表面改性课件

工程材料的表面改性一、表面改性的目的

许多破坏往往是从表面开始的，如疲劳裂纹的扩展、腐蚀或磨损造成的表面沟痕引起的应力集中，成为断裂的根源。★承受较高的应力★擦伤、刻划甚至犁削等作用★受到介质的侵蚀作用零件使用过程中零件表面的损伤：★提高表面的耐磨性、耐蚀性、耐热性；表面改性的目的：★防止或减轻表面损伤；★提高零件的可靠性和使用寿命；★提高零件的装饰性；★或改变表面的电、磁性能等；二、表面淬火原理：表层快速加热奥化→快冷→马氏体，心部不变。效果：表硬内韧（软），表面硬度、耐磨性↑↑。常用工艺：★感应加热表面淬★火焰加热表面淬火★电接触加热淬火★激光和电子束加热表面淬火。感应加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图机床导轨电接触加热淬火示意图三、表面化学热处理原理：渗入元素：基本过程：渗剂(固、液)分解→(活性原子)表面吸收→(向内)扩散。★

间隙原子C、N、B，渗速快；主要提高表面硬度、耐磨性(优于表面淬火)。★置换原子Cr、Al、Si等，渗速慢；主要提高表面的物、化性质。通过渗入某些元素改变表层成分、改变表层组织。(1)钢的渗碳[C]→表层工艺：钢件渗碳介质Ac3以上保温表面含碳0.8～1.2％渗层达0.5～2mm淬火回火表层组织：高碳回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体零件性能：

表层很高的硬度和强度，心部仍保持低碳钢的高韧性及高塑性。气体渗碳：充入含碳气体，如丙烷、天然气；

滴入碳氢化合物的有机液体，如煤油、丙酮等。常用方法：固体渗碳：木炭+碳酸盐，如NaCO3渗碳温度：900～930℃平均渗碳速度：0.15～0.2mm/h气体渗碳的特点：★使用简单，生产率高，劳动条件好；★渗碳过程易控制，渗碳质量好。气体渗碳示意图渗碳的应用：承受冲击且表面耐磨的重要零件，如重载齿轮、活塞销、凸轮轴等。(2)渗氮(氮化)[N]→钢表层工艺：氮化加热温度：500～600℃；表层性能：950～1100HV，耐磨耐蚀。

氮化时间：20～50h；氮化物层厚度：0.3～0.5mm。渗氮特点：温度低、变形很小；工艺复杂、周期长成本高。渗氮的应用：要求高耐磨性、高精度零件；要求抗热、抗蚀耐磨件.(3)碳氮共渗和氮碳共渗[C]与[N]→表层碳氮共渗：830～850℃1～3h，以渗碳为主，需要淬、回火，耐磨性优于渗碳。氮碳共渗：500～570℃数h，可不再热处理，抗咬合、擦伤，抗疲劳；如发动机气缸、精密丝杠、阀杆等。

多用于模具、量具及耐磨零件（汽车齿轮、曲轴等）。四、表面形变强化原理：仅表面塑性变形→加工硬化并产生内应力→表面强度↑，疲劳强度↑↑。常用方法：喷丸、滚压、内孔挤压。应用：重要弹簧，齿轮；飞机结构件等。五、表面涂覆层目的：高耐热、耐蚀和耐磨性等，特殊理化性能或装饰性等。(1)金属沉积覆层电镀与化学镀：镀Cr、Ni等，美观、耐磨耐蚀。

浸镀：镀Zn、Sn，一般防锈。气相沉积：表面沉积TiC、TiN（金黄色）等。盐浴涂覆碳化物（TD法）：表面形成硬化物层。(2)金属喷涂覆层法金属等熔融粉末喷射工件表面形成覆层。方法：火焰喷涂等离子喷涂电弧喷涂爆炸喷涂目的：以提高表面耐腐蚀性、耐热性和耐磨性等，也可用于修复、装饰、隔热、绝缘等阳极氧化：Al合金表面形成氧化膜，美观耐磨。不锈钢着色：表面氧化物膜厚度不同的颜色不同。非金属涂覆和挂衬：形成非金属表面层(有机物或无机物)，获得特殊理、化或电性能，如陶瓷涂覆(Al2O3、Cr2O3