间化合物，建立热扩渗所必须的浓度梯度；（3）渗剂元素原子向基体金属内部扩散，基体金属原子也同时向渗层中扩散，使扩渗层增厚。
《表面工程学》复习资料
《表⾯⼯程学》复习资料《表⾯⼯程学》复习资料1、表⾯⼯程技术:指为了满⾜特定得⼯程需求,就是材料或零部件表⾯具有特殊得成分,结构与性能得化学,物理⽅法。
2、表⾯⼯程技术分类:(1)表⾯改性技术(2)表⾯微细加⼯技术(3)表⾯加⼯三维成型技术(4)表⾯合成新材料技术。
表⾯:⼀般将固相与⽓相之间得分界⾯称为表⾯。
界⾯:把固相之间得分界⾯称为界⾯3、典型得固相表⾯:(1)理想表⾯,(2)洁净表⾯与清洁表⾯(3)机械加⼯表⾯(4)⼀般表⾯。
4、典型固体界⾯:界⾯指两个块体相之间得过渡区①空间尺度——原⼦间⼒作⽤影响范围⼤⼩②状态——材料与环境条件特征。
(1)基于固相晶粒尺⼨与微观结构差异形成得界⾯(⽐尔⽐层:离表⾯约5nm得区域内,点阵发⽣强烈畸变,形成得厚度约1~100nm得晶粒极微⼩得微晶层。
它具有粘性液体膜似得⾮晶态外观,不仅能将表⾯覆盖得很平滑,⽽且能流⼊裂缝或划痕等表⾯不规则处;下⾯为塑性流变层)(2)基于固相组织或晶体结构差异形成得界⾯(3)基于固相宏观或成分差异得界⾯。
宏观成分差异形成得界⾯:冶⾦结合界⾯、扩散结合界⾯、外延⽣长界⾯、化学键结合界⾯、分⼦键结合界⾯、机械结合界⾯。
5、吸附对材料⼒学性能得影响——莱宾杰效应:许多情况下,由于环境介质得作⽤,材料得强度,塑性,耐性,耐磨性等⼒学性能⼤⼤降低,产程原因:(1)不可逆转物理过程与物理化学过程引起得效应(2)可逆物理过程与可逆物理化学过程引起得效应,这些过程下降,固体表⾯⾃由能,并不同程度地改变材料本⾝得⼒学性能。
这种因环境介质得影响及表⾯⾃由能减少导致固体强度,塑性降低得现象,称为莱宾杰尔效应。
特征:(1)环境介质得影响有很明显得化学特征。
(2)只要很少得表⾯活性物质就可以产⽣莱宾杰尔效应。
(3)表⾯活性熔融物得作⽤⼗分迅速(4)表⾯活性物质得影响可逆(5)莱宾杰尔效应得产⽣需要拉应⼒与表⾯活性物质同时起作⽤。
本质:就是⾦属原⼦对活性介质得吸附,使表⾯原⼦得不饱与键得到补偿,使表⾯能降低,改变表⾯原⼦间得相互作⽤,使⾦属表⾯得强度降低。
表面预处理
表面预处理表面预处理是为了得到良好的涂层，由于工件在加工制造、搬运、保存期间会有油脂、氧化物锈皮、灰尘、锈及腐蚀产物等在表面上，若不除将直接影响到涂膜的性能，外观等，所以前处理在涂装工艺中占有极为重要的地位。
表面前处理为材料表面处理的必经阶段，其是表面处理的基础工序。
表面前处理对整个镀层或涂层的质量、使用寿命、外观均有重要影响。
表面预处理的工艺流程依次为：除油、水洗、除锈、水洗、表调、水洗、磷化（活化）、热水洗、冷水洗、（烘干）。
1、除油：主要有矿物油、润滑油、动植物油脂，比如操作与搬运过程中用手摸等油脂使绝大部分涂层或镀层的附着力严重下降，并影响它的干燥，也使涂层或镀层的硬度和光泽度降低。
脱脂除油主要采用碱性脱脂剂或水性脱脂剂，以浸泡或喷淋的方式，在一定的温度和时间下进行的。
碱性脱脂剂常由NaOH、等混合而成，利用皂化作用使工件表面的油脂脱离材料表面的过程。
NaHCO32、水洗：以清水或蒸馏水漂洗，以免前一工序中的溶液污染到下一工序，而且清水一般采用流动方式清洗工件。
3、除锈：工件表面的氧化物锈皮及腐蚀产物会在涂层或镀层下进一步发生腐蚀蔓延，使涂层或镀层失去屏蔽性和不透湿性。
在高温下能导致涂层和金属的早期破坏，松散的锈皮附着力差，会与涂层一起脱落。
而降低涂层或镀层的附着力。
除锈的方式很多，如碱液法、酸液法、机械法、电解法等。
常见为碱液法或酸液法，采用化学溶液利用化学反应使工件表面的锈皮溶解于除锈液中。
对于电镀而言，其对表面的要求较为严格，故而在溶液除锈后会采用电解除油的方式对工件的表面进行进一步的处理来达到要求。
4、表调（中和）：以酸（或碱）溶液除去除锈工序中表面多余的碱（或酸），调整酸碱度以适应后续工序的进行。
