材料成型基础 教学课件 作者 宋金虎 胡凤菊 1_ 4.ppt

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1、第4章钢铁材料的表面处理金属制品的使用性能，主要取决于其表面的特性和状态。在使用过程中，金属制品常会出现疲劳断裂、磨损、腐蚀、氧化、烧损以及辐射损伤等现象。这些损伤一般都是从制品表面开始的。为了提高金属材料表面的性能，抵御工作环境对材料表面的损坏，就必须采用表面处理技术。金属材料的表面处理技术是利用物理的、化学的、物理化学的以及机械等工艺方法，使金属材料表面获得所要求的化学成分、组织和性能，以提高机械产品耐腐蚀性为主的技术。表面处理技术可分为原子沉积、颗粒沉积、整体覆盖、表面改性。原子沉积是沉积物以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度的粒子形

2、态，在材料表面上形成覆盖层，如物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀、电镀等；颗粒沉积是沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面形成覆盖层，如热喷涂、陶瓷和搪瓷涂敷等；整体覆盖是将涂敷材料于同一时间施加于材料表面，如热浸镀、涂刷等；表面改性是用各种物理的、化学的方法，使表面组织、结构发生变化，从而改变其表面的性能，如激光表面处理、电子束表面处理、离子注入等。4.1化学镀镍化学镀是经过化学反应使溶液中的金属离子还原沉积于基体材料表面的方法。化学镀无需电源，又称为无电解镀、无电镀或自催化镀。化学镀是一个可控制的自催化还原过程，还原过程只能在基体材料表面上

3、进行，而不能在液体的本体内进行。在无外电流通过的情况下，利用还原剂将电解质溶液中的金属离子，化学还原沉积在基体材料表面。基体材料表面沉积的物质是使化学反应继续进行的催化剂，以利金属离子与基体材料表面的还原沉积能牢固地结合形成具有一定层厚的镀覆层。基体材料可以是金属或非金属，覆盖层材料主要是金属和合金，最常用的是镍和铜，另外还有金、银、钴等金属。其中化学镀镍的镀覆层一般作为工程或功能镀层，已形成了较完善的工艺，是目前国内发展速度最快的一种化学镀表面强化技术。化学镀镍的主要特点是：（1）镀镍层的厚度均匀，基体材料化学镀镍时，无论基体材料表面形状是

4、简单的，还是形状复杂的，只要通过镀液就能获得厚度均匀的镀覆层。并且，还可以人为地、精确地控制镀覆层的层厚。基体材料通过表面镀镍后，材料表面可以不再进行机械加工即可使用。（2）化学镀镍的镀覆层与材料的表面附着力好，化学镀镍开始时，置换反应发生在基体材料表面上具有催化作用，被催化的基体材料表面在镀液中具有去除亚微观污物的能力，使所形成的金属沉积层与材料表面紧密结合。（3）化学镀镍后的热处理，具有使镀覆层与基体材料表面间的互相扩散和除氢的作用。同时，经过热处理后镀覆层能产生时效硬化，其硬度值可达1100HV，有效地提高了基体材料表面镀覆层的强度和硬

5、度，尤其是耐磨性。基体材料表面镀覆层在使用过程中，经过初期的磨损与镀硬铬层比较，其耐磨性比镀硬铬层好。即化学镀镍的镀覆层被广泛作为机械零件的耐磨层使用。（4）化学镀镍后的镀覆层钎焊性和耐腐蚀性较好，如轻金属制成的电子元件经过化学镀镍后，能提高钎焊的性能。另外，化学镀镍的镀覆层耐腐蚀性优于纯镍，镀覆层还可以使基体材料的表面与周围环境隔离，起到一种屏障保护作用。然而，金属工件在化学镀镍时，工件的表面与镀覆层的结合力完全取决于镀镍前的预处理质量。为此，在镀镍前必须进行认真地进行预处理，若预处理不当镀覆层的强度会受到严重的影响，甚至会产生位移与裂纹。

6、为了提高模具和铸件的表面性能，化学镀镍工艺被广泛应用在模具、机械加工业中。模具和铸件通过化学镀镍后，不仅可以改善其润滑性和耐磨性，还有利于脱模。尤其是石油、化工设备、机械制造等方面，都是通过化学镀镍工艺来提高并解决化工设备、化工容器、油气管道的耐腐蚀性，耐磨性和润滑性。4.2电镀电镀是一种电沉积过程。电沉积是通过电解在固体表面上获得沉积层的方法，目的在于改变材料表面的性能，制取特定性质的材料。电沉积技术包括电冶金、电镀和电铸等。电镀是在基体材料表面通过电化学反应，使金属附着于基体材料表面上的过程，其目的是改变基体材料表面特性和尺寸。电镀是一个

7、古老的表面强化工艺，由于电镀后基体材料的表面具有优异的装饰性和抗腐蚀性、耐磨性等性能，在工业中获得极为广泛的应用。近代电镀新技术中，可在金属、塑料、陶瓷等材料表面镀制30多种金属及合金镀层。现已发展装饰用的有：多色调合金电镀、耐强腐蚀的锌合金电镀、稀土低浓度镀铬、功能膜的电镀等。电镀也可作为磨损件的修复手段，如：用电镀方法来修复并改变磨损件的形状和尺寸。电镀时金属在水溶液中的电沉积过程，是金属离子在溶液中的扩散、表面吸附、表面电化学反应结晶的过程。沉积的金属与基体材料的表面结合牢固，沉积物结构致密，厚薄均匀，光亮度高。4.2.1实现电镀的条件

8、实现电镀需要三个必要条件，即电镀液、电极和直流电源。电镀是在含镀层金属的电解质溶液中进行，以被镀基体材料为阴极，镀层材料或其他不溶性材料为阳极，在两极间通以直流电后