表面工程概述与热喷涂材料

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1、第四章表面工程与热喷涂第一节表面工程概述一、金属表面处理技术概念金属表面处理技术----是指通过一些“物理”、“化学”、“机械”、或“复合方法”使得金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态，从而使经过处理后的表面具有与基体不同的性能。二、表面处理技术的意义为什么研究金属表面处理技术所有的金属材料都不可避免与环境相接触,而与环境真正接触的是金属的表面，如各种机械零件和工程构件。金属表面发生破坏或失效，进而引起整个设备或零（构）件的破坏或失效。发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关心的重大课题。随着现代工业的迅猛

2、发展，对机械工业产品提出了更高的要求，要求产品能在高参数(如高温、高压、高速)和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役，这就必然对材料表面的耐磨、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的要求，使其成为防止产品失效的第一道防线。问题的提出表面工程的作用：提高构件表面的耐磨性、耐蚀性、耐高温性能，或对构件表面进行修复、强化、装饰等。火箭发动机的尾喷管内壁和燃烧室需承受2000～3300℃温度和巨大的热焰流冲击。飞船或者洲际导弹的头部锥体和翼前沿：由于具有几十倍的音速，并与大气层摩擦，即所谓气动加热，其温度高达4000～5000℃。长江三峡

3、工程中挖泥船的发动机曲轴损坏，当时如从日本购买新轴，加上运费和进口关税等需人民币120万元，从订购到交货需三个月以上，停产损失更大？选用特种金属或合金来制造整个零件或设备表面处理技术解决措施19世纪工业革命以来，为了适应高强度、高硬度和耐磨、耐高温、耐酸碱腐蚀等不同特殊要求，人们需要不断开发各种特殊的合金材料，但这些合金材料往往价格昂贵。在许多情况下也很难找到一种能够同时满足整体和表面要求的材料。试图采用各种表面技术对普通金属表面进行处理，以改变其表面性能，使其适应复杂的工作环境。表面处理技术则可以用极少量的材料就起到大量

4、、昂贵的整体材料难以起到的作用，在不增加或不增加太多成本的情况下使产品表面受到保护和强化，从而提高产品的使用寿命和可靠性，改善机械设备的性能、质量、增强产品的竞争能力。意义通过表面处理大幅度提高产品质量节约贵重材料实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题修复整体优势，良好的节能、节材效果三、表面处理技术的主要途径表面涂层技术表面改性技术在基体表面制备各种镀、涂覆层，包括电镀、化学镀、（电）化学转化膜技术、气相沉积技术、堆焊、热喷涂等用机械、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

5、力状态。如表面淬火、化学热处理、喷丸、高能束表面改性等。表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是，其所形成的表面在材料和组织上均与基体有一定的联系，而不像表面涂层技术那样，涂层的材料和组织与基体是完全不同的。表面组织转化激光表面淬火感应加热淬火表面喷丸/滚压不改变表面化学成分气相沉积化学沉积(如电镀)化学转化膜(如磷化)涂装技术(涂漆等)热喷涂和喷焊表面涂镀热扩渗:渗碳/氮化等激光表面合金化离子注入单晶硅中掺杂硼/磷等表面合金化基材不参与或很少参与涂层的反应表面处理技术形成成分不同于基材和添加材料的表面合金化层四、表面处理技

6、术的分类1.按照作用原理分原子沉积沉积物以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度的粒子形态在材料表面上形成覆盖层，如电镀、化学镀、物理气相沉积、化学气相沉积等。颗粒沉积沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层，如热喷涂、搪瓷涂敷等。整体覆盖它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴片、热浸镀、涂装、堆焊等。表面改性用机械、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。2.按表面强化层材料分金属材料层陶瓷材料层高分子材料层3.按表面处理工艺特点分表面改性技术包括表面淬火、

7、化学热处理、表面形变强化等，如感应加热表面淬火、渗碳、氮化、碳氮共渗、喷丸、滚压等。表面涂（镀）层技术如电镀、化学镀、热浸镀、气相沉积、热喷涂、堆焊、激光熔覆、涂装等。表面转化膜技术如氧化处理、磷化处理、铬酸盐处理和着色与封闭处理等。高能束表面处理技术如电子束、离子束、激光束表面改性与强化等。4.按表面处理的目的或性质分表面耐磨和减摩技术表面耐蚀和抗氧化技术表面装饰技术功能表面技术表面修复技术五、金属表面处理技术的产生与发展春秋五霸时期，越王勾践“卧薪尝胆”，一举击败了吴王夫差，演出了历史上春秋争霸的最后一幕。1965年，

8、湖北省荆州市望山一号墓出土越王勾践自用青铜剑，轰动世界。勾践剑在墓中被水浸泡2000多年仍锋芒毕露，寒气逼人。“越王勾践剑”千年不锈的原因在于剑身上被镀上了一层含铬的金属。1986年国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程联合会，进入20世纪90年代，其发展势头更猛，各国竟相把表面工程列入研究发展规划