机械加工中常用材料与表面处理 本人虽是机械专业本科毕业，但是对于机械原理和机械设计的基本知识仅仅是知道点，而机械加工的很多基本知识连知道点都不敢说。其主要原因还是自己上课时没有好好学习，加之在学校的时候用得少，就造成一无所知了。直到工作后，才陆陆续续的画了一些的图纸，但是碰到加工方面的问题总是使自己很窘迫，因为没搞清楚或不知道而做出来废品给企业和社会造成的损失和浪费就更加惭愧了。因此查找了一些互联网上的资料，结合自己少许的经验，归纳了一些常用的机械加工中常用材料和表面处理的基本知识。一是更进一步了解这些知识点的同时加深印象；二是今后方便查看（书本早已卖掉换钱了）；三来如有需要者看到了，或者帮到了他们，就甚是欣慰了。 1.材料 材料大类上可以分为金属材料和非金属材料，金属材料一般都是合金，分类和命名也是根据合金中某种成分的含量进行划分的；非金属材料多为塑料，做结构时相对金属用得少，但是某些特殊的地方用起来优点很多。 1.1 钢和铸铁 钢和铸铁可以说都是铁碳合金，以含碳量2.11%为分界。钢又分为碳素钢和合金钢（为了获得某些特殊性能而加入一些合金元素），下面的表是一个关于钢的大概分类 表格1 钢 钢（含碳量 <2.11%） 名称与牌号用途说明 碳素钢（碳钢）：含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金含碳量越高，钢的硬度越大，韧性越小碳素结构钢：Q195， Q215，Q235，Q255， Q275，Q345。这些牌号 表示屈服强度 Q235、Q255可用于螺栓、螺 母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结 构件； Q275用于强度较高转轴、心轴、 齿轮等； Q345用于船舶、桥梁、车辆、大 型钢结构。 Q235（以前叫A3钢） 属工程用钢，主要用作结 构件，如角钢，槽钢、工 字钢和钢板等，高压输电 线路的杆塔很多都是 Q235镀锌的，而埃菲尔 铁塔是锻铁组成的。 优质碳素结构钢：08、 10、20、35、40、45、 50。这些牌号的表示含碳 量（万分之几） 08钢，含碳量低，塑性好，主要 用于制造冷冲压零件； 10、20钢，常用于制造冲压件和 焊接件； 35、40、45、50钢属中碳钢，经 热处理后可获得良好的综合力学 性能，主要用制造齿轮、套筒、 轴类零件等。 45钢属机械用钢，塑性 较高，强度低，易加工， 一般都是表面处理提高强 度硬度后用作机械零件
材料表面工程技术期中测试题 姓名： 一、名词解释 1.溅射镀膜： 2.分子束外延： 3.激光合金化技术： 4.物理气相沉积： 5.真空蒸镀： 6.热喷涂工艺： 7.气相沉积： 8.合金电镀： 9.腐蚀：10.电镀：11.堆焊：12.化学转化膜：13.表面工程技术： 14.磨损：15.极化：16.钝化：17.表面淬火：18.喷丸强化：19.热扩渗：20.热喷涂：21.热喷焊：22.电镀：23.化学镀： 二、填空题 1.钢件渗碳后，表面为（）钢，心部仍保持（）状态。再通过（）及（）工艺，可使渗碳件具有表面硬度高，耐磨损，心部硬度低，塑性和韧性好的特点。 2.感应加热表面淬火的原理是利用感应电流的（），（）和（）。 3. （）、（）和（）是衡量气体渗碳件是否合格的三大主要性能指标，它们基本决定了渗碳件的综合力学性能。 4.热喷涂时，熔滴撞击基材后扩展成（），撞击时的高能量有助于熔滴的扩展，但会因为（）和（）而停止扩展，并凝固成一种（）结构。 5.热扩渗时，渗剂元素原子扩散的机理主要有（）、（）和（）三种。 6.腐蚀按材料腐蚀原理分为（）和（）两种。 7.热喷涂时，当熔滴撞击基体并快速冷却凝固时，颗粒内部会产生（），而在基体表面产生（）。喷涂完成后，涂层内部残余应力大小与 （）成正比。 8.磨损分为（）、（）、（）、（）微动磨损、冲蚀（包括气蚀）磨损高温磨损。 9.离子镀膜是（）与（）相结合的一种镀膜工艺。 10.常用的热喷涂工艺方法有（）、（）和（）。
三、简答题 1．表面淬火技术与常规淬火技术有何区别？ 2．简述复合镀的原理和需要满足的基本条件？ 3．最基本的金属腐蚀的主要形式和金属材料腐蚀控制及防护方法？4．简述热喷涂涂层的形成过程。 5.简述离子镀膜的特点？ 7．简述CVD的沉积条件？ 8．简述等离子体热扩渗与普通气体热扩渗技术相比都有哪些基本特点？ 9.简述离子镀膜的特点？ 10.简述形成热扩渗层的基本条件？ 11.简述热扩渗层的形成机理？ 12.简述化学镀的原理与特点. 四、论述题 1.试述常用的热喷涂工艺方法及其基本特点? 2.试述热喷涂涂层结合的三种机理? 3.试述表面淬火和化学热处理的概念及区别？ 4.试述什么是堆焊？堆焊层有哪些特点？ 5.试述堆焊与一般焊接的区别及特性？ 6.试述物理与化学气相沉积原理，特点及分类? 7.试述几种典型表面淬火工艺及特点？
