耐磨涂层制备与加工

1、材料0802：高昊李聪、张鑫洲、 张志超、李树强、陈渊、陈曦、张国琎、刘鑫、徐然 什什么么是涂是涂层层？ 涂层可定义为用物理的、化学的、或者其他方法，在金属或非金属基体表面形成的涂层可定义为用物理的、化学的、或者其他方法，在金属或非金属基体表面形成的一层有一定厚度、不同于基体材料且有一定的强化、防护或特殊功能的覆盖层。一层有一定厚度、不同于基体材料且有一定的强化、防护或特殊功能的覆盖层。 涂涂层层材料有材料有哪哪些？些？ 金属涂层：如铜、镍、铬、银等；金属涂层：如铜、镍、铬、银等；非金属涂层：油漆、树脂等高分子，各种无机非金属材料，如硅酸盐及有色矿物；非金属涂层：油漆、树脂等高分子，各种无机非

2、金属材料，如硅酸盐及有色矿物；复合材料涂层：如热喷涂铝层加封闭材料所形成的复合防腐涂层。复合材料涂层：如热喷涂铝层加封闭材料所形成的复合防腐涂层。 涂涂层应该怎么层应该怎么分分类类？ 按涂层材料：金属涂层、非金属涂层、复合材料；按涂层材料：金属涂层、非金属涂层、复合材料； 按涂层制备方法：电镀层、氧化层、化学转换层、热浸镀层、热喷涂层按涂层制备方法：电镀层、氧化层、化学转换层、热浸镀层、热喷涂层 按涂层功能：防腐、按涂层功能：防腐、耐磨耐磨及特殊涂层。及特殊涂层。Ni-W:主要性能如下主要性能如下: 1. 1.涂层硬度高、结构致密、孔隙率低、耐磨性好；涂层硬度高、结构致密、孔隙率低、耐磨性好；

3、 2. 2. Ni-W合金涂层应力较大，当涂层厚度大于合金涂层应力较大，当涂层厚度大于0.03mm时，易产生裂纹。时，易产生裂纹。Ni-W“D” 涂层应力较小，涂层厚度可达涂层应力较小，涂层厚度可达0.2mm。 工艺操作工艺操作: 如图所示，电极负极接工件，正极接镀笔，镀笔上不溶性阳极用棉花，如图所示，电极负极接工件，正极接镀笔，镀笔上不溶性阳极用棉花，海绵或者泡沫塑料包好，蘸上电镀液直接与工件接触时即可刷镀。刷镀时镀海绵或者泡沫塑料包好，蘸上电镀液直接与工件接触时即可刷镀。刷镀时镀笔需沿工件表面运动，沉积层很薄，镀液中金属离子浓度很高，使用的电流笔需沿工件表面运动，沉积层很薄，镀液中金属离子

4、浓度很高，使用的电流密度比槽镀要大很多倍。密度比槽镀要大很多倍。Ni-P-Co: 涂层性能涂层性能: 电刷镀电刷镀Ni-P-Co涂层为非晶态镀层。这种镀涂层为非晶态镀层。这种镀层在常温和较高温度下均具有较高的硬度和耐磨层在常温和较高温度下均具有较高的硬度和耐磨性。特别是这种镀层在不同热处理温度下，其耐性。特别是这种镀层在不同热处理温度下，其耐磨性与显微硬度基本上呈线性关系，即随镀层显磨性与显微硬度基本上呈线性关系，即随镀层显微硬度增加，镀层耐磨性也提高。微硬度增加，镀层耐磨性也提高。涂层制备涂层制备: 以低浓度加入含铌添加剂的以低浓度加入含铌添加剂的Co-Ni-P系列合系列合金镀液中，常温下应

5、用刷镀方法，即可制得金镀液中，常温下应用刷镀方法，即可制得Ni-P-Co非合金镀层。非合金镀层。涂层性能：涂层性能： 用低碳马氏体打底耐磨型热喷涂用金属粉芯丝。以火焰喷涂或电弧喷涂方式制备的用低碳马氏体打底耐磨型热喷涂用金属粉芯丝。以火焰喷涂或电弧喷涂方式制备的耐磨涂层。耐磨涂层。 涂层制备涂层制备: 用火焰喷涂法或电弧喷涂制备涂层。用火焰喷涂法或电弧喷涂制备涂层。 涂层特点及应用涂层特点及应用 （1）涂层因结合强度高，表面粗糙，因此可做为打底。它可取代镍包铝、铝青铜等）涂层因结合强度高，表面粗糙，因此可做为打底。它可取代镍包铝、铝青铜等打底材料，被认为是优良涂层。打底材料，被认为是优良涂层。