5、磷化：磷化是一种化学与电化学反应形成的磷酸盐化学转化膜的过程。
所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。
磷化的目的主要是给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属的腐蚀和用于涂漆前的打底层，以提高漆膜的附着力与防腐蚀能力，并在金属冷加工工艺中起减摩润滑的作用。
表面预处理概述
表面预处理概述表面预处理就是利用某种工艺方法和手段，使工件的表面得到清理，或者使表面变得粗糙，以保证表面涂（镀）层与金属基体的有效结合。
有时，人们又把表面预处理称为表面调整与净化。
将采取各种加工方式使制品（或基材）表面达到一定表面粗糙度的过程称为表面精整。
所有表面处理技术在工艺实施之前都必须对材料进行预处理，以便提高表面覆层的质量以及覆层与基材的结合强度。
大量实践证明，预处理是表面处理工程技术能否成功实施的关键因素之一。
图3-1 加工制作后表面沾有油污的零部件1.表面预处理的目的和内容表面预处理的好坏，不仅在很大程度上决定了各类覆盖层与基体的结合强度，往往还影响这些表面生长层的质量，如结晶粗细、致密度、组织缺陷、外观色泽及平整性等。
干净的待加工表面也是保证其工艺过程顺利进行和得到高质量改性层的基础条件。
金属原始表面一般覆盖着氧化层、吸附层及普通沾污层，如图3-2所示。
表面预处理的主要内容就是选择适当的方法去除覆盖物，达到与各种表面技术要求相符的清洁度。
（1）对工件进行镀前预处理的目的对工件进行镀前预处理的目的主要有以下几个方面：1）使工件表面几何形状满足涂镀层的要求，如表面整平或拉毛。
2）使工件表面清洁度满足涂镀层的要求，如除油等。
图3-2 金属原始表面示意图1—普通沾污层 2—吸附层 3—氧化层 4—贝氏层 5—变形层 6—基体3）除去化学覆盖层或化学吸附层，包括除锈、脱漆、活化，这样才能获得良好的镀层。
（2）对工件进行镀前预处理的内容镀前预处理包括：整平、除油、浸蚀、表整四个部分。
1）整平主要是除去工件上的毛刺、结瘤、锈层、氧化皮、灰渣及固体颗粒等，使工件表面平整、光滑。
整平主要采用机械方法，如磨光、机械抛光、滚光、喷砂等；化学抛光和电化学抛光用于除去微观不平。
2）除油又称脱脂。
表面油污是影响金属表面处理质量的重要因素，油污的存在会使表面涂层与基体的结合力下降，甚至使涂层起皮、脱落。
除去工件表面油污（包括油、脂、手汗及其他污物）使工件表面清洁的方法有化学除油、电化学除油、有机溶剂除油等。
表面预处理
一、碱液清洗1、普通碱液清洗2、电解碱液清洗二、溶剂清洗1、擦洗用棉纱或旧布蘸溶剂擦除工件表面油污。
该方法简单，不需要专用设备，操作方便；但劳动强度大、劳动保护差，脱脂效果不好，只适用于生产条件较差、脱脂要求不高的场合。
2、浸洗将工件沉浸于有机溶剂中脱脂。
该方法设备简单，操作方便，室温下施工，适合于中小型工件的脱脂清洗。
为了去干净工件表面油污，可将工件依次浸人两个或三个以上的有机溶剂槽中，并用毛刷刷洗。
最后一个槽中应盛有不断更换的完全洁净的溶剂。
为了加快脱脂速度和提高清洗效果，还可采用溶剂超声波清洗法。
3、超声波清洗超声波是指频率高于16kHz的高频声波，常用频率范围为16~24kHz。
当它照射到液体上时，瞬间交替产生正、负压力并反复进行。
当产生负压时，溶液中生成真空空穴，溶剂的蒸汽或溶解于溶剂(液)中的气体进入其中形成气泡，气泡形成的下一瞬间，由于正压力的压缩作用，气泡被破坏而分散，这种形成空穴的现象称气蚀，而气泡破裂的一瞬间所产生的冲击波，形成冲刷工件表面油污的冲击力。
气泡破裂时，公众号：KP8661028瞬间的温度极高，压力极大。
超声波的脱脂作用，主要是利用冲击波对油污层的冲刷破坏，以及由于气蚀引起的激烈的局部搅拌。
同时，超声波反射引起的声压对液体也有搅拌作用。
此外，超声波在液体中还具有加速溶解和乳化作用等。
因此，对于那些采用常规清洗法难以达到清洗要求，以及几何形状比较复杂的零件的清洗，超声波清洗效果会更好。