代号 工艺规范 HB HRC Z 840~860℃ 空冷≤229—组织均匀化消除应力 T215820~840℃ 水冷200~230—T235550~630℃ 回火220~250—T265820~840℃ 水冷—T265530~570℃ 回火—C42820~840℃ 水冷—C42 350~400℃ 回火—C48820~840℃ 水冷—C48240~280℃ 回火—G42860~900℃高频、水冷—G42340~370℃ 回火—G48860~900℃高频、水冷—G48220~250℃ 回火—G54860~900℃高频水冷—G54100~200℃ 回火—H48860~900℃高频水冷—H48250~300℃ 回火—Y62 950~980℃ 油冷——H62160~180℃ 回火——Y58950~980℃ 油冷——H58200~270℃ 回火—— Th 850~870℃ 保温—Th 720~750℃ 等温炉冷—C48 1030~1050℃ 油冷——C48570~590℃ 回火——Y62980~1030℃ 油冷——H62160~180℃ 回火——Y58980~1030℃ 油冷——H58200~270℃ 回火—— Th 700~790℃ 保温—Th 680~700℃等温炉冷—冷处理在淬火后 1小时内冷却到70℃——提高硬度(HRC+1)稳定尺寸C56 840~860℃ 油冷 — 常 用 金 属 材 料 热 处 理 提高硬度和耐磨性 表面耐磨,芯部韧性好,变形小 表面耐磨，芯部韧性好 降低硬度，细化组织 57~59细化组织，降低硬度热处理目的 钢号 54~59 CrWMn 207~255 Cr12CrMoV 207~255 46~5161~6346~5157~5946~5161~6346~5152~5740~45提高性能，改善组织 45 热 处 理 硬 度250~280 40~45 Cr12
一种新型高质效钢材漆前表面处理设备 全自动钢材清洁防锈工作站 金属涂装前处理指金属喷漆喷塑或电泳前的除油、除锈和防锈。目前国内钢铁材料表面前处理分为三种：喷砂和抛丸等机械除油除锈;化学品除油除锈防锈；机械处理+化学品防锈。 三种处理方法各有优缺点：1、效率方面。化学处理效率最高；机械方法效率最低；机械+化学法效率适中，但人的劳动强度大。2、污染方面。抛丸有噪音和粉尘污染；化学法有废水污染；机械+化学法污染很低。3、质量效果方面。机械法表面粗糙度高，清理不彻底，没有防锈功能，涂装附着力差；化学方法易出现过腐蚀氢脆危害，防锈和附着力没有问题；机械+化学方法质量有保障。4、成本方面。机械法因效率低、涂装成本高等因素最终成本高；化学法因为污水处理、带出损失等成本稍高；机械+化学法因劳动强度大成本也高。 为解决金属表面处理的缺点，我们研发出高效高质、运行成本低的钢材漆前高质效表面处理新型设备——钢材高质效清洁防锈一体机（简称钢材清洁防锈工作站）。该设备优化了机械+化学的处理工艺，生产效率高，运行中没有粉尘污染，整套系统为封闭循环系统，药剂和水系统采用全循环处理，不外排。 钢材清洁防锈工作站优点： 1、充分考虑了系统的环保性、资源循环能力。 2、高效率、高质量、低成本和很好的防锈蚀能力。
3、全自动化操作。 4、可快速拆卸，方便搬运和组装。可实现施工现场即时处理，避免材料在装卸、运输和储存过程出现的二次污染和锈蚀。 5、没有危废产生，没有废气产生，没有废水产生。 设备图片：
净化处理过程： 1、上料。 2、无粉尘预处理。机械方法除去部分锈蚀、氧化层和油污。 3、无粉尘处理。机械方法除去绝大部分油污和氧化层。 4、无气味深度净化处理。进一步除去表面和孔内残留的少量油污和氧化层。该阶段使用我们专用的无污染环保剥离新材料。 5、蒸汽清理。清除残留的颗粒物和其他化学物质。 6、防锈处理。一层高性能防锈膜层保证1个月不产生锈蚀，同时提高油漆附着力、抗冲击和综合防腐蚀性能。该阶段使用高效环 保偶链剂。 7、风干。保证产品表面干燥，便于马上包装和储存。 8、下料。 生产效率和产量： 生产效率：0.8-1.5m/min。 产量：3.0-10.0t/h。 运行成本和占地面积： 1、运行成本
表面改性技术在陶瓷材料中的应用 引言: 材料表面处理是材料表面改性和新材料制备的重要手段,材料表面改性是目前材料科学最活跃的领域之一。传统的表面改性技术,方法有渗氮、阳极氧化、化学气相沉积、物理气相沉积、离子束溅射沉积等。随着人们对材料表面重要性认识的提高,在传统的表面改性技术和方法的基础上,研究了许多用于改善材料表面性能的技术,主要包括两个方面:利用激光束或离子束的高能量在短时间内加热和熔化表面区域,从而形成一些异常的亚稳表面;离子注入或离子束混合技术把原子直接引进表面层中。陶瓷材料多具有离子键和共价键结构,键能高,原子间结合力强,表面自由能低,原子间距小,堆积致密,无自由电子运动。这些特性赋予了陶瓷材料高熔点、高硬度、高刚度、高化学稳定性、高绝缘绝热性能、热导率低、热膨胀系数小、摩擦系数小、无延展性等鲜明的特性。但陶瓷材料同样具有一些致命的弱点,如:塑性变形差,抗热震和抗疲劳性能差,对应力集中和裂纹敏感、质脆以及在高温环境中其强度、抗氧化性能等明显降低等。 正文: 一、陶瓷材料表面改性技术的应用 1.不同添加剂对陶瓷材料性能的影响。 由于陶瓷材料的耐高温特性经常被应用到高温环境中,特别是高温结构 陶瓷,其高温抗氧化性受到人们的关注。Si 3N 4 是一种强共价结合陶瓷,具有高 硬度、高强度、耐磨和耐腐蚀性好的性能。但是没有添加剂的Si 3N 4 几乎不 能烧结,陶瓷材料的高温强度强烈地受材料组成和显微结构的影响,而材料的显微结构特别是晶界相组成是受添加剂影响的,晶界相的组成对高温力学性能的影响极其敏感。对致密氮化硅而言,坯体中的物质传递对材料的氧化起着决定性作用,一般认为,在测试条件下,具有抛物线规律的氮化硅材料,其决定氧化的主要因素取决于晶界的添加剂离子和杂质离子的扩散速率,不同的添加剂对氮化硅陶瓷的氧化行为影响有所不同[1,2,3]。 2．离子注入技术。 离子注入就是用离子化粒子,经过加速和分离的高能量离子束作用于材料表面,使之产生一定厚度的注入层而改变其表面特性。可根据需要选择要注入的元素,并根据工艺条件控制注入元素的浓度分布和注入深度,形成所需要的过饱和固溶体、亚稳相和各种平衡相,以及一般冶金方法无法得到的合金相或金属间化合物,可直接获得马氏体硬化表面,得到所需要的表面结构和性能由于形成的改性表面不受热力学条件的限制(相平衡、固溶度),所以具有独特的优点。离子注入表面处理技术有:金属蒸汽真空弧离子源离子注入,等离子源注入等。在相同的条件下,重离子比轻离子有更强烈的辐射硬化,因此其对抗弯强度的增加更显著;由于单晶的表面缺陷少所以增加效果 更好]7,6[。