6、 （2）涂层硬度适中，可用于轧辊、风机叶片、汽车曲轴、曲轮轴等各种中等磨损件）涂层硬度适中，可用于轧辊、风机叶片、汽车曲轴、曲轮轴等各种中等磨损件的表面修复。的表面修复。 （3）对于不承受很大冲击载荷的磨损工件，由于这种粉芯丝材经简单除锈，不喷砂）对于不承受很大冲击载荷的磨损工件，由于这种粉芯丝材经简单除锈，不喷砂即可获得一定结合强度的涂层，因此，可用于进行修复或者耐磨性处理。不仅改善工作即可获得一定结合强度的涂层，因此，可用于进行修复或者耐磨性处理。不仅改善工作环境，还可以节约成本。环境，还可以节约成本。涂层性能：涂层性能： 用马氏体不锈钢耐磨耐腐蚀型热喷涂用金属粉芯丝，以火焰或电弧喷涂用马

7、氏体不锈钢耐磨耐腐蚀型热喷涂用金属粉芯丝，以火焰或电弧喷涂方法所制备的涂层，其结构致密，与基体结合强度好，涂层硬度较高，封孔方法所制备的涂层，其结构致密，与基体结合强度好，涂层硬度较高，封孔后有良好的耐盐水及耐气体耐腐蚀性。后有良好的耐盐水及耐气体耐腐蚀性。 涂层制备：涂层制备： 用火焰喷涂或电弧喷涂方法可制备马氏体不锈钢粉芯丝耐磨涂层。用火焰喷涂或电弧喷涂方法可制备马氏体不锈钢粉芯丝耐磨涂层。 涂层主要化学成分：涂层主要化学成分：.什么是耐磨复合电镀层？ 在电解质溶液中用电化学或者化学方法，使金属与不溶性非金属固体微粒或者其他非金属固体微粒或者其他金属微粒共同沉积在金属表面而得到的涂层，称为

8、复合电镀涂层。符合镀层只有基质金属和固体微粒两相。若基质金属是镍、镍合金或钴、铬、分散相为硬固体颗粒如SiC、WC、等，则所获得的复合电镀层具有高耐磨性，称之为耐磨复合电镀层。耐磨复合电镀层分为Ni基耐磨复合电镀层，Fe基耐磨复合电镀层，Cr基耐磨复合电镀层，Co基耐磨复合电镀层。耐磨复合电镀层由于优良的耐磨性能，被广泛用于工件表面耐摩擦磨损和耐磨粒磨损处理中。 2. 耐磨复合电镀层的分类： Ni基耐磨复合电镀层 Fe基耐磨复合电镀层 Cr基耐磨复合电镀层 Co基耐磨复合电镀层NiNi基复合电镀槽液的组成及工艺条件基复合电镀槽液的组成及工艺条件: : Fe基耐磨复合镀层基耐磨复合镀层 镀液成分

9、及工艺条件如下：镀液成分及工艺条件如下： FeCl24H2O 40g/L; Al2O3 20g/L;PH值是值是1.0-1.4.阴极电流密度阴极电流密度10-24A/dm2 连续机械搅连续机械搅拌。拌。离子镀是物理气相沉积的一种，它是在真空条件下，利用各种气体放电技离子镀是物理气相沉积的一种，它是在真空条件下，利用各种气体放电技术，将蒸汽原子部分电离成离子，同时产生大量高能中性粒子沉积于工作表术，将蒸汽原子部分电离成离子，同时产生大量高能中性粒子沉积于工作表面形成涂层的方法面形成涂层的方法 离子镀特点：离子镀特点： （1）镀层与基体附着力强，不易脱落；）镀层与基体附着力强，不易脱落； （2）绕

10、射性好，镀层厚层均匀；）绕射性好，镀层厚层均匀； （3）镀层致密，针孔气泡少；）镀层致密，针孔气泡少； （4）可镀材质广，用料省，无污染）可镀材质广，用料省，无污染 （5）镀层因氩离子轰击，氩离子含量增加，产生择优溅射，另膜成分改变）镀层因氩离子轰击，氩离子含量增加，产生择优溅射，另膜成分改变。这是其缺点。这是其缺点。 离子镀膜的基本工艺：离子镀膜的基本工艺： 工件工件-前处理前处理-装件装件-抽真空抽真空-烘烤烘烤-离子轰击离子轰击-离子趁机离子趁机-冷却冷却-取件取件-成品成品1.喷熔原理：喷熔原理： 采用火焰喷涂自熔性使合金熔融随后在火焰的加热下使涂层熔融在金属采用火焰喷涂自熔性使合金熔

11、融随后在火焰的加热下使涂层熔融在金属基材表面获得熔焊层的热喷涂方法。基材表面获得熔焊层的热喷涂方法。 2. 喷熔工艺：喷熔工艺： 氧乙炔喷焊按工艺的不同分为一步法和二步法氧乙炔喷焊按工艺的不同分为一步法和二步法:一步法即边喷边熔一步法即边喷边熔;二步法二步法是先喷后熔是先喷后熔. 3.喷熔层优缺点：喷熔层优缺点： 优点：喷涂层特点是平整、有气孔；优点：喷涂层特点是平整、有气孔； 缺点：重熔时工件热输入大、易变性。其次是要求母材熔点高于自熔合缺点：重熔时工件热输入大、易变性。其次是要求母材熔点高于自熔合金，应用金，应用 受到限制。受到限制。1.什么是激光表面涂敷？什么是激光表面涂敷？ 将某种材料

