材料表面处理技术

第10章材料表面处理技术1.表面改性（1）扩散渗入（化学热处理）非金属元素表面渗入，金属元素渗入，复合元素渗入。（2）离子注入非金属元素表面注入，金属元素注入，复合元素注入。（3）转化膜技术电化学转化膜，化学转化膜，金属着色技术2.表面处理（1）表面变形处理喷丸，碾压，挤孔。（2）表面淬火热处理感应加热表面淬火，光加热表面淬火，电子束加热表面淬火。（3）表面纳米化加工

3.表面涂覆表面涂覆是在基质表面上形成一种膜层，以改善表面性能的技术。，如电镀（或化学镀）、喷漆（或上涂料）、热喷涂和气相沉积技术等等。

4.复合表面工程技术5.纳米表面工程技术纳米涂覆层分析技术,纳米颗粒表面改性技术,纳米硬膜技术,纳米热喷涂技术,纳米复合镀技术等表面淬火表面淬火一般用于中碳钢和中碳低合金钢,如45、40Cr、40MnB钢等。用于齿轮、轴类零件的表面硬化，提高耐磨性。火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火是用乙炔－氧或煤气－氧等火焰加热工件表面，进行淬火。优点：设备简单，成本低等。缺点：生产率低，零件表面存在不同程度的过热，质量控制也比较困难。因此主要适用于单件、小批量生产及大型零件（如大型齿轮、轴、轧辊等）的表面淬火。

感应加热

感应加热多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。

1.高频淬火:100-1000kHz;2.中频淬火:1-10kHz;3.工频淬火:50Hz;

激光表面淬火

工件表面被激光束瞬间快速加热发生奥氏体转变，激光扫描后，加热层由于基体冷却发生自淬火马氏体相变并利用余热自回火的过程。

常用表面热处理方法主要应用特性化学表面热处理化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。

渗金属的方法主要有固体法（如粉末包装法、膏剂涂渗法等）、液体法（如熔盐浸渍法、熔盐电解法、热浸法等）和气体法。

气体渗碳炉气体渗碳装置示意图渗碳：为了增加表层的碳含量和获得一定碳浓度梯度,钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面的工艺称为渗碳。加热到900℃～950℃，向炉内滴入煤油、苯、甲醇等有机液体，通过化学反应产生活性碳原子，使钢件表面渗碳。液体渗碳

（1）由氯化钠(NaCl)40～50％、氯化钾(KCl)40～50％、碳酸钠(NaC03)4～10％组成基盐，各种原料盐中的S04应小于0.5％。

（2）先将基盐放入坩埚内熔化，升温至900℃左右。再分批(每批少量)加入渗碳剂，加毕后升温至920±10℃。先用Φ15-20mm的钢棒试渗15分钟并直接淬火，若硬度达到HRA79以上，说明盐浴已处于正常渗碳状态，否则继续补充本渗剂。

（3）渗碳过程中要经常补充渗碳剂与碳酸钠,其比例约为4:1。盐浴变浅时按氯化纳与氯化钾各一半混合补加。盐浴表面必须保持结盖状态。每天或2～3天捞渣一次。盐浴中含碳量应保持4～10%,碳含量低时几乎无渗碳作用

含铝共渗及复合渗钢铁和镍基、钴基等合金渗铝后，能提高抗高温氧化能力，提高在硫化氢、含硫和氧化钒的高温燃气介质中的抗腐蚀能力。为了改善铜合金和钛合金的表面性能，有时也采用渗铝工艺。渗铝的方法很多。冶金工业中主要采用粉末法、热浸、静电喷涂或电泳沉积后再进行热扩散的方法。含铬共渗及复合渗碳素钢和合金钢（包括耐热钢和高温合金）在渗铬后，可提高耐蚀、耐磨和抗高温氧化性能。渗铬主要有粉末法、气体法和熔盐法，其中以粉末法在工业上应用较多。粉末渗剂由铬粉、卤化铵和氧化铝组成。渗铬温度1000～1100℃，保温时间一般为4～8小时。

熔盐法硼砂熔盐渗铬

渗铬工艺：1000±50℃，常用950±10℃；保温3-6小时。渗铬剂的熔化温度约为740℃左右。在连续生产过程中由于工件带出和熔盐本身的消耗使熔盐变浅，需不断补充新盐。（1）仅要求表面耐磨、抗介质腐蚀而对基体无强度要求的零件为渗铬→空冷→沸水清除粘附残盐。（2）对基体有一定强度要求的本质细晶粒钢件：渗铬→淬火(水或油)→在加有缓蚀剂的沸腾的5％硫酸水溶液(以下简称含酸沸水)中煮去未脱落的残盐→回火。（3）淬火温度高于渗铬温度的高合金钢：渗铬后随炉升温→淬火→含酸沸水煮去残盐→回火。（4）对基体强度有严格要求的本质粗晶粒钢件，渗铬后要重新加热淬火，加热淬火最好在无氧化气氛中进行。工序为：渗铬→空冷→含酸沸水清洗→升温→淬火(水或油)→回火。含磞共渗及复合渗提高耐磨和耐蚀性为目的。以硼铁（Fe—B）为供硼剂，氟硼酸钾(KBF4)和碳酸氢铵(NH4HCO3)为催渗剂，工业纯氧化铝(AI2O3)为填充剂，实践证明，这种渗剂具有渗硼速度快，硼化层组织基本为单相的Fe2B或(FeM2)B，以40Cr、45#，GCr15等钢种为例，硼化层深0.08-0.12mm，渗后工件寿命可提高6-10倍，硼化层硬度可达到HV1600-2100

。使用方法：（1）渗硼温度：800℃-950℃(加热温度按工艺要求而定)

(2)保温时间：3-5小时，一般为850℃保温4小时(保温时间不包括渗箱透热时间)。操作过程：

工件用汽油或酒精去油后晾干，在渗箱底部撒5毫米厚的渗剂，垂直放置工件，以减少弯曲变形，然后填