ISO、ASTM紧固件表面处理标准新技术要求 所有的碳钢紧固件中约有90％的表面需经过镀或涂履处理，或者带有某些其它添加的表面（密封剂、面涂和润滑），主要是为了提高表面抗腐蚀能力、外观装饰、耐磨性或控制扭矩轴力K因子等要求。 一、紧固件表面处理新标准 近几年在紧固件的贸易接单中，客户对紧固件表面涂覆质量、无铬钝化、抗腐蚀能力和装饰色泽也提出更高的要求，及减少氢脆危险的技术措施，尤其是对有涂履高强度紧固件的装配扭矩轴力关系等提出更加严谨的规范要求。 随着金属表面处理的环保、节能及产品品质的提升，不同的涂层上需带有或附加密封剂、面涂和集成或附加润滑的表面涂履处理的新技术和新工艺在不断涌现和攀升，表面涂履的技术规范和质量要求在不断在提升和完善，表面处理标准也在不断地将表面处理的新工艺、新技术和新规范充实到标准中去，这对紧固件企业交货产品的表面处理质量也提出更高要求。 因此，我国紧固件生产企业要尽快去收集和理解紧固件表面处理新标准，加强紧固件表面处理新工艺和新技术的研发进度，提高紧固件表面处理质量，以适应市场和用户的新需求。 从2011年后ISO/TC2/ SC14国际紧固件（表面涂层）分技术委员会和ASTM F16.03美国紧固件涂层分技术委员等国家的标准化组织，对紧固件电镀、非电解锌片涂层（达克罗）和热浸镀锌三个主要的表面处理标准也加快了修订进度，2014年和2015 年ISO 和ASTM都相继推出了紧固件的涂层新标准。 1.1 紧固件电镀标准 ISO/TC2/SC14国际紧固件涂层分技术委员推出ISO/PWI 4042-2017《紧固件 电镀层》标准，彻底修改现行ISO 4042-1999版标准（GB/T5267.1-2002《紧固件 电镀层》）；该标准修订考虑到相关国家和地区环保法规要求，六价铬Cr+6和无铬Cr+3钝化的技术发展，增添涂层密封剂、面漆和附加润滑新技术条款，以满足涂层紧固件防腐蚀、外观装饰及装配功能要求，及最大限度地减少氢脆危险及相关去氢技术措施。 2015年美国推出ASTMF1941/F1941M -2015《英制和米制机械紧固件——电镀层规范》标准。该规范涵盖了美制“UNC/UNF”统一英制螺纹和米制“M”螺纹的机械紧固件电镀涂层，建立的涂层系统与ISO国际标准同步。紧固件涂层螺纹应符合ASME B1.1美制和ISO 965-1、ISO
ISO 、AST 嘛固件表面处理标准新技术要求 所有的碳钢紧固件中约有 90 %的表面需经过镀或涂履处理，或者带有某些其它添加的 表面（密封剂、面涂和润滑），主要是为了提高表面抗腐蚀能力、外观装饰、耐磨性或控 制扭矩轴力K 因子等要求。 一、紧固件表面处理新标准 1.2紧固件达克罗处理标准 ISO 10683:2014 版《紧固件 非电解锌片涂层》新标准，修订了 （GB/T5267.2-2002《紧固件非电解锌片涂层》）标准明确指出对紧固件非电解锌片涂层 （达克罗）的相关产业或流通领域化学品供应商、涂履加工者、紧固件制造商，分销商和 ______________ 最终用户必须在合同中注明锌片涂层有与否 （带六价铬 Cr+6或无铬Cr+3 ）。标准覆盖了所- 有类型紧固件，即ISO 公制螺纹紧固件与非ISO 公制螺纹紧固件（美制英寸60°螺纹UNC/UNF 等）和非螺纹紧固件（包括垫圈，销，夹等），为提高防腐蚀和装配功能或减少螺纹咬死, 件的装配扭矩轴力关系等提出更加严谨的规范要求。 随着金属表面处理的环保、节能及产品品质的提升，不冋的涂层上需带有或附加密封 剂、面涂和集成或附加润滑的表面涂履处理的新技术和新工艺在不断涌现和攀升，表面涂 履的技术规范和质量要求在不断在提升和完善，表面处理标准也在不断地将表面处理的新 工艺、新技术和新规范充实到标准中去，这对紧固件企业交货产品的表面处理质量也提出 更咼要求。 因此，我国紧固件生产企业要尽快去收集和理解紧固件表面处理新标准，加强紧固件 表面处理新工艺和新技术的研发进度，提高紧固件表面处理质量，以适应市场和用户的新 需求。 从2011年后ISO/TC2/ SC14国际紧固件（表面涂层）分技术委员会和 ASTM F16.03美 国紧固件涂层分技术委员等国家的标准化组织，对紧固件电镀、非电解锌片涂层（达克罗） 和热浸镀锌三个主要的表面处理标准也加快了修订进度， 2014年和2015年ISO 和ASTM 都相继推出了紧固件的涂层新标准。 1.1紧固件电镀标准 ISO/TC2/SC14国际紧固件涂层分技术委员推出 ISO/PWI 4042-2017《紧固件 电镀层》 标准，彻底修改现行 ISO 4042-1999版标准（GB/T5267.1-2002《紧固件 电镀层》）；该 标准修订考虑到相关国家和地区环保法规要求，六价铬 Cr+6和无铬Cr+3钝化的技术发展， 增添涂层密封剂、面漆和附加润滑新技术条款，以满足涂层紧固件防腐蚀、外观装饰及装 配功能要求，及最大限度地减少氢脆危险及相关去氢技术措施。 2015年美国推出ASTMF1941/F1941M -2015《英制和米制机械紧固件一一电镀层规范》 标准。