材料表面处理技术

材料表面处理技术

摘要：介绍了表面处理技术的内容，现代材料表面处理技术与传统表面处理技术的区别，重点介绍了表面处理技术在模具上的应用和发展，最后针对材料表面处理技术研究和应用所存在的问题，提出了自己的看法。

关键词：表面处理技术区别模具问题。

一、表面处理技术的内容

材料表面处理技术与工程,是80年代以来世界十大关键之一的新兴技术,现已迅速发展成跨学科的、综合性强的新兴的先进工程技术,涉及到材料、物理、化学、真空技术及微电子学等许多学科,应用领域非常广。

表面处理技术包括：表面覆盖技术、表面改性技术和复合表面处理技术。1)表面覆盖技术

这项技术的种类很多,目前主要有下列24类:1电镀；2电刷镀；3化学镀；4涂装；5粘结；6堆焊；7熔结；8热喷涂；9塑料粉末涂敷；10电火花涂敷；11热浸镀；12搪瓷涂敷；13陶瓷涂敷；14真空蒸镀；5溅射镀；16离子镀；17普通化学气相沉积；18等离子体化学气相沉积；19金属有机物气相沉积；20分子束外延；21离子束合成薄膜技术；22化学转化膜；23热烫印；24暂时性覆盖处理。上述每类表面覆盖技术又可分为许多种技术。例如电镀按镀层可分为单金属电镀和合金电镀。单金属镀层有锌、镉、铜、镍等数10种,合金镀层有锌铜、镍铁、锌-镍-铁等100多种。按电镀方式,可分为挂镀、吊镀、滚镀和刷镀等。某些分类有重叠情况,例如塑料粉末涂敷可归入涂装一类,但由于其特殊性,故单独列为一类。又如陶瓷涂敷,其中不少内容可归入热喷涂一类,但考虑其完整性,也单独列为一类。有些技术,尤其是一些新技术,根据其特点和发展情况,在需要时可单独列为一类。例如片状锌基铬盐防护涂层(又称达克罗等),是由细小片状锌、片状铝、铬酸盐、水和有机溶剂构成涂料,经涂敷和300℃左右加热保温除去水和有机溶剂后形成涂层,因具有涂层薄、防蚀性能优良、无氢脆、耐热性好、附着性高以及无环境污染等优点,所以发展迅速,可考虑从涂装中单独列出。

2)表面改性技术

目前大致可分为以下几类:喷丸强化；表面热处理；化学热处理；等离子扩渗处理；激光表面处理；电子束表面处理；高密度太阳能表面处理；离子注入表面改性。

实际上“表面改性”是一个具有较为广泛涵义的技术名词,它可泛指“经过特殊表面处理以得到某种特殊性能的技术”。因此,有许多表面覆盖技术也可看作表面改性技术。为了使这些覆盖技术归类完整起见,我们说的表面改性技术是指“表面覆盖”以外的,通过用机械、物理、化学等方法,改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态,来获得某种特殊性能的表面处理技术。

3)复合表面处理技术

表面技术种类繁杂,今后还会有一系列新技术涌现出来。表面技术的另一个重要趋向是综合运用两种或更多种表面技术的复合表面处理将获得迅速发展。随着材料使用要求的不断提高,单一的表面技术因有一定的局限性而往往不能满足需要。目前已开发的一些复合表面处理如等离子喷涂与激光辐照复合、热喷涂与

喷丸复合、化学热处理与电镀复合、激光淬火与化学热处理复合、化学热处理与气相沉积复合等,已经取得良好效果,有的还收到意想不到的效果。

二、现代材料表面处理技术与传统表面处理技术的区别

传统的表面处理技术主要为了解决材料的耐磨和耐腐蚀问题,而现代表面处理技术除了解决上述问题外,更赋予材料以新的功能。它以经济有效的方法改善材料表面及近表面区的形态、化学成分及组织结构,并赋予新的复合性能,可获得许多新构思、新材料、新器件和新应用。现代表面技术的内容有三个方面:厚膜涂层技术、薄膜涂层技术及表面改性技术。厚膜涂层技术是以喷涂技术为代表;薄膜技术主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀膜等;表面改性技术以电子束、离子束及激光束表面改性为主。

三、表面处理技术在模具上的应用和发展

1)表面处理技术在模具上的应用

模具表面处理主要是指运用表面技术对模具表面进行改性或涂覆镀层。目前使用的表面处理技术方法多达几十种，主要可以归纳为物理表面处理法、化学表面处理法和表面覆层处理法。

物理表面处理法即对材料进行表面强化处理，以使模具整个或部分表面获得较高的力学性能和物理性能，如硬度、耐磨性、耐疲劳性能以及耐蚀性能等，而芯部或其他部分仍具有良的综合性能。主要包括高频淬火、火焰表面淬火、激光表面淬火、喷丸强化等，这种工艺方法具有设备简单、成本低等优点，但生产率低，模具表面存在不同程度的过热，质量控制比较困难，主要适用于单件、小批量和质量要求不高的模具表面处理。

化学表面处理法是将模具置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种介质渗入模具表面，改变模具表面的化学成分和组织，以改进表面性能和满足技术要求。化学表面处理能有效提高模具表面的耐磨性、疲劳强度、耐蚀性和抗氧化性能，按照表面渗入元素的不同，化学表面处理法可以分渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铝等。渗碳是使模具表面形成一层1～2mm的高含碳量渗层，经过适当淬火与回火处理，可提高模具表面的硬度、耐磨性及疲劳强度，使模具芯部仍保持良好的韧性和塑性。与渗碳相比，渗氮的温度较低（500 600℃），模具渗氮后变形小，渗氮处理后的表面耐磨性、抗疲劳作用、抗热、抗蚀、硬度和抗咬合性能都比渗碳处理后优越;但渗氮工艺复杂、时间长、成本高，般用于耐磨性和精度或抗热都要求较高的模具。碳氮共渗就是同时向零件表面渗入碳和氮的化学处理工艺，也称氰化，由于碳氮共渗污染环境、劳动条件差，已很少应用。渗硼方法有固体渗硼、气体渗硼、盐浴渗硼等，国内外应用较多的是盐浴渗硼和固体渗硼，日本发展了以硼砂溶盐为主的液体渗硼及其他元素的TD法（也称液体渗金属法），提高模具寿命4 20倍表面覆层处理即通过一定的工艺方法在模具工作面上沉积薄层金属或合金，以达到提高模具表面性能的效果，常用的有表面镀层、热喷涂、气相沉积、离子注入等。电镀和化学镀是模具表面处理技术中的传统技术，电镀操作温度低，模具变形较小，镀层的摩擦系数低，可以大大提高模具的耐磨性，但是由于对环境的影响较大，因此应用受到了很大的限制;刷镀是依靠一个与阳极接触的垫或刷提供电镀需要的电解液，电镀时，垫或刷与被镀的阴极作相对运动而获得镀层的电镀方法，其工艺简单，沉积速度快，操作方便，镀层质量和性能较好，易于现场操作，不受模具大小和形状的限制，用在报废模具和大模具的修复上经济效益明显。采用热喷涂金属陶瓷涂层对模具表面进行强化，可提高其硬度、抗黏着、抗冲击、耐磨和抗冷热疲劳等性能，如不锈钢制品拉深