4、蒸汽清洗溶剂蒸汽清洗可归纳为四种类型：单一蒸汽清洗、喷淋蒸汽清洗、热熔剂蒸汽清洗、沸腾熔剂+热熔剂蒸汽清洗。
1)单一蒸汽清洗：工件单纯在蒸汽区经受蒸汽冷凝作用清洗。
该方法适用于清洗形状简单、重、断面厚的工件和黏附力较小的油污。
2)喷淋蒸汽清洗：工件在蒸汽区中受溶剂喷淋后，停留至蒸汽在其表面不再冷凝为止。
该方法适用于清洗形状较复杂，如带沟槽和不通孔的工件，能清洗黏附力较强的油污。
3)热溶剂蒸汽清洗：工件通过蒸汽区进人热溶剂中浸洗后，升至蒸汽区停留至蒸汽在其表面不再冷凝为止。
表面预处理
表面预处理概念及目的
表面预处理的目的： 产品或零件在实施表面工程技术前，往往需要 经过各种机械加工、热处理以及各车间的周转和存 放，因此，表面上不可避免地存有氧化膜、氧化皮、 锈蚀、油污及沙粒、焊渣、型砂、旧涂膜等。这些 物质必须彻底清除，以便提高表面覆层的质量以及 覆层与基材的结合强度。 表面预处理的过程：除油→除锈→获得具有一 定粗糙度的表面
表面预处理方法二（脱脂）
1）化学脱脂：利用碱（氢氧化钠等）与油 脂反应来去除材料表面的油污； 2）有机溶剂脱脂：利用有机溶剂（如：汽 油、煤油等）对金属表面进行喷、浸、刷或 擦拭等方法去除零件表面油污； 3）水剂脱脂：以水溶液作为清洗液去除待 处理表面的油污，具有不燃烧、不挥发、不 污染空气、生产安全、对人体无害、脱脂效 果好、用量少、价格低等特点； 4）电化学脱脂：将零件挂在阴极或阳极上，利用电极的极化 作用，使油污与零件界面分离，从而去除油污。
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借助机械力除去材料表面的腐蚀产物、油污及其它各种 杂物，以获得清洁表面的过程。 机械性清理具有工艺简单，适应性强、清洁效果好等特 点，适用于除锈、脱脂、除砂型、去泥土和表面粗化等。
表面预处理方法一（机械性清理）
1）机械磨光：利用粘有磨料的磨光轮 对金属表面进行磨削，可去除零件表面 的划痕、毛刺、砂眼、焊缝残留物、腐 蚀痕迹和氧化皮等，使其具有一定的平 整度和粗糙度； 2）滚光：将零件放入盛有磨料和化学溶液的滚桶中，借滚桶 的旋转使零件与磨料、零件与零件表面相互摩擦，以达到清理 零件表面的目的，可去除零件表面少量的油和锈、整平金属表 面，使零件获得一定的表面光泽度； 3）喷砂或喷丸：以压缩空气或机械离心力为动力，将石英砂、 铁砂、钢珠或其它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，可去除金属制品表面的毛刺、氧 化皮以及铸铁表面上的熔渣、焊接件焊缝处的残留物。
表面工程学各章要点
性能比较
单盐电解液 优点
成分简单，成本较低； 阴极电流效率很高； 废水处理方便； 可以使用较大的阴极电流密度。
络盐电解液 优点
阴极极化性能强，而且主要表现 为电化学极化，所以镀层结晶细致， 镀液分散能力好，氰化物电镀液是 典型的例子。
问题和对策
简单金属离子还原反应的交换电 流密度较大，阴极极化性能一般比 较小(镍，铁，钴例外)，因此，镀 层结晶较粗，镀液分散能力和覆盖 能力也较差，仅适用于形状比较简 单的工件。 选择适当的添加剂，可以使镀层 结晶得到明显细化，还可获取光亮 镀层。镀液分散能力和覆盖能力可 以改善。
附加盐的作用
增加溶液的导电性
如：硫酸盐镀镍电解液（主盐为 NiSO4）中加入Na2SO4 或 MgSO4， 酸性镀铜电解液（主盐为 CuSO4）中加入 H2SO4。
提高阴极极化作用
多数附加盐都有较小的提高阴极极化作用，从而使镀层结晶细化。对 此作用的解释是：由于金属离子（如上面所说的Na+离子）的存在及向阴 极的迁移，使阴极附近放电金属离子的浓度降低。
电镀液组成
