材料表面技术

（三）涂装方法
1. 一般涂装方法 包括刷涂、淋涂、压缩空气喷涂、高压无空气喷涂等。
2. 静电涂装法 3. 电泳涂装法
§4 表面涂敷技术
二、粘涂
材料表面粘涂技术是粘接技术的一个分支，它是将特种功能的胶粘剂
（通常是在胶粘剂中加入有机或无机填料，如二硫化钼、金属粉末、陶瓷 粉末和树脂粉末）直接涂敷于材料表面，使之具有耐磨、耐蚀、耐热、绝 缘、导电、导磁、防辐射等功能的一项新技术，主要用于零件的表面强化 与修复，也可使其获得某种特殊功能。
四、热浸镀
§4 表面涂敷技术
一、涂料与涂装
（一）涂膜的作用
1. 保护作用 2. 装饰作用 3. 标志作用 4. 特殊功能
（二）涂料的组成与类型
涂料一般由四大部分组成：主要成膜物质（如油脂、各类合成树 脂）、颜料、溶剂、助剂。
涂料的主要类型：
1. 普通涂料 2. 水性涂料 3. 粉末涂料 4. 其它涂料
表面工程功能
§1 材料表面技术概述
②节约材料资源。 用铁基粉末烧结成形后渗锌，代替铜制作弹子锁芯，耐 蚀性好，节约了大量铜。 用低碳钢渗铝，代替高合金耐热钢制作渗碳罐，节约了 铬镍资源并降低了成本。 英国汽车排气系统采用渗铝后，寿命比碳钢延长三倍。 钴合金Hs25叶片于1205℃工作2h后，因氧化起皮而失效， 经铬铝共渗后于1205℃，工作100h，仅失重14g/cm2，表面 刚刚起皮。 有人分析，船舶寿命周期一般为20～30年，报废时实际 失效件只是一部分，大约还有70％可以继续工作，如果用表 面强化处理其中一些薄弱部位，可使船舶寿命延长到30～35 年，船舶的全寿命周期费用降低30％左右。
粘涂的一般工艺过程：表面预处理（清洗、粗化、活化）
涂敷（刮涂法、刷涂法、模压法等）
配胶
固化（室温或加热固化）
后处理（如清理、修整或表层机械切削、磨削加工）。
§4 表面涂敷技术
二、粘涂
表面粘涂技术的应用
1. 零件的减磨润滑
粘涂技术获得的涂层通常称为粘结固体润滑膜。在空间技术方面应用 广泛。例如，人造卫星的天线驱动系统、太阳电池帆板机构、光学仪器的 驱动机构和温控机构、星箭分离机构及卫星搭载机械等都使用了粘接固体 润滑膜润滑。 此外，粘接固体润滑膜在高低温条件下的应用已经非常广泛，如火箭、 飞机和汽车等的高温发动机的滑动件、汽缸、活塞环和飞机上的其它高温 滑动件，以及远程炮的炮膛、金属热加工模具、原子核反应堆的有关部件 和耐高温烧蚀螺丝等。
二、材料表面技术的应用
1. 在结构材料及工程构件、机械零件上的应用 2. 在功能材料及元器件上的应用
3. 在新材料的研究与生产上的应用
4. 在环境保护方面的应用
§1 材料表面技术概述
三、表面技术的分类
1. 表面覆层技术
2. 表面合金化技术 3. 表面组织转变技术
四、材料表面技术的特点
1. 只需进行表面改性或强化，可以节约材料。 2. 可以获得特殊的表面层。
喷丸
§1 材料表面技术概述
风电设备表面处理方案： （1）风机叶片 ：喷丸强化 （2）风电齿轮箱：低Ra超精研磨 （3）风机轮毂：抛丸处理 （4）风机塔架：抛丸/喷砂除锈等＋涂防腐涂层
喷丸
§1 材料表面技术概述
喷丸
§1 材料表面技术概述
§2 电镀和化学镀
一、电镀 将零件作为阴极放在含有欲镀金属的盐类电解质溶液中，通 过电解作用而在阴极上（即零件）发生电沉积现象形成电镀层。 （一）单金属电镀 （二）合金电镀 （三）复合电镀 （四）非金属材料的电镀
耐磨性为主，常称为表面硬化（强化）技术。 （2）化学粘接镀、电镀、转化膜等，以提高耐蚀性为主，常称为防 护技术。（1）、（2）有联系有交叉，又相对独立。 （3）气相沉积等，成为制造新材料、机件修复的手段。
§1 材料表面技术概述
一、材料表面技术的目的与作用
1. 提高材料的表面损伤失效抗力
2. 赋予材料表面某种（或多种）功能特性 3. 实施特定的表面加工来制造（或修复）零、部件
§3 化学转化膜技术
一、化学氧化
（一）钢铁的化学氧化
钢铁在含有氧化剂的溶液中进行化学处理，可在其表面生成一层 0.5 ~ 1.5 μm 厚的坚固致密的以 Fe3O4 为主的氧化膜，称为钢铁的化学氧化。由 于 Fe3O4 膜的颜色可以从蓝到黑变化，故又称发蓝或发黑处理。