12、、如粉、线或带，以激光熔结在基材表面，从而形成特殊的将某种材料、如粉、线或带，以激光熔结在基材表面，从而形成特殊的功能层。这种工艺称激光表面涂敷。可以认为，激光涂敷实质为激光喷熔。功能层。这种工艺称激光表面涂敷。可以认为，激光涂敷实质为激光喷熔。 2.激光涂敷特点：激光涂敷特点： 基材熔深小，涂层稀释度小。基材熔深小，涂层稀释度小。 3.涂层涂敷过程：涂层涂敷过程： 由送粉器输送粉、经激光加热到熔融态，进入激光熔池。随基体运动及粉由送粉器输送粉、经激光加热到熔融态，进入激光熔池。随基体运动及粉末不断送给实现涂敷。如图：末不断送给实现涂敷。如图： 1.原理：原理： 如图所示，热源为等离子焰流。由

13、电弧放电产生的电弧等离子体温度可达如图所示，热源为等离子焰流。由电弧放电产生的电弧等离子体温度可达20000K，加热喷涂材料到熔融或高塑性状态，并在高速等离子焰流载引下，高速撞击工件表面，加热喷涂材料到熔融或高塑性状态，并在高速等离子焰流载引下，高速撞击工件表面形成涂层，此处工件不带电。这种涂层制备工艺称为等离子喷涂。形成涂层，此处工件不带电。这种涂层制备工艺称为等离子喷涂。 2.等离子喷涂特点等离子喷涂特点: 温度高、可喷材料范围广温度高、可喷材料范围广; 工件不带电、基体材料范围广工件不带电、基体材料范围广; 基体受热损伤小、涂层质量高基体受热损伤小、涂层质量高; 缺点缺点:首先，等离子喷

14、涂设备投资大、成本担较高；其次是小孔径孔内表面难以喷涂首先，等离子喷涂设备投资大、成本担较高；其次是小孔径孔内表面难以喷涂;第三是高速等离子焰流产生的剧烈噪声、强光辐射、有害气体、金属蒸汽粉尘等对人体第三是高速等离子焰流产生的剧烈噪声、强光辐射、有害气体、金属蒸汽粉尘等对人体有害，需采取防护措施。有害，需采取防护措施。 3.应用应用 主要应用于耐腐蚀、抗氧化及绝热涂层。目前已开始应用于其他领域主要应用于耐腐蚀、抗氧化及绝热涂层。目前已开始应用于其他领域1.什么是铸渗复合耐磨涂层什么是铸渗复合耐磨涂层? 先在铸型型腔壁上涂敷，贴固一定粒度的合金粉末膏剂，然后将熔融金属倒入液态先在铸型型腔壁上涂敷

15、，贴固一定粒度的合金粉末膏剂，然后将熔融金属倒入液态金属浸透膏剂的毛细孔隙中，靠液态金属的热量，令膏剂熔融并与铸件基体表面熔合为金属浸透膏剂的毛细孔隙中，靠液态金属的热量，令膏剂熔融并与铸件基体表面熔合为一体。由于界面处扩散渗透，在铸件表面上形成有一定厚度且与基体组织、成分、性能一体。由于界面处扩散渗透，在铸件表面上形成有一定厚度且与基体组织、成分、性能截然不同的合金耐磨覆盖层，此即铸渗复合耐磨涂层。截然不同的合金耐磨覆盖层，此即铸渗复合耐磨涂层。 铸渗法在砂型铸造、精密铸造和压力铸造中均可应用。基体材料可为各种铸钢及铸铸渗法在砂型铸造、精密铸造和压力铸造中均可应用。基体材料可为各种铸钢及铸铁

16、。铁。2.铸渗膏剂铸渗膏剂 铸渗膏剂由合金粉末加粘结剂和熔剂组成。铸渗膏剂由合金粉末加粘结剂和熔剂组成。3.铸渗涂层的制备工艺铸渗涂层的制备工艺 造型 膏剂粘贴厚度 组芯烘烤 浇铸温度 硬质合金表面涂层硬质合金表面涂层为进一步提高硬质合金刀具的耐磨性，发展了表面涂层硬质合金。所谓涂层硬质为进一步提高硬质合金刀具的耐磨性，发展了表面涂层硬质合金。所谓涂层硬质合金就是在硬质合金表面上涂覆一层硬度和耐磨性都很高的物质。如合金就是在硬质合金表面上涂覆一层硬度和耐磨性都很高的物质。如TiC、TiN等。涂等。涂层厚度为层厚度为5-12m。如此获得的材料特性是：基体强韧、表面硬而且耐磨性强。如此获得的材料特性是：基体强韧、表面硬而且耐磨性强。l涂层硬质合金的特点及应用涂层硬质合金的特点及应用: 涂层硬质合金主要应用于刀具。其特点如下：涂层硬质合金主要应用于刀具。其特点如下： (1)涂层可有效提高硬质合金的耐磨性，减小工件和刀具表面之间的摩擦系数，