1. 单盐溶液→SnSO4 ↘CuSO4 溶液中是简单金属离子Sn2+和Cu2+ 。 问题：→需要高的过电位，镀层质量不好→粗糙 2. 络和物溶液→金属离子与络和剂形成络和离子，如[Zn(NH3)4]2+ 络和后溶液的平衡电位向负方向移动，有利于电沉积进行。 如：ψZn2+/Zn=－0.736v ψ [Zn(NH3)4]2+ /Zn=－0.1.26v 但是，关于络和离子的本质与沉积机理至今仍不清楚 白猫黑猫→技术 3. 导电盐→不参加反应，↑溶液导电能力，↓槽端电压。如Na2SO4。 4. 缓冲剂→在弱酸、弱碱溶液中加入，可自行调节PH值，↑溶液稳定性。 5. 阳极活化剂→活化阳极，提高离子供给能力。 6. 添加剂→各种各样，视目的而定。 如：光亮剂、整平剂、润湿剂、细化晶粒剂等等。
表面工程技术的预处理工艺与作业.ppt
• 对于结构件的立面而言，膏体稠度宜相应 调大。
化学浸蚀
• 化学浸蚀的另一种特殊方法就是电解浸蚀。 • 作为阳极(称为浸蚀电极)，附木柄以便持取，电
极与浸蚀面间以厚布等棉织物隔开。 • 工作时浸蚀零部件接于蓄电池的阴极，浸蚀电极
• 表面清洁度与表面粗糙度是表面工程技术 预处理工艺的两个最重要指标。
• 一方面，表面清洁度过低，不但会影响覆 层的完整性、附着力、耐蚀性、装饰性和 功能薄膜性能的连续性，严重时甚至不能 够实施表面工程技术；
• 另一方面，不同的表面工程技术对零件或 制品表面粗糙度的要求也不同。
• 例如，对涂装与热喷涂工艺而言，零件或 制品表面需要有一定程度的粗糙度。
• 局部电镀或氧化时，非镀覆面可采用涂装、 涂蜡或包扎过氯乙烯塑料布等进行绝缘保 护。
局部保护工艺
• 在不需要热扩渗层的金属表面，也要进行 表面保护。
• 例如，需防止渗碳的表面可以电镀或化学 镀上一层铜。
• 有些材料在涂覆前还要进行消等。
2. 喷漆室内流动的空气、温度与湿度应能满 足涂层质量的要求。
3. 喷漆室应有良好的视野和足够的照度。 4. 电器设备应符合防爆要求，喷漆室应有方
便工人应急时及时撤离的通道和门。
气相沉积技术对环境的要求
• 对于气相沉积技术和微细加工技术等用于 微电子工业的表面工程技术来说，除工艺 的精细化、材料的超纯化、设备的精密化 特征外，加工环境的超净化是产品性能和 质量的重要保障之一。
骤。 • 洁净室按气流方式可分为垂直层流式、水平层流
式和乱流式。 • 无论是什么气流方式，洁净室都必须处于正气压
下工作，而且收集的部分空气经过滤后将继续使 用。
表面预处理工艺
表面预处理工艺目前生产中常用的预处理工艺通常分为以下几个步骤：1.表面整平表面整平是指通过机械或化学方法去除材料表面的毛刺、锈蚀、划痕、焊瘤、焊缝凸起、砂眼、氧化皮等宏观缺陷，提高材料表面平整度的过程。
表面整平除保障表面质量外，还起到装饰的作用。
2.脱脂脱脂是指用化学或电化学方法除去表面油脂。
表面油脂是影响金属表面处理质量的重要因素，它会使表面涂层与基体的结合力下降，甚至使涂层起皮或脱落。
3.除锈（酸洗）除锈是指用化学或电化学方法除去金属表面的氧化皮或锈迹。
常用的除锈方法有机械法、化学法和电化学法。
4.浸蚀用电化学方法露出基材表面的过程称为活化。
活化的实质就是弱浸蚀，其目的就是露出金属的结晶组织，以保证涂层与基体之间结合牢固。
基体预处理在表面处理中具有非常重要的地位和作用，具体表现如下：1）为涂层加工做准备。
例如，大型钢结构热喷涂锌和铝涂层制备时对预处理的要求是：喷砂处理、干燥，要求无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈迹。
化学镀镍涂层制备时对预处理的要求是：除油—除锈—水洗—闪镀，基体表面无油污、无锈迹、无铅、无锌等污染即可。
2）基体预处理能增加涂层的功能（防腐蚀、防磨损及特殊功能）。
例如，对有磷化和无磷化处理的同一涂层进行盐雾试验，结果大约相差一倍。
可见，除油、磷化等预处理对涂层的防锈能力起非常关键的作用。
3）增强涂层与基体的附着力。
例如，某些涂料涂层及热喷涂层，基体的结合以机械力为主，这就要求预处理不仅要除油、除锈，还要表面粗化。
表面粗化的目的有两个：一是增大涂层与基体的接触面积；二是增加涂层材料与基体表面的胶合作用，以加强涂层与基体的附着力。