该规范涵盖了美制“ UNC/UNF 统一英制螺纹和米制“ M 螺纹的机械紧固件电镀涂 层，建立的涂层系统与 ISO 国际标准同步。紧固件涂层螺纹应符合 ASME B1.1美制和IsO 965-1、ISO 965-2和ISO965-3公制螺纹标准，涂层厚度值是基于外螺纹公差和偏差值，涂 后螺纹不应 超过螺纹基本中径，而影响螺纹的互换性。 对于表面硬化和硬度大于 39HRC 高强度紧固件，按水溶液沉积金属电镀的工艺过程， 有因氢脆而导致失效的风险，尽管这个风险可以通过选择合适的材料、适当的表面处理工 艺方法以及后期烘烤等来进行控制，但氢脆的风险是不能完全排除。因此，本标准不推荐 12.9级（》39HRC 的紧固件采用电镀处理。申明本标准发布即替代 ASTMB633《铁和钢电 解沉积镀锌》标准在紧固件电镀表面处理中的应用。 近几年在紧固件的贸易接单中，客户对紧固件表面涂覆质量、无铬钝化、抗腐蚀能力 和装饰 色泽也提出更高的要求，及减少氢脆危险的技术措施，尤其是对有涂履高强度紧固 ISO 10683:2000 标准
材料表面工程技术练习题（答案） 一、解释名词 1.喷丸强化技术:利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗压力腐蚀能力的表面工程技术。 2.干法热浸渗:先将经常规方法脱脂除锈清洗后的清洁工件或钢材进行溶剂处理，干燥后再将工件浸入欲渗金属溶液中，保温数分钟后抽出，水冷。 3.粘结底层:某些材料能够在很宽的条件下喷涂并粘结在清洁、光滑的表面上，而且这类涂层表面粗糙度适中，对随后喷涂的其它涂层有良好的粘结作用。 4.溅射镀膜:用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递，使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法。(在真空室中，利用荷能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件表面沉积的过程。) 5.分子束外延:在超高真空环境中，将薄膜诸组分元素的分子束流，直接喷到温度适宜的衬底表面上，在合适的条件下就能沉积出所需要的外延层。 6.激光合金化技术:激光合金化就是利用激光束将一种或多种合金元素快速熔入基体表面，从而使基体表层具有特定的合金成分的技术。换言之，它是一种利用激光改变金属或合金表面化学成分的技术。 7.物理气相沉积:在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其粒子化为离子，直接沉积到基体表面上的方法。 8.真空蒸镀:在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。
9.热喷涂工艺:热喷涂是用专用设备把某种固体材料熔化并使其雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工艺方法。 10.气相沉积:气相沉积技术也是一种在基体上形成一层功能膜的技术，它是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。 气相沉积技术一般可分为两大类:物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)。 11.合金电镀:在一个镀槽中，同时沉积含有两种或两种以上金属元素镀层称为合金电镀。 12.腐蚀:材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。 13.电镀:在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。 14.堆焊:在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层的技术。 15.离子镀膜:真空蒸发镀膜:在真空室内，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体(基片/基板/衬底、工件)表面，凝结形成固态薄膜的方法。 16.化学转化膜:通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金属外观(形状及几何尺寸)的一类技术。 17.表面工程技术:为满足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能(或功能)的化学、物理方法与工艺。 18.表面能:严格意义上指材料表面的内能，包括原子的动能、原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能等。