（二）有色金属的化学氧化
1. 铝及铝合金的化学氧化：将铝及铝合金置于沸水中，或酸性、碱性溶 液中即可发生化学氧化而生成 Al2O3 为主的氧化膜， 其厚度一般可控制在 0.5 ~ 4 μm。 2. 铜及铜合金的化学氧化：在含有氧化剂的溶液中（ 如 NaOH + K2S2O8 ）， 铜及铜合金表面可氧化生成主要为 CuO 或 Cu2O 的氧化膜， 厚度一般为 0.5 ~ 2 μm。
材料表面技术
§1 材料表面技术概述
§2 电镀和化学镀
§3 化学转化膜技术
§4 表面涂敷技术 §5 气相沉积技术 §6 高能束表面技术简介
§1 材料表面技术概述
表面工程是利用物理的、化学的、物理化学的以及机械 的等工艺方法，使工件表面获得可要求的成分、组织和性能， 以提高产量质量的工程。始于20世纪80年代 。 主要包括： （1）热处理，表面淬火、化学热处理等，以提高表面强度、硬度、
③设备简单、操作容易，适合于金属与非金属镀件。
（三）应用及举例
应用
§2 电镀和化学镀
镀铬系列 电镀黑镍系列
镀铜系列 仿古铜系列
电镀锌系列
§3 化学转化膜技术
引言
一、化学氧化
二、铝及铝合金的阳极氧化
三、磷化处理 四、铬酸盐处理
引言
膜层的方法。
§3 化学转化膜技术
化学转化膜：通过化学或电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物
电镀实验演示视频
电镀生产实例视频 1 2
电镀应用
§2 电镀和化学镀
（1）镀Mo显著提高发动机QT缸体的耐磨性。 （2）汽油机铸铝活塞裙部外表面镀Sn。 （3）活塞环用合金ZT，第一道环镀Cr，第二道环镀Sn或P化。 （4）拉伸钢质零件，毛坯表面需镀Cu或P化，使毛坯表面形成 一层隔离层，能储存润滑剂，具有自润性能。 （5）电镀黄铜（仿金电镀），如Cu-Zn、Sn-Cu-Zn，可能到 18K～24K黄颜色仿金电镀层，可用于：灯饰、日用五金制品；汽 车轮胎子午线钢丝的电镀，提高橡胶与钢丝的结合强度；节约Au， 在镀Au前先镀黄铜。 （6）减摩镀—轴承电镀，电镀软金属如Sn、Pb、In等，在摩擦 表面上改善磨合性能。
3. 表面涂层很薄，涂层用料少。
4. 可以用于修复已损坏、失效的零件。
表面工程功能
§1 材料表面技术概述
①充分发挥材料潜力。 六缸柴油机曲轴喷丸处理后强度提高30％～38％。 冷作模具承受冲击载荷大，其表面耐磨性与心部韧性之 间的矛盾更加突出，经渗B后表面耐磨性由高硬度的硼化物 层承担，再适当地提高回火温度将基体硬度降低到60HRC以 下，使心部韧性得到改善，既发挥了硼化物层的耐磨优势， 又避免发生脆性断裂，可使模具寿命延长十几倍。 气相沉积如CVD沉积α-Al2O3的硬质合金，在1000～ 1500℃时刃部仍保持高硬度，使用寿命比沉积TiC、TiN高2 倍。
表面工程功能
§1 材料表面技术概述
③制作新材料。表面强化处理是制造复合材料的预处理手段。 ④维修与修复。 用刷镀修复的坦克零件，耐磨性是原产品的4.3倍； 刷镀修复万匹马力柴油机的定时齿圈； 热喷涂处理运输船尾轴套； 用化学粘接高温涂料修复船用柴油机排烟管等。
⑤装饰。沉积TiN代替黄金，化学镀仿制各类文物及装饰品以 及各类涂料的装饰等。
二、粘涂
表面粘涂技术的应用
§4 表面涂敷技术
2. 零件的防腐蚀
涂料涂覆于物面上能保护其不受环境的侵蚀，而且涂装施工方便，不 必像搪瓷需大型烘炉、电镀需电镀槽等设备，也不必像阴极保护只限用于 水下、地下浸没部位。 我国某油田埋地管线中，集油管线孔腐蚀速率为2.4mm/a（毫米/年） 不断出现，在经济上造成的损失极大。安徽省化工研究所陈向普等开发了 管道内壁粉末涂装设备和工艺，不仅防腐蚀，且可减少阻力，增加了流量， 减少了维护费用。 为了减少腐蚀的损失，人们采取了许多措施，但迄今仍以有机涂层为 最有效、最经济、应用普遍。
成膜机理：金属与特定腐蚀液（ 化学介质）接触而在一定条件下发生
（电）化学反应，由于浓差极化和阴极极化作用，在金属表面转化 产生 一层坚固、稳定的化合物膜。
主要用途：
（1）防锈耐蚀 （2）耐磨减摩