一、表面整平表面整平的方法有磨光、抛光、滚光及振动磨光、刷光、塑料整平和成批光饰。
1.磨光磨光工具包括磨光轮和磨光带。
磨光轮或磨光带上粘有磨粒，利用粘有钢砂或氧化铝等磨料的磨轮在高速旋转下以10～30m/s的速度磨削金属表面，除去表面的划痕、毛刺、焊缝、砂眼、氧化皮、腐蚀痕和锈斑等宏观缺陷，提高表面的平整程度。
表面工程复习
第三章表面工程技术的预处理与作业环境关键因素: 表面工程预处理,指标:1表面清洁度 2表面粗糙度第一节：表面预处理工艺机械性清理: 1滚光和刷光2机械磨光和抛光3喷砂或喷丸脱脂：化学脱脂，有机溶剂脱脂，水剂脱脂，电化学脱脂。
第四章第一节表面淬火技术的原理与特点1.2、表面淬火技术与常规淬火技术的区别1）提高加热速度将使钢的相变点温度A c3与Ac cm大幅度提高，但使A c1温度升高有限；快速加热可使A晶粒及其中亚结构细化；2）快速加热条件下渗碳体难以充分溶解，形成的奥氏体成分也相当不均匀。
不均匀A包括未溶碳化物、高碳偏聚区和贫碳区，淬火后形成高碳和低碳马氏体区域，造成显微硬度的微观不均匀。
因此需要预先热处理（调质、正火、球化退火处理）1.3、表面淬火层的组织与性能硬度分布图P51表面淬火层的组织:工件加热以后的金相组织与加热温度沿加热温度沿试样横截面分布有关，一般分为淬硬层、过渡区及心部组织.性能:硬度比普通淬火高2~5HRC耐磨性比普通淬火好2.2、感应加热淬火工艺流程1预先调质处理目的：为感应加热淬火作好组织准备和使工件在整个截面上具备良好的力学性能。
2确定加热温度与加热方式存在一最佳的温度范围，在此范围内加热所得工件硬度与强度比普通淬火高2~3HRC；同时加热方式和连续加热方式。
3根据工件要求选择比功率比功率越大，加热速度快，工件表面温度高；不足，加热深度层增加，过渡区增大；大小由淬硬层深度和淬火区温度确定4设计感应加热器5确定冷却方式与冷却介质喷射冷却法；可调节介质的喷射压力，温度与时间等参数来控制冷速6制定回火工艺参数回火温度略低于常规工艺淬火时的温度，得到淬硬层保持有较高的残余应力。
局限性1与普通淬火相比，设备的成本较高； 2感应加热时，容易使零件的尖角棱边处过热，即导致所谓“尖角效应”； 3对于一些形状复杂的零件而言，感应加热淬火难以保证所有的淬火面都能够获得均匀的表面淬火层。
第四节激光淬火与电子束淬火技术4.1、激光淬火技术分类：CO2激光淬火和YAG激光淬火影响因素：1材料成分1）通过影响材料的淬硬性和淬透性来影响激光淬硬层深度与硬度；2随钢中含碳量增加，淬火后马氏体的含量也增加，激光淬硬层的显微硬度也越高。
表面技术2-表面预处理
工艺4
碳酸钠
磷酸钠 硅酸钠
OP乳化剂
温度 水
适用范围
25~35g/L 10~20g/L
15~30g/L
25~35g/L 10~15g/L
10~20g/L 10~20g/L
40~60g/L 20~30g/L
15~30g/L 10~20g/L
2~3g/L
80~95℃ 加至1.0L
钢铁
70℃ 加至1.0L 铜及铜合金
析出的氧气使表面氧化；使一些有色金属产生阳极腐蚀 优点: 不产生“氢脆”
c) 阴阳极联合除油 吸取阴/阳极除油的优点
☆工件先作为阴极,随后短时间作为阳极,以除去氢气
除油液的组成及工艺条件 氢氧化钠（g/L） 碳酸钠（g/L） 磷酸钠（g/L） 硅酸钠（g/L） 温度（℃） 电流密度（A/dm2）
时间（min）
H2
OH H2 H2
OH 在工件附近富集洗涤油脂
H2
以大量小气泡逸出,对油膜起强烈的撞击作用
阴极 工件
撕裂油膜成细小油珠 随气泡上升至液面
•阴极除油快,但可能因氢渗入金属内部而
引起氢脆,高强度钢和弹簧不宜采用
阳 极
溶液
b) 阳极除油 工件作阳极
近阳极: 4OH 4e O2 2H2O 缺点:由于析出的氧气少;乳化能力弱;且 OH减少,不利于除油
60~80℃ 加至1.0L 铝及铝合金
60~80℃ 加至1.0L 锌及锌合金