材料的表面处理 第一节概述 材料的种类很多，它们的组成、结构、性质及表面状态更是千差万别。由于不同产品对于其表面处理的效果和功能的要求不同，因此，材料表面处理所涉及的技术问题、工艺问题等也是十分广泛的，并与多种学科相关。本章仅从工业设计的特点出发，介绍几种表面处理工艺。 一、表面处理的功效 造型材料的种类很多，其中金属材料、木质材料和塑料则是最为常用的基本设计材料。从工业设计的特点出发，金属材料的强度高，加工性能较好，其加工表面具有金属光泽，表面较平滑；木材质轻，较易加工，其表面具有天然的木质纹理；塑料的来源丰富，品种很多，成型较方便，且价廉，质轻，透明性和着色性较好，是一种新颖的优良材料。这些材料，以及用它们制造成的产品，若不给以一定的表面处理，则在各种使用环境下，材料或制件的表面会受到空气、水分、日光、盐雾、霉菌和其他腐蚀性介质等的侵蚀，由于腐蚀、腐朽和老化作用，会引起材料或制件失光、变色、粉化及开裂等，从而出现破坏的后果。表面处理的功效就在于一方面保护产品，即保护材质本身赋予产品表面的光泽、色彩和肌理等而呈现出的外观美，并提高产品的耐用性，确保产品的安全性，由此有效地利用了材料资源；另一方面是根据设计的意图，给产品表面附加上更丰富的色彩、光泽和肌理等变化，使产品表面更有节奏感。此外，随着表面处理技术的发展，还可实现提高材料表面的硬度，并可赋予材料表面导电、憎水和润滑等特殊功效。 二、表面处理和加饰 从工业设计出发，表面处理的目的首先是美化产品的外观，也即按产品设计的要求调整其表面的色彩、亮度和肌理等。因此，材料本身具有的外观不符合设计要求时，必须采用适当的表面处理方法进行调整，以达到满足产品设计的要求。 三、表面加工 使金属材料加工成平滑、光亮、美观和具有凹凸模样的表面状态的过程称为表面加工，也即使金属材料表面恢复其本身具有的色泽、亮度和表面肌理特征而进行的处理，表面加工作为电镀和涂装的前处理也是重要的。 1．切削 切削是利用刀具对金属表面层进行加工的方法与铸造、锻造、压力加工等相比较，虽有切屑产生和材料废弃，但一般可迅速加工出高精度表面的产品。 2．研磨
材料表面处理技术 摘要：介绍了表面处理技术的内容，现代材料表面处理技术与传统表面处理技术的区别，重点介绍了表面处理技术在模具上的应用和发展，最后针对材料表面处理技术研究和应用所存在的问题，提出了自己的看法。 关键词：表面处理技术区别模具问题。 一、表面处理技术的内容 材料表面处理技术与工程,是80年代以来世界十大关键之一的新兴技术,现已迅速发展成跨学科的、综合性强的新兴的先进工程技术,涉及到材料、物理、化学、真空技术及微电子学等许多学科,应用领域非常广。 表面处理技术包括：表面覆盖技术、表面改性技术和复合表面处理技术。1)表面覆盖技术 这项技术的种类很多,目前主要有下列24类:1电镀；2电刷镀；3化学镀；4涂装；5粘结；6堆焊；7熔结；8热喷涂；9塑料粉末涂敷；10电火花涂敷；11热浸镀；12搪瓷涂敷；13陶瓷涂敷；14真空蒸镀；5溅射镀；16离子镀；17普通化学气相沉积；18等离子体化学气相沉积；19金属有机物气相沉积；20分子束外延；21离子束合成薄膜技术；22化学转化膜；23热烫印；24暂时性覆盖处理。上述每类表面覆盖技术又可分为许多种技术。例如电镀按镀层可分为单金属电镀和合金电镀。单金属镀层有锌、镉、铜、镍等数10种,合金镀层有锌铜、镍铁、锌-镍-铁等100多种。按电镀方式,可分为挂镀、吊镀、滚镀和刷镀等。某些分类有重叠情况,例如塑料粉末涂敷可归入涂装一类,但由于其特殊性,故单独列为一类。又如陶瓷涂敷,其中不少内容可归入热喷涂一类,但考虑其完整性,也单独列为一类。有些技术,尤其是一些新技术,根据其特点和发展情况,在需要时可单独列为一类。例如片状锌基铬盐防护涂层(又称达克罗等),是由细小片状锌、片状铝、铬酸盐、水和有机溶剂构成涂料,经涂敷和300℃左右加热保温除去水和有机溶剂后形成涂层,因具有涂层薄、防蚀性能优良、无氢脆、耐热性好、附着性高以及无环境污染等优点,所以发展迅速,可考虑从涂装中单独列出。 2)表面改性技术 目前大致可分为以下几类:喷丸强化；表面热处理；化学热处理；等离子扩渗处理；激光表面处理；电子束表面处理；高密度太阳能表面处理；离子注入表面改性。 实际上“表面改性”是一个具有较为广泛涵义的技术名词,它可泛指“经过特殊表面处理以得到某种特殊性能的技术”。因此,有许多表面覆盖技术也可看作表面改性技术。为了使这些覆盖技术归类完整起见,我们说的表面改性技术是指“表面覆盖”以外的,通过用机械、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,来获得某种特殊性能的表面处理技术。 3)复合表面处理技术 表面技术种类繁杂,今后还会有一系列新技术涌现出来。表面技术的另一个重要趋向是综合运用两种或更多种表面技术的复合表面处理将获得迅速发展。随着材料使用要求的不断提高,单一的表面技术因有一定的局限性而往往不能满足需要。目前已开发的一些复合表面处理如等离子喷涂与激光辐照复合、热喷涂与
材料表面改性方法 材料表面改性是指不改变材料整体（基体）特性，仅改变材料近表面层的物理、化学特性的表面处理手段，材料表面改性也可以称为材料表面强化处理。 现代材料表面改性目的：是把材料表面与基体看作为一个统一的系统进行设计与改性，以最经济、最有效的方法改变材料近表面层的形态、化学成份和组织结构，赋予新的复合性能，以新型的功能，实现新的工程应用。现代材料表面改性技术就是应用物理、化学、电子学、机械学、材料学的知识,对产品或材料进行处理，赋予材料表面减磨、耐磨、耐蚀、耐热、隔热、抗氧化、防辐射以及声光电磁热等特殊功能的技术。 分类： 1、传统的表面改性技术： 表面热处理：通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。 表面渗碳：面渗碳处理:将含碳(0.1~0.25)的钢放到碳势高的环境介质中,通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火\回火,使工件的表面层得到碳含量高的M,而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量低的M,M的硬度主要与其碳含量有关,故经渗碳处理和后续热处理可使工件获得外硬内韧的性能. 