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1、第五章金属材料表面改性处理5.1转化膜处理5.2电镀5.3离子沉积5.3.1化学气相沉积法5.3.2物理气相沉积法5.4热喷涂5.5涂装5.6表面着色和染色5.1转化膜处理转化膜处理是将工件浸入某些溶液中,在一定条件下使其表面形成一层致密的保护膜,提高工件防腐蚀的能力,增加装饰作用。常用的转化膜处理有氧化处理和磷化处理.5.1.1氧化处理1.钢的氧化处理(发蓝处理)将钢件在空气-水蒸气或化学药物中加热到适当温度，使其表面产生一层兰色或黑色氧化膜，以改善钢的耐磨性和外观，这种工艺又称发蓝处理。氧化膜是一层致密而牢固的Fe3O4,只有0.5-1.5微米
2、厚。氧化处理工艺常用于仪表、工具和武器等的表面。2.铝的氧化过程a)化学氧化法把铝和铝合金零件放入化学溶液中进行氧化处理而获得牢固的氧化膜，其厚度为0.3-4微米。该法主要用于提高铝和铝合金的耐磨性和耐蚀性。5.1.2磷化处理把钢件浸入磷酸盐为主的溶液中，使其表面沉积，形成不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程。磷化处理后的磷化膜厚度为5-15微米，有较好的防腐能力和润滑作用。磷化处理所需设备简单，操作方便，成本低，生产效率高。常用作为钢铁材料零件的防护层。b)电化学氧化法在电解液中使铝和铝合金表面产生一层氧化膜，这种工艺又称阳极氧化,这层氧化膜具有强
3、吸附能力，较高的硬度，良好的耐磨性和耐蚀性，膜层无色透明，极易染成各种美丽的颜色。5.2电镀电镀是在电解液中使零件表面镀上一层金属薄层,起到保护和装饰作用,有时也可用于零件的部分修复.对非金属材料进行电镀时,应先对非金属表面进行金属化处理,如化学镀.电镀的应用:①修复磨损零件、增大零件尺寸。如刷镀②提高零件的耐腐蚀性，如镀锌。③覆盖耐磨性镀层,提高耐磨性，如镀铬。④提高零件表面美观装饰性，如镀装饰锌。⑤其他特殊用途，如镀银。5.3.1化学气相沉积法定义:化学气相沉积是在高温下将炉内抽成真空或通入氢气,然后通入反应气体并在炉内产生化学反应,使工件表面
4、形成覆层的方法,简称CVD法.应用:刀具、模具、工具、零件等,目的是提高其耐磨性.TiCl4+CH4+H2TiC+4HCl+H2特点:反应温度高,需通入大量氢气,工件易产生氢脆,且不安全,废气HCl有毒.5.3离子沉积5.3.2物理气相沉积法物理气相沉积法是把金属蒸气离子化后在高压静电场使离子加速并沉积于金属表面形成覆层的方法,简称PVD法。沉积温度低，速度快，渗层成分和结构可控制，无公害。1.真空溅射(以沉积TiC为例）在真空度为1.33×10-1Pa的氩气中，作为阴极的碳化钛带有负1~4kV的高压。在阴极靶与工作台之间的两侧有两根钨丝，钨丝被加
5、热到白热状态并使其带有0~100kV负偏压时发射电子，使氩气电离氩离子（Ar+）以极快速度轰击碳化钛靶，使碳化钛以分子状态溅射并沉积在作为阳极的工件上，在工件表面涂覆一层高硬度碳化钛。速度为1.1~1.5μm/h，刀具碳化钛的厚度达4~6μm，模具的厚度达6~8μm，其硬度达2500-4000HV。2.离子镀5.4热喷涂在高温热源作用下,将金属、合金、金属陶瓷、陶瓷等材料熔化或部分熔化,并通过高速气流使其成为雾化微粒,喷向工件表面后构成喷涂层的方法称为热喷涂.热喷涂工艺过程：表面制备、预热、预喷粉、喷熔、冷却、喷层后期加工热喷涂方法：电弧喷涂、火焰
6、喷涂、等离子弧粉末喷涂应用：用于钢材抗大气腐蚀时，喷铝层0.1mm，喷锌层0.15mm，在静止状态下可保护基体达10年之久。用于耐热构件上，如工作温度≤500℃，则喷铝0.175mm后不需其他处理；工作温度≤900℃，喷铝合金后，在800~900℃加热扩散；工作温度≤1000℃，则喷镍铬合金0.375mm后再喷0.10mm的铝层，并涂煤膏沥青溶液，干后再进行加热扩散。用于修理磨损曲轴和机床传动轴时，先用镍拉毛后再用电弧热喷涂法喷钢（45钢、弹簧刚），修复磨损表面。5.5涂装定义:利用喷射、涂饰等方法，将有机涂料涂覆于工件表面并形成与基体牢固结合的涂
7、覆层过程称为涂装。目的：提高耐磨性、美化工件表面（掩饰表面缺陷、丰富色彩）、保护表面免受外界（空气、水分、阳光及其他腐蚀介质）侵蚀。还可色彩伪装、防红外伪装、电气绝缘等。涂料一般由成膜材料、颜料、溶剂、助剂四部分组成。方法：浸涂法、空气喷涂法、静电喷涂法、电泳涂装法、粉末涂装法5.6表面着色和染色●金属的着色是通过化学或电化学等处理方法,使金属自身表面产生色调的变化并保持金属光泽的工艺.着色方法：①化学法：是利用溶液与金属表面产生的化学反应生成氧化物、硫化物等有色化合物。②置换法：是溶液中金属离子进行化学置换反应并沉积在工件表面，形成有色薄膜。③热
8、处理法：是将工件置于一定环境氛围中热处理，使其表面形成具有适当结构和色彩的氧化膜。④电解法：是将工件置于一定的电解液中进行