3.电化学除油
将零件挂在阴极或阳极上, 利用电极的极化作用, 使油 污与零件界面分离, 从而去除油污。
特点: 速度比化学除油快好几倍,除油彻底
－＋
a) 阴极除油过程
溶液－成分类似化学除油液,浓度较低
表面工程技术的预处理工艺与作业环境
掌握表面预处理工艺的重要性及主要流程。
前言：
定义：清除材料表面杂质，露出材料(金属)本色使并使其处于活化状态，获得“清洁表 面”甚至“洁净表面”，以提高表面覆层的质量以及覆层与基材的结合强度。 表面调整与净化，表面精整 所有表面工程技术在实施之前都必须对材料表面进行预处理。预处理是表面工程技 术能否成功实施的关键因素之一。 表面清洁度与表面粗糙度是两个最重要指标。 不同的表面工程技术对零件或制品表面粗糙度的要求也不同。 表面预处理工序主要包括脱脂、除锈和获取一定程度粗糙度的表面等几部分。
二、脱脂
1. 化学脱脂 2. 有机溶剂脱脂 3. 水剂脱脂 4. 电化学脱脂 超声波清洗
超声波清洗：
超声波清洗机
工作原理：超声波功率发生器产生20-40KHz的超声电能，通过超声换能器转换
为机械振动，清洗液在超声波的作用下，产生大量的微小气泡，这些气泡在超声 波纵向传播的负压区形成，并在正压区迅速闭合，这种现象称为空化。空化过程 气泡闭合时形成超过1000个大气压的瞬间高压，连续不断产生的瞬间高压，就象 不断的在物体的表面进行爆炸，使物体表面和缝隙的污垢迅速剥落，达到清洗的 目的。
实例：超声波除油Leabharlann 三、化学浸蚀、抛光和电化学抛光
1.化学浸蚀 2.电化学抛光 3.化学抛光
四、脱脂-浸蚀综合处理
五、其它表面预处理工艺
1. 局部保护工艺
为确保表面层的质量能满足各种使用要求，必须根据不同的基体材料和不同的表面 工程技术，合理地进行各种表面预处理工序。 要获得理想的表面层，表面准备工序与表面工程技术实施时选择最佳工艺参数具有 同等的重要性。
3.2 表面工程技术的作业环境
基本要求：通风、清洁、安全
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金属丝类型 材 料 规 格 很 细 黄铜丝 细 中、粗 很 粗 镍—银丝 同 上 主 要 用 途 得到细致的缎面 得到缎面 得到粗糙的缎面，进行丝纹刷光 对浸蚀后的铜、黄铜、铸铁表面进行清理 使用场合基本与上相同，但用于要求用金属丝刷轮 处理后仍保持白色的软金属零件的加工，因为黄铜 丝刷轮加工后会留下黄色 得到缎面，进行丝纹刷光 丝纹刷光 表面清理，去毛刺 使用场合与钢丝刷轮相似，但可防止零件表面变色 和生锈，因价贵而少用
思考题
1.材料表面工程技术为什么能得到社会 的重视获得迅速发展？ 2.表面工程技术的目的和作用是什么？ 3.为什么说表面工程是一个多学科的边 缘学科？
第二章 表面改性处理中的预处理
预处理概述
表面预处理进行处理，目的：除去材料表面油污、氧化
物、除去毛刺、毛边。就是恢复材料表面和内部差别的过 程，使表面洁净并处于活性状态！影响涂层性能；影响附 表面预处理就是恢复材料表面和内部差别的过程，使表 着力！ 面洁净并处于活性状态！影响涂层性能；影响附着力！ 技术：化学（碱、表面活性、溶剂）、物理（超声、冲 击、真空）和机械（抛光、磨光）
选择磨料粒子的原则
需要滚光孔壁时，磨料粒子的直径应小于孔径。
零件上有螺纹孔时，磨料粒子的直径应大于螺纹孔径。
不可选用粉状或过大尺寸的磨料。
滚筒装载量
装载量最少不低于30％，最多不高于90％。 滚光液的选择：
碱性水溶液：氢氧化钠、碳酸纳、皂角粉等加少量乳化液；
酸性水溶液：盐酸、硫酸、皂角粉等加少量的缓蚀剂。
6 40～50 40～50
8 15～20
5～10
10 1～ 2 2 ～4
5～10
5～10 2～ 3
10～15
10
60～90
80～95
70
70
10 40～70
60～80
表面清洗： 碱液法：利用碱液与油脂起化学反应除去工件表面上的油污。
碱液应具有：润湿性能好，表面张力低，对固态油污的弥散性 好。