2、60年代以来：传统的淬火已由火焰加热发展为高频加热 高频加热设备是采用磁场感应涡流加热原理，利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内磁力线通过金属材质时，使锅炉体本身自行高速发热，然后再加热物质，并且能在短时间内达到令人满意的温度。 3、70年代以来： 化学镀：是指在不用外加电流的情况下,在同一溶液中使用还原剂使金属离子在具有催化活性的表面上沉积出金属镀层的方法。 4、近30年来： 热喷涂：热喷涂是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备
机械加工常见表面处理的种类基本原理和用途 表面处理工艺:静电喷涂、烤漆、镀锌、镀铬、镀镍、镀钛、镀金、镀银、铝阳极、浸渗、喷油、喷砂、DLC处理、铁氟龙处理、染黑、冷电镀 静电喷涂：静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动，并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法。静电喷涂设备由喷枪、喷杯以及静电喷涂高压电源等组成。 静电喷涂的作用 1、一次涂装可以得到较厚的涂层，例如涂覆100～300μm的涂层，用一般普通的溶剂涂料，约需涂覆4～6次，而用粉末涂料则一次就可以达到该厚度。涂层的耐腐性能很好。 2、粉末涂料不含溶剂，无三废公害，改善了劳动卫生条件。 3、采用粉末静电喷涂等新工艺，效率高，适用于自动流水线涂装，粉末利用率高，可回收使用。 4、除热固性的环氧、聚酯、丙烯酸外，尚有大量的热塑性耐脂可作为粉末涂料，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、氟化聚醚、尼龙、聚碳酸脂以及各类含氟树脂等。 粉末涂料开始用于防护和电气缘方面，随着科技的发展，目前已广泛使用于汽车工业、电气绝缘、耐腐蚀化学泵、阀门、汽缸、管道、屋外钢制构件、钢制家具、铸件等表面的涂装。我国自六十年代开始粉末涂装的实验研究，并在生产上得到应用。发展到目前已广泛得到使用。 烤漆：在基材上打上底漆、面漆，每上一遍漆，都送入无尘衡温烤房，烘烤。 镀锌：是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术。颜色有很多种，一般常见的有蓝白色、银白色等。 镀铬：在金属制品表面镀上一层致密的氧化铬薄膜，可以使得金属制品更加坚固耐用。镀铬有两种的，一种是装饰铬，一种是硬铬。镀硬铬一般采用比较多的是常在高温条件下使用的机械，如：模具等，镀装饰铬顾名思义，主要目的就是为了表面光亮、外形美观、防锈等等。
《材料表面工程基础》课后习题目录及答案 1.材料表面工程技术为什么能得到社会的重视获得迅速发展? 2.表面工程技术的目的和作用是什么? 3.为什么说表面工程是一个多学科的边缘学科? 4.为什么会造成表面原子的重组？ 5.什么是实际表面？什么是清洁表面？什么是理想表面？ 6.常用的材料表面处理预处理种类及方法有哪些？ 7.热喷涂技术有什么特点？ 8.热喷涂涂层的结构特点是什么？其形成过程中经历了哪几个阶段？ 9.简单分析热喷涂涂层的结合机理？ 10.热喷涂只要有哪几种喷涂工艺？各有什么特点？ 11.热喷涂材料有哪几大类？热喷涂技术在新型材料开发方面可以做什么工作？ 12.镀层如何分类？怎样选择使用？ 13.金属电镀包括哪些基本步骤？说明其物理意义。 14.电镀的基本原理？ 15.共沉积合金的相特点有几种类型？ 16.电刷镀的原理及特点是什么？ 17.什么叫化学镀？实现化学镀过程有什么方式。 18.与电镀相比，化学镀有何特点？ 19.热浸镀的基本过程是什么？控制步骤是什么？其实质是什么？ 20.形成热浸镀层应满足什么条件？
21.简述钢材热镀铝时扩散层的形成过程。 22.热镀铝的优缺点怎样？ 23.表面淬火与常规淬火的区别：临界温度上移、奥氏体成分不均匀、晶粒细化、硬度高、耐磨性好、抗疲劳强度高。 24.表面淬火层组成：淬硬区、过渡区和心部区。 25.硬化层厚度的测定：金相法和硬度法。 26.喷丸强化技术原理、特点、应用围。 27.感应加热淬火原理、涡流、集肤效应。 28.工件感应加热淬火的工艺流程。 29.各种表面淬火的特点和应用围。 30.什么是表面工程？表面工程技术的作用是什么？ 31.金属离子电沉积的热力学条件是什么？金属离子从水溶液中沉积的可能性取决于什么？ 32.什么是热喷涂技术？试简述热喷涂的特点。 33.热喷涂的涂层结构特点是什么？其涂层与基体的结合机理是什么？一般的等离子喷涂层不可能形成太厚的涂层，为什么？而HVOF技术则可以获得10余毫米厚的超厚涂层，又是为什么？ 34.化学镀的基本原理是什么？有哪些特点？ 35.材料表面工程技术是我校材料科学的学科优势之一？你对于我校材料表面技术的发展有什么想法和建议？ 36.材料表面耐腐蚀的技术有哪些？我国规定煤矿系统的井筒井架、电力塔架、广播发射塔等必须要进行钢结构长效防腐处理。一般的寿命要求30～50年。请
