材料表面处理技术2

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1、浅谈材料表面处理技术摘要：本文主要讨论了传统表面处理技术、表面处理新技术，以及新技术在工业上的应用，并针对我国表面处理技术的现状，提出了一些建议。关键词：表面处理技术新技术实用化和产业化建议。0.前言表面处理技术是一门广搏精深和具有极高实用价值的基础技术,也是一门新兴的边缘性学科。人们使用表面处理技术已有悠久的历史。我国早在战国时代已进行钢的淬火,使钢的表面获得坚硬层。欧洲使用类似的技术也有很长的历史。但是,表面技术的迅速发展是从19世纪工业革命开始的,尤其是最近30多年发展更为迅速。一方面人们在广泛使用和不断试

2、验过程中积累了丰富的经验,另一方面60年代末形成的表面科学给予了有力的促进,从而使表面技术进入了一个新的发展时期。目前各种类型的表面技术,从电镀、刷镀、化学镀、氧化、磷化、涂装、粘结、堆焊、熔结、热喷涂、电火花涂敷、热浸镀、搪瓷涂敷、陶瓷涂敷、塑料涂敷、喷丸强化、表面热处理、化学热处理,到60年代以后发展起来的等离子体表面处理、激光表面处理、电子束表面处理、高密度太阳能表面处理、离子注入、物理气相沉积(真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀)、化学气相沉积(等离子体化学气相沉积、激光化学气相沉积、金属有机物化学气相沉积)、分

3、子束外延、离子束合成薄膜技术,以及由多种表面技术复合而成的新一代表面处理技术和各种表面加工技术。本文主要讨论了传统表面技术、表面处理新技术，并针对我国表面处理技术的现状，提出了一些建议。1.传统表面技术1)电子束处理技术高能电子束处理是一种新兴的材料表面改性方法。但是在使用大功率激光器时，能萤利用率低、热影响区过大、参数控制灵活性差及材料表面对激光的高反射系数等缺点限制该技术进一步应用。近十多年，人们发现大功率粒子束(电子束和离子束)同样可以被用来作为高能束流热源进行材料表面处理。在众多大功率粒子束源中，高能电子

4、束系统具有更为实际的意义，其优点是辐射安全、简化了高压装备及电子枪结构，而且寿命长。2)等离子表面处理技术等离子体是一种电离的气态物质，存在具有一定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子产生一系列物理和化学过程。一些粒子还会注入到材料表面引起碰撞、散射、激发、重排、异构缺陷、晶化及从而改变材料的表面性能。根据温度不同，等非晶化离子体可分为高温等离子体和低温等离子体(包括等离子体和冷等离子体)高温等离子体的温度高达106K一108K，在太阳表面、核聚变和激光聚变

5、中获得。低温等离子体的温度为室温的1.4K，其中热等离子体一般为稠密等离子体，冷等离子体一般为稀薄等离子体。3)微弧氧化表面处理技术微弧氧化又称微等离子体氧化，由于在研究这项的过程中，对微弧氧化本质认识不同，因此在发展过程中出现了不同的术语：阳极火花沉积，火花放电阳极氧化，等离子体电解阳极化处理。早在2O世纪3O年代初德国科学家H．Benz第一次发现了在高电场下在液体里的金属表面出现火花放电现象，火花对氧化膜具有破坏作用。进入20世纪9O年代，发达国家加快了这项技术的研发工作，由于电源模式各异，在机理上形成各自的

6、理论。并且已经成功应用在航天、纺织、石油、交通等多个部门。最近，微弧氧化技术已经扩展到锆和钛的阳极化，作为一项实用的高新技术，微弧氧化越来越得到科研院校的重视。1)热喷涂表面处理技术热喷涂是用各种热源使涂层材料加热熔化或者半熔化，然后用气体使涂层材料分散细化并告诉撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。热喷涂技术由瑞士肖普博士于1910年发明，进入20世纪80年代以来，等离子喷涂和超音速火焰喷涂也相继问世。热喷涂技术在自身不断发展与完善的同时，在各个应用领域也取得了很大成就。例如美国PWA飞机发动机公司对2800多个发

7、动机零部件的48种材料进行热喷涂，使发动机的大修期从4000h延长到16000h以上。1.表面处理新技术1)气相沉积技术气相沉积是利用气相中发生的物理、化学过程，在工件表面形成具有特殊性能的金属或化合物涂层。按照过程的性质可将其分为化学气相沉积和物理气相沉积两大类。化学气相沉积(CVD)是利用气态物质在固态工件表面进行化学反应，生成固态沉积物的过程。通常CVO处理是将低温下气化的金属盐与加热到高温的基体接触，通过与碳氢化合物和氢气或氮气进行气相反应，在基体表面上沉积所要求的金属或金属间化合物。化学气相反应室应抽真

8、空并加热到900-1100℃，生成物沉积在工件表面。钢件经沉积镀覆后，还需进行热处理，可在同一反应室内进行;由于加热温度较高、所用钢种皆系合金钢，故升温时要采用预热处理，沉积处理后随炉冷至200℃以下，取出空冷，再进行淬火和回火处理。碳素工具钢、渗碳钢、轴承钢、高速钢、铸铁及硬质合金等多种材料都可进行气相沉积。物理气相沉积是通过蒸发、电离或溅射等过程，产生金属粒子沉积在工