超音速喷丸：速度300-500m/s，效率是普通喷丸的2-4倍， 大型构件。
3 喷砂 用压缩空气将喷砂喷射到工件表面，利用高速喷沙，除 去工件表面锈蚀、氧化皮及其他污物。硬质颗粒高速撞 击工件表面，以除污垢。 。
喷砂（丸） 喷砂分干喷和湿喷两种。
特点：效率高，污染小，可清理各种形状零件，清理质量好。
2 40～60 60 15～30 3～5
40 5 40 40～70 5～10 5～10
抛 光 提高被处理零件表面光亮度。工件仅 依靠化学浸蚀作用而达到抛光的过程称 为化学抛光。 1 化学抛光
零件浸在抛光液内，通过化学介质对 金属表面凸出部分的溶解降低表面粗糙 度，提高零件表面光亮度。 特点：产生一些有害气体，适合处理 形状复杂的零件，生产效率高。
(1)有机溶剂除油：如汽油、苯、四氯化碳等。一般在常温下 脱脂。 方法：（3）浸泡-蒸洗 工件通过蒸汽区进入热溶剂中浸泡， 上升到蒸汽中至不在其表面冷凝为止，形状复杂、带沟槽和 不通孔的工件。
表面清洗：脱脂处理
1
溶剂法(有机溶剂对油脂类物质的溶解作用)
(1)有机溶剂除油：如汽油、苯、四氯化碳等。一般在常温下 脱脂。 方法：（ 4 ）沸腾溶剂 - 浸泡 - 蒸洗 工件进入沸腾溶剂中，刷 除油污和铁屑，转入热溶剂中浸泡降温，上升到蒸汽中至不 在其表面冷凝为止，形状复杂、严重污染的工件。
表面清洗：脱脂处理 方法：浸泡用溶剂不断搅拌浸洗工件或用溶剂喷淋工件，直到 工件表面油污除净为止。 蒸洗：将有机溶剂装在密闭容器底部，工件挂在溶剂上面，加 热溶剂使溶剂蒸气在工件表面冷凝成液体，已将油污洗下落 回容器底部。 联合： 特点：脱脂速度快、效果好，但溶剂易挥发、易燃、有毒性， 使用时应注意通风。
很 细 钢 丝 细、中 粗、很粗 不锈钢丝 同 上
2 滚光 工件和磨料、化学溶液一起在滚筒旋转滚动 （ 滚 筒 转 速 30~60 转 / 分钟） ，使工件和磨料之间发生滚动摩擦，起到清 除污垢的目的。多用于小零件成批处理 特点：清理效率高，适用于大批量的小型零件。
磨料的选择 滚光磨料有浮石、石英砂、花岗石，皮革角、贝壳、 铁屑，钢砂和陶瓷碎片等 。
3 喷丸 犹如小锤反复击打表面，使表面产生塑性变形，并产生 一定厚度的冷作硬化层。强化层与基体材料组织结构和 应力状态不同，位错和亚晶粒，控制疲劳源的产生，提 高了材料的疲劳强度和残余压应力？。 可抵消引起疲劳破坏的循环拉应力，抑制疲劳源的产生， 延缓疲裂纹的扩展，提高疲劳强度。 喷丸清理的也有粗化零件表面的作用，可提高涂层结合 强度。 喷丸对金属表面还有强化的作用。
(1)有机溶剂除油：如汽油、苯、四氯化碳等。一般在常温下 脱脂。 方法：浸泡用溶剂不断搅拌浸洗工件或用溶剂喷淋工件，直到 工件表面油污除净为止。蒸洗、联合
表面清洗：脱脂处理
1
溶剂法(有机溶剂对油脂类物质的溶解作用)
(1)有机溶剂除油：如汽油、苯、四氯化碳等。一般在常温下 脱脂。 方法：（ 1 ）单一蒸洗 将有机溶剂装在密闭容器底部，工件 挂在溶剂上面，加热溶剂使溶剂蒸气在工件表面冷凝成液体， 已将油污洗下落回容器底部。
吸入式喷砂机外形
压力式喷砂机外形
吸入式喷砂枪
吸入式：压缩空气在喷枪的射吸室造成负压，吸入并随气流 从喷嘴喷出。结构简单，吸入量有限，粗化效果差。 压入式：压力和自重，压入喷砂管，由压缩空气推动，加速， 高速喷出，速度快，量大，效率高，适合大型工件。
喷砂设备
表面清洗：脱脂处理 去除被处理零件表面的油污。皂化性油（与碱反应）和非 皂化性油 1 溶剂法(有机溶剂对油脂类物质的溶解作用)
化学抛光
含量％ 硝酸 硫酸 盐酸 过氧化氢 磷酸 草酸 冰乙酸 氟化氢铵 尿素 苯甲酸 铬酐 乙醇 酸性橙黄染料 水 PH 温度 (℃) 时间 (min) 常见金属化学抛光工艺规范 钢 铁 不锈钢 铜及铜合金 铝及铝合金 1 2 3 4 5 6 7 8 40mL 180 50~60 60~65 60 500 0.1 100~110 230mL 100 40~50 70mL 30~50 70~80 430~47 550 0 800 25~40 270 20 20 30 1~1.5 2 5~10 2~3 660mL 2.1 15~30 15~30 2~30 0.5~2 70~85 2~5 50~80 3~20 室温 1~2 20~45 0.5~1.5 90~110 1~2 室温 0.5~1 60～70