金属件常用表面处理方法 自行车常用的表面处理方式分类 1.涂装，包含电泳涂装、静电涂装、手工涂装、静电粉末涂装及流化床粉末涂装等； 2.电镀，常用的有普通镀锌（台资企业叫UCP，有蓝锌与白锌）、彩色镀锌、镀铬（又叫CP，有亮面与雾面之分）； 3. 化学镀，主要用于塑料件，先在工件表面化学镀一层铜或镍，然后再进行后续的电镀，最后一层大多为镀铬； 4. 阳极氧化、电解着色或染色，主要是针对有色金属之铝合金，以及现在新兴起的镁合金，处理后表面形成一层致密的氧化膜，可以是金属本色，也可以染成不同的颜色，由于具有坚硬耐磨，耐腐蚀性优良的特点，一般外边不在涂装油漆或粉末； 5. 抛光、磨花、拉丝，也是针对铝合金的一种处理方式，通过机械（手工或震动抛光）或化学的（三酸或两酸化学抛光或电化学抛光）处理方式，使得铝合金表面微观变得平整，达到不同级别的平滑光亮效果，然后喷透明漆，或继续在抛光的工件表面磨花或拉丝等处理后改变外观效果再进行涂装； 6. 防锈磷化与发黑处理，不具有装饰性，目的就是为了提高工件的防锈性能，主要用在花鼓、轴承的处理； 7. 达克罗处理，又叫达克锈处理或锌铬膜，即片状锌基铬盐防护涂层，是国际上金属表面处理的一种高新技术，一种防锈性能很好的涂装方式，达克罗不用电沉积方法而将工件直接浸入达克罗处理液中，或用刷涂、静电喷涂法使处理液粘附于工件表面，然后经烧结而成的含锌、铝及铬元素的无机转化膜。主要用在小零件的防锈处理上，如螺丝螺帽等，也可应用在链条、支撑、泥除脚、车首竖杆、货架、停车架 ED电著处理意思金属表面电着色 一般来说,电镀的成膜物质是金属,电泳的成膜物质是树脂. 非金属(如塑料)可以电泳,但要求先电镀,再电泳,因为塑料的耐温较低,对电泳漆的选择就要多注意了 BED电泳, -----电泳的成膜物质是树脂
Surface Treatment (Contributed by The ChemQuest Group) Introduction For effective bonding, the adhesive must completely wet the surface of each substrate being joined together. In addition, strong attractive interactions must form between the adhesive and the substrates. To satisfy these conditions, the surface of the substrate must be clean, reasonably smooth, and chemically receptive to the chosen adhesive. Surface treatment is the process whereby the adherend surface is cleaned and/or chemically treated to promote better adhesion. To a large extent the surface treatment determines how well and for how long a bond will hold, Figure 1. If the chosen adhesive can withstand the service conditions to which the bond will be subjected, then the life and service expectancy of that bond will be directly proportional to the degree of surface treatment Figure 1. The effect of surface treatment on overlap shear strength (epoxy adhesive). Since surface treatment adds another step (and additional expense) to the bonding process there is a tendency to reduce or even eliminate it all together. However, in general, the level of surface treatment used should be the minimum amount that gives a reproducible bonded part having the desired level of performance. Surface treatment promotes adhesion by making it possible for the adhesive to wet the actual surface of the substrate, rather than its apparent surface. In many cases, what appears to be the surface is, in reality, a layer of grease, dirt, oil, or some other contaminant, Figure 2. The method used to prepare such surfaces for adequate wetting will depend on the type of contaminant and the nature of the adherend.