（3）其它作用，如绝缘性、吸光性或反射光性、染色性等
引言
§3 化学转化膜技术
高速钢刀具氧化处理（蒸气处理）（属转化膜），氧化 膜是Fe3O4，蓝色，多孔，能贮油，润滑、减磨。 ① 与回火工艺相结合； ② 与渗氮工艺相结合，氧氮化处理，外层是氧化膜，散 热，润滑；内层是氮化层； ③ 硫氮共渗＋蒸气处理，可使刀具防锈。
（一）钢铁的磷化处理 除油脱脂 水洗 磷化后处理（如封闭处理）
④减摩用磷化膜 ；⑤电绝缘用磷化膜。
酸洗 水洗
水洗 干燥
磷化
主要应用：①防护用磷化膜； ②涂装用磷化膜 ；③冷加工润滑用磷化膜；
（二）有色金属磷化处理
§3 化学转化膜技术
三、磷化处理
P化应用： （1）柴油机铸铝活塞裙部外表面P化。 （2）活塞环用合金ZT，第一道环镀Cr，第二道环镀Sn或P化。 （3）拉伸钢质零件，毛坯表面需镀Cu或P化，使毛坯表面形成 一层隔离层，能储存润滑剂，具有自润性能。
§2 电镀和化学镀
二、化学镀
（一）基本原理 在无外加电场的情况下，镀液中的金属离子在还原剂的作用下，通过催化 在镀件（金属或非金属件）表面上的还原沉积过程。 （二）基本特点 ①均镀能力和深镀能力好，可在形状复杂的镀件表面产生均匀厚度的镀层 ；
②镀层晶粒细，空隙小，力学性能、物理性能和化学性能优良；
（10）复合镀：在金属基体上分布一些高硬度氧化物、碳化物 质点，常以Ni、Co为主体金属，如化学镀Ni-P、Ni-B为主体 金属，分散硬颗粒是SiC等，Ni-P-SiC复合镀层的耐磨性比镀 Ni层高70％，已用于汽车发动机。
电镀应用
硬币的设计
§2 电镀和化学镀
第五套人民币硬币 1元硬币 白铜、钢芯镀镍 5角硬币 黄铜、钢芯镀铜 1角硬币 不锈钢
电镀应用
§2 电镀和化学镀
（7）车身某些部位，如5门1盖、焊接形成的内腔等，不能 上面漆，甚至不能上电泳漆，往往成了车身整体防腐蚀的 薄弱点。可采用单面镀 Zn或双面镀 Zn钢板，翼子板、车顶 盖也可使用Zn钢板。
镀Zn钢板的镀Zn层7.5～10μm。
双面镀Zn板车身，使用寿命12年。
中高档轿车白车身一般使用镀Zn板，但其表面粗糙度、 清洁度影响镀Zn层附着力。
二、铝及铝合金的阳极氧化
§3 化学转化膜技术
将金属零件（如铝件）作为阳极放置于适当的电解液 中（如硫酸、铬酸、草酸等水溶液），在外加电流的作用 下，表面生成氧化膜的方法。 铝阳极氧化膜的主要特性： （1）多孔性
（2）耐蚀性
（3）耐磨性
（4）电绝缘性
§3 化学转化膜技术
三、磷化处理
将金属放入含有锰、锌、铁的磷酸盐中进行化学处理，使其表面生成一 层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法，即为磷化处理（简称磷化）。 磷化膜厚度一般在1 ~ 50 μm 之间，呈多孔结构，表现出吸附、耐蚀、减 摩等特性。
电镀应用
§2 电镀和化学镀
（9）耐磨镀： ①镀硬Cr：用于耐磨性和修复磨损件、切削超差的工件。硬， 热硬性好，μ小。 ②防护装饰性镀Cr：中间镀层为Cu、Ni、Cu-Sn、Ni-Fe等， 在镀Ni层上再镀Cr—银蓝色镜面镀层。 ③镀黑Cr：用于照相机、武器等，采用不同镀液。 ④镀无裂纹Cr（裂纹影响金属腐蚀性能），由于镀Sn钢板价 格上涨，用镀Cr钢板—无锡钢板。
§3 化学转化膜技术
四、铬酸盐处理
将金属或金属镀层放入含有某些添加剂的铬酸或铬酸盐溶液中， 通
过化学或电化学的方法在金属表面生成以铬酸盐（三价铬或六价铬）为主
的膜的方法，有时也称钝化。
铬酸盐膜的主要特性：
（1）对基体金属的保护作用 （2）表面装饰性
§4 表面涂敷技术
一、源自文库料与涂装
二、粘涂
三、热喷涂
电镀应用
§2 电镀和化学镀
（8）耐蚀镀： ①镀Zn，如镀Zn钢板；还可电镀Zn合金，如Zn-Ni（13％）， Ni4Zn3金属间化合物。 ②镀Sn，美丽的光泽，对含果实类耐有机酸耐蚀能力很好，对 Sn的钎焊性能好，用于食品罐头盒、无线电接插件及引线等 元件。 ③镀Ni，常存在孔隙，需多层电镀，用于汽车、仪表等。 ④镀Cu，用于多层电镀的底层或中间层。 ⑤镀Mn，用于海水中混凝土钢筋。