表面清洗：脱脂处理
1
溶剂法(有机溶剂对油脂类物质的溶解作用)
(1)有机溶剂除油：如汽油、苯、四氯化碳等。一般在常温下 脱脂。 方法：（2）喷淋-蒸洗 工件在蒸汽区受喷淋后，停留在蒸汽 中至不在其表面冷凝为止，形状复杂、带沟槽和不通孔的工 件。
表面清洗：脱脂处理
1
溶剂法(有机溶剂对油脂类物质的溶解作用)
磨光 粘有金刚砂或氧化铝等磨料的磨轮在高速旋转下
磨削金属表面，除去表面的划痕、毛刺、焊缝、砂眼、 氧化皮、腐蚀痕和锈斑等宏观缺陷、提高表面的平整度 的过程！
较高硬度材料均可作为磨料：例如石英砂、金刚砂
速度越大表面越光滑，但太大磨损消耗、太小速度慢！
机械打磨
(2)
（ 3 ）金属轮、刷（刷光）：用金属丝摩擦金属表面，水、表面 活性剂溶液冲洗绣斑、毛刺等氧化皮等。 特点：手工操作，劳动强度大，有粉尘污染。
常用金属高温碱液脱脂的工艺规范
含量（g/L） 氢氧化钠(NaOH) 碳酸钠(Na2CO3) 磷酸钠(Na3PO412H2O) 碳酸氢钠(NaHCO3) 焦磷酸钠(Na4P2O710H2O) 硅酸钠(Na2SiO3) 表面活性剂 OP 乳化剂 海鸥洗涤剂(mL/L) pH 值 温度(℃) 1 50～100 20～40 30～40 钢 2 20 20 20 铁 3 20～30 30～40 30～40 铜及铜合金 4 5 10～15 20～30 10～20 50～70 10～20 铝及铝合金 7 15～20 5～10 10～15 10～15 1～2
氢氧化钠(NaOH) 碳酸钠(Na2CO3) 磷酸钠(Na3PO412H2O) 硅酸钠(Na2SiO3) 30～50 表面活性剂 40％线性烷基磺酸钠 三聚磷酸钠(Na5P3O10) 温度(℃) 80 70～80 电流密度(A／dm3) 10 2～5 阴极脱脂时间(min) l 阳极脱脂时间(min) 0． 2～0． 5 5～10
(2) 水溶性清洗剂
由表面活性剂、缓蚀剂等组成。用超声波清洗效果更好。 特点：可在常温下脱脂，加温脱脂效果更好。使用安全、无 污染、价格低。
2 化学法（1）
利用碱溶液对皂化性油脂的皂化作用和表面活性物质对非皂 化性油脂的乳化作用，除去工件表面上的各种油污。乳化作用： 非皂化性油脂和乳化剂作用生成乳浊液的过程，变成微小油珠， 与表面脱离并分布溶液中。
水玻璃：有较强的乳化能力和一定的皂化能力。但残留在 工件表面上的水玻璃较难洗净，应与磷酸三钠配合使用。
化学法（2） 乳化剂：分子具有亲水基团和憎水(亲油)基团，在除油过程 中，其憎水基团指向油污而亲水基团指向溶液，降低油－溶液 界面张力，油污以极细小的油珠脱离零件表面进入溶液中成乳 浊液。
粘污层、吸附层、氧化层和变形层 良好的表面清洁度
预处理的目的： 清除被处理材料表面附着的杂质，使 处理后的材料本体表面的原子能和处理 介质（气相或液相）的原子相接触，原 子直接在材料本体上沉积或向材料内部 扩渗；
有利于提高覆盖层与基体材料之间的 结合强度和生长层的质量 :结晶粗细、 致密性、组织缺陷、平整性
特点：脱脂效果好，速度快。阴极 脱脂易引起高强钢氢脆；阳极脱脂易 对有色金属产生腐蚀。
电化学法（2）
含量（g/L） 表4—5 钢 l 10～30 电化学脱脂液的组成和工艺规范 铁 铜及其合金 3 50 4 40 1 5 70～90 3～8 5～8 0.3～0.5 60 5～10 l 4 10～15 20～30 50～70 10～15 5 5～10 10～20 20～30 1～2 6 25 23 40 2 10 铝及其合金 7 10 8 0～5 0～20 20～30