材料表面工程教案 李远睿编写 重庆大学材料科学与工程学院 2005年4月 前言Foreword 金属材料表面工程学科是涉及范围较广的学科。总的目的是：在保证材料整体强度水平不降低的基础上设法应用不同的现代技术手段赋予材料表面各种所需要的性能。本课程在介绍了金属表面的有关基础知识后，结合国内外最新的资料和信息及老师的科研实践，分别讲解：表面准备、表面冷塑性变性强化、表面覆层强化，高能量密度表面强化与改性、表面淬火强化，化学热处理表面强化及表面特殊涂覆处理和表面复合处理技术等内容。由于在热处理工艺学中学习了表面淬火强化和化学热处理等方面的内容，则在本课程中不再详细讨论了。 一综述： 1．金属材料表面工程学的地位。 金属材料，特别是钢铁材料，目前仍旧是机械,设备和工程构件的主要材料。国内机械行业曾对114 个大型企业耗用材料的统计资料表明：钢铁材料占93.13%；有色金属占1.85%；非金属材料占5.2%。目前存在的主要问题是：材料消耗多、利用率低、质量欠稳定、制成的零部件或工程结构失效较早等。 2．机械零件失效的主要形式： a 塑性变形。原因是材料强度不足或过载使用； b 断裂。有韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂三种类型； c 磨损。按磨损机理分为磨料磨损、冲蚀磨损、粘着磨损和疲劳磨损四类，各类磨损又可以细分为更具体的一些形式。 d 腐蚀。在环境及周围介质作用下，对金属材料及零件的腐蚀。
在以上四种失效形式中，磨损、疲劳和腐蚀占80%以上。由现代理化手段分析后证实：失效通常是从材料的表面开始的，而且往往是因其表面性能不高所致。故研究金属材料的表面及其相应的强化方法有十分重要的意义。 二表面强化技术的分类及概况。 1．分类。通常按表面强化技术的性质分类，可以分为： a化学热处理表面强化；b表面淬火强化；c表面覆层（化成处理覆层、覆衬、CVP、PVD薄膜和热浸渗）强化及装饰；d表面冷塑性变形强化；e表面复合强化；f表面高能量密度改性与强化。 2．各类表面强化的概况。 a 化学热处理表面强化。即用渗入原子在材料表层内扩散而形成人工内污染层，以改变表层的化学成分为先决条件，再进行不同处理后赋与表面和内部不同的组织，从而具有不同性能的表面强化方法。例如：钢的渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、热浸渗和渗金属等等。 b 表面淬火。不改变材料的化学成分，只是因表层相变而产生的强化方法称为表面淬火。例如：高频、中频和表面感应加热淬火、火焰加热表面淬火、电子束、激光（Laser）束加热表面淬火等。 c 表面冷塑性变形强化。在金属材料的再结晶温度之下，使其表层发生冷塑性变形后达到表层加工硬化，弥补其表面轻微脱碳和细小缺陷并形成表层残余压应力的强化方法称为表面冷塑性变形强化。其显著作用就是提高金属材料及其制品的高周疲劳寿命，且材料本身强度愈高，其表面强化效果愈显著。表面冷塑性变形强化的方法有：表面滚压、内孔挤压和表层喷丸强化。其中，喷丸强化用得最普遍。 d 表面覆层强化及装饰。使金属表面获得特殊的覆盖层，以提高其耐磨、耐蚀、抗疲劳及装饰等目的工艺方法都称为表面覆层强化及装饰。它分为：表面镀膜，化成处理和表面覆衬。表面镀膜主要有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和分子外延技术等；化成处理主要有：化学镀、电镀、发蓝、发黑、磷化和铝的阳极氧化等；表面覆层主要为热喷涂、热堆焊覆层（衬）和用玻璃和地沥清等覆衬于其表面，以达到耐热、耐蚀、防滑、修复尺寸和防腐等目的。 e高能量密度表面强化。以极高密度的能量作用于金属表面使其发生物理、化学变化，达到强化或表面改性的目的称为高能量密度表面强化。特点是：方法简单、时间短、变形小、高效率等，但设备复杂，造价高。采用：电子束、激光束、太阳能和高频冲击表面感应加热等。能量密度：以电子束和激光束提供的能量密度最高，可达到：
“材料表面工程”复习题 一、名词解释 表面工程技术：为满足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能(或功能)的化学、物理方法与工艺。 表面能：严格意义上指材料表面的内能，包括原子的动能、原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能等。 洁净表面：材料表层原子结构的周期性不同于体内，但其化学成分仍与体内相同的表面。 清洁表面：一般指零件经过清洗(脱脂、浸蚀等)以后的表面。 区别：洁净表面允许有吸附物，但其覆盖的几率应该非常低。洁净表面只有用特殊的方法才能得到。清洁表面易于实现，只要经过常规的清洗过程即可。洁净表面的“清洁程度”比清洁表面高。 吸附作用：物体表面上的原子或分子力场不饱和，有吸引周围其它物质(主要是气体、液体)分子的能力。 磨损：相对运动的物质摩擦过程中不断产生损失或残余变形的现象。 腐蚀：材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。 极化：腐蚀电池工作时，阴、阳极之间有电流通过，使阴、阳极之间的电位差(实际电极电位)比初始电位差要小得多的现象。 钝化：由于金属表面状态的改变引起金属表面活性的突然变化，使表面反应速度急剧降低的现象。(阳极反应受阻的现象) 表面淬火：用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3(对亚共析钢)或者Ac1(对过共析钢)之上(奥氏体化)，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。 喷丸强化：利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度之下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。(喷丸强化技术) 热扩渗：将工件放在特殊介质中加热，使介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层(或掺杂层)的工艺。(化学热处理技术) 热喷涂：采用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化，然后用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。 热喷焊：采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基体之间、涂层内颗粒之间的冶金结合，消除孔隙的表面处理技术。(喷焊) 堆焊：在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层的技术。
