表面改性技术.ppt

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1、表面技术提高材料抵御环境作用能力和赋予材料表面某种功能特性的主要途径：施加各种覆盖层和采用各种表面改性技术。●表面改性技术用机械、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，使材料表面获得与其基体材料的组织结构、性能不同的一种技术。第八章表面改性技术举例:钢热处理第八章表面改性技术举例:钢表面热处理材料经表面改性处理后，既能发挥基体材料的力学性能，又能使材料表面获得各种特殊性能(如耐磨，耐腐蚀，耐高温，合适的射线吸收、辐射和反射能力，超导性能，润滑，绝缘，储氢等)。第八章表面改性技术

2、常用的表面改性技术主要有：表面形变强化（按压、内挤压和喷丸等）表面热处理三束(激光、电子和离子束)表面改性技术离子注入表面改性等离子体扩散处理第八章表面改性技术一、表面形变强化二、表面热处理三、表面化学热处理四、三束(激光、电子和离子束)表面改性技术五、离子注入表面改性一、金属表面形变强化1、表面形变强化：是通过机械手段在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变硬化层，从而使材料强化。机械手段：按压内挤压喷丸滚压一、金属表面形变强化2、表面形变强化原理在形变硬化层中产生两种变化：在组织结构上，亚晶粒极大地细化，位错密度增加，晶格

3、畸变度增大形成了高的宏观残余压应力结果：反抗外力的能力增强，表面强度、耐应力腐蚀性能和疲劳强度提高。一、金属表面形变强化一、金属表面形变强化3、喷丸强化的应用实例20CrMnTi圆辊渗碳淬火回火后进行喷丸处理，残余压应力为880MPa，寿命从55万次提高到150~180万次；40CrNiMo钢调质后再经喷丸处理，残余压应力为880MPa，寿命从4.6×106次提高到1.04×107次以上；铝合金LD2，经喷丸处理后，寿命从1.1×106次提高到1×108次以上；一、金属表面形变强化在质量分数为3％的NaCl水溶液中工作的45

4、钢，经喷丸处理后，其疲劳强度σ-1从100MPa提高到202MPa；耐蚀镍基合金鼓风机叶轮在150℃热氮气中运行，六个月后发生应力腐蚀破坏。经喷丸强化并用玻璃珠去污，运行了四年都未发生进一步破坏。液体火箭推进剂容器的钛制零部件未喷丸强化时，在40℃下使用14h就发生应力腐蚀破坏；容器内表面经玻璃珠喷丸强化后，在同样条件下试验30天还没有产生破坏。二、表面热处理强化表面热处理:指仅对零部件表层加热、冷却，从而改变表层组织和性能而不改变成分的一种工艺，是最基本、应用最广泛的材料表面改性技术之一。（包括表面化学热处理是一个专业——

5、热处理）二、表面热处理强化强化基本思想:当工件表面层快速加热时，工件截面上的温度分布是不均匀的，工件表层温度高且由表及里逐渐降低。如果表面的温度超过相变点以上达到奥氏体状态时，随后的快冷可获得马氏体组织，而心部仍保留原组织状态。结果:得到硬化的表面层，即通过表面层的相变达到强化工件表面的目的。二、表面热处理强化分类:根据加热方式表面热处理工艺分包括：感应加热表面淬火火焰加热表面淬火接触电阻加热表面淬火浴炉加热表面淬火电解液加热表面淬火高密度能量的表面淬火表面保护热处理等二、表面热处理强化(一)感应加热表面淬火1、感应加热表面

6、处理的基本原理生产中常用工艺是高频和中频感应加热淬火。近年来又发展了超音频、双频感应加热淬火工艺。其交流电流频率范围见表6-9。二、表面热处理强化感应加热的物理过程感应加热主要依据:热传导、电磁感应和集肤效应等基本原理。图感应加热表面淬火示意二、表面热处理强化电磁感应：线圈通电流交变磁场工件内部产生闭合感应电流即涡流。金属零件的电阻很小，所以涡电流很大，涡电流产生的热量：Q=I2Rt图感应加热表面淬火示意集肤效应：零件表面的电流密度最大，电阻的热效应使工件表面被迅速加热。并且，频率f越大，被加热的表面厚度越小。二、表面热处理

7、强化二、表面热处理强化图感应加热表面淬火示意2、感应加热方式方式：同时加热和连续加热方式。同时加热方式淬火时，零件需要淬火的区域整个被感应器包围，通电加热到淬火温度后迅速冷却淬火。此法适用于大批量生产。连续加热方式淬火时，零件与感应器相对移动，使加热和冷却连续进行。适用于淬硬区较长，设备功率又达不到同时加热要求的情况。二、表面热处理强化（二）火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火是应用氧－乙炔或其他可燃气体对零件表面加热，随后淬火冷却的工艺。优点：与感应加热表面淬火等方法相比，具有设备简单，操作灵活，适用钢种广泛，零件表面清洁、一

8、般无氧化和脱碳、形变小等优点。缺点：加热温度不易控制，噪音大，劳动条件差，使用混合气体不够安全，不易获得薄的表面淬火层。应用：常用于大尺寸和重量大的工件，尤其适用于批量少品种多的零件或局部区域的表面淬火，如大型齿轮、轴、轧辊和导轨等。三、金属表面化学热处理金属表面化学热处理：利用元素扩散性