表面处理技术概述

6.5表面处理技术 一、表面处理述

1.表面处理概念

利用现代物理化学、金属学和热处理等学科的边缘性新 技术来改变零件表面的状况和性质，使之与心部材料作优化 组合，以达到预定性能要求的工艺方法，称为表面处理。

2.表面处理技术的分类

①表面强化处理 ②表面洁化处理

③表面装饰处理 ④表面防蚀处理

⑤表面修复处理常用表面处理方法

①热喷涂、喷丸、表面滚压

②表面胀光、离子镀

③激光表面强化、抛光

④普通电镀、特种电镀

⑤钢铁发蓝、钢铁憐化

⑥铝阳极氧化及着色处理

⑦喷漆与喷塑等、热喷涂

氡一乙炔琨合气道

粉末一火焰喷涂示意图 喷涂粉末

燃烧火焰

送粉气道喷哺1.热喷涂原理 IZ52?

热喷涂是将金属或非金属材 料加热熔化，靠压缩气体连续吹 喷到制件表面上，形成与基体牢 固结合的涂层，从制件表层获得

所需要的物理化学性能。

基体、

涂层

Z二 Z 送丝机构

二二

C:二 \\\\L \\\W \\\\V//, \\\~

电弧喷涂原理图 基体 N

前松体 涂层、

二二二 一

等离子喷涂原理图 ②喷涂材料可为金属、合金、金属氧化物和碳化物、陶 瓷和塑料等，材料形态可为线材、棒料或粉末。

③喷涂的基体可为金属、陶瓷、玻璃、塑料、石膏、木 材、布、纸等固体材料。

④喷涂的涂层厚度为几十微米至数毫米。①工艺灵活，适用范围广。热喷涂施工对象可大可小，小的可 到小10mm内孔(线爆喷涂)，2.热喷涂的特点

大的可到桥梁、铁塔(火焰线材喷 涂或电孤喷涂)，可在室内喷涂，也可在野外现场作业；可 整体喷涂，也可以局部喷涂。

②基体及喷涂材料广泛。可通过喷涂不同材料，使工件表面获 得所需的各种物理化学性能。

③工件应力变形小。基体可保持较低的温度，工件产生的应力 变形很小。

④生产效率高。每小时喷涂材料重量从几千克到几十千克，沉 积效率很高。①防腐蚀:主要用于大型水闸钢闸门、造纸 机烘缸、煤矿井下钢结构、高压输电铁 塔、电视台天线、大型钢桥梁、化工厂 大罐和管道的防腐喷涂。 3.热喷涂的应用

②防磨损:通过喷涂修复已磨损的零件，或 在零件易磨损部位预先喷涂上耐磨材料， 如风机主轴、高炉风口、汽车曲轴、机 床主轴、机床导轨、柴油机缸套、油田 钻杆、农用机械刀片等。

③特殊功能层:通过喷涂获得表层某些特殊 性能，如耐高温、隔热、导电、绝缘、 防幅射等，在航空航天和原子能等部门 应用较多。三、喷丸

说明：

①喷丸处理是利用高速喷射出的砂丸和铁丸，对工件表 面进行撞击，以提高零件的部分力学性能和改变表面状 态的工艺方法。

丸

机械喷丸示意图 高等教育出版社

a)喷丸机 b)喷枪

手工喷丸示意图

②喷丸的方法通常有手工操作和机械操作两种。

③喷丸通常是直径为0.5〜2mm的沙粒或铁丸。沙粒的材 料多为Al2O3或SiO2。表面处理的效果与丸粒的大小、 喷射速度和持续时间有关。

④喷丸用于提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐 蚀性等，还可用于表面消光、去氧化皮和消除铸、锻、 焊件的残余应力等。

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a)滚压外圆及所用工具

滚道锥滚柱文承钉 调节套 支承柱

¥

b)滚压内圆及所用工具 表面滚压 四、表面滚压和胀光

1 •表面滚压

sr 加压杆调整弹费螵塞

Qm077. mpg 杆体

①滚压外圆及 所用工具 ②滚压内圆及

所用工具

1 i;： -

a 表面滚压实例

说明：

①表面滚压是在常温上用硬质滚柱或滚轮施压于施转的工件 表面上，并沿母线方向移动，使工件表面塑性变形硬化，以 获得准确、光洁和强化的表面。

②滚压余量通常为表面微观不平度的平均高度(0.01〜0.02mm)。 滚压后，尺寸公差等级可达IT7〜IT6，Ra值可达0.8〜0.1m m， 表层硬度可提高5〜10%，硬化层深度可达0.2〜2mm，疲劳 强度可提高10〜30%。

③滚压可在卧式车床上进行，可滚压金属零件上的外圆、内

和平面等。2 •表面胀光(挤光或挤压）

说明：

①表面胀光是在常温下将直径稍大于孔径的钢球或其他形 状的胀光工具挤过工件已加工的内孔，以获得准确，光洁 和强化的表面。

②胀光余量一般为0.07〜0.015mm。胀光后尺寸公差等级可 达IT7〜IT5，Ra值可达0.8〜0.025 ^m。

③胀光一般在压力机或拉床上进行，用于纟2〜纟45孔壁较 厚的金属零件。

表面胀光

绝缘支架

待鍍件 (阴极)

解光放电区 3kV 〜5kV

等离子体

离子镀原理图 蒸发电源 五、离子镀

说明：

①离子镀是将镀层材料气化并电 成离子，通过扩散和电场作用， 沉积于制件表面，形成与基体牢 固结合的满足所需性能的镀覆层。

②离子镀的种类很多。其绕射性均 很好，能镀覆制件上各个方向的 表面，可在金属或非金属表面上 镀覆金属或合金，镀层厚度一般 为2〜3mm。

③离子镀已广泛用于机械、电子、 航空、航天、轻工、光学和建筑 等部门，用以制备耐磨、耐蚀、 耐热、超硬、导电、磁性和光电 转换等镀层。

淬火层

激光表面强化的过程示意图 激光束+情性气体

工件移动方向

激光表面合金化处理示意图 六、激光表面强化

说明：

①激光表面强化是用聚焦的激光束射向钢件表面，在极短时 间内将工件表层极薄的材料加热到相变温度或熔点以上的 温度，又在极短时间内冷却，使工件表面淬硬强化。

②激光表面强化可分为激光相变强化处理、激光表面合金化 处理和激光熔覆处理等。

③激光表面强化的热影响区小，变形小，工件表面清洁， 操作方便。

④激光表面强化的设备昂贵，硬化层深度较浅，一般为0.3〜

0.5mm。

⑤激光表面强化主要用于局部强化的零件，如冲裁模、曲 轴、凸轮、凸轮轴、花键轴、精密仪器导轨、高速钢刀 具、齿轮及内燃机缸套等。

机械抛光< 七、抛光

抛光是对零件表面进行修饰的一种光整加工方法，一

般只能得到光滑表面，不能提高甚至不能保持原有的加工 精度，随预加工状况不同，抛光后的Ra值可达1.6〜0.008

^m。

拋光的分类：

轮式抛光 滚筒抛光 振动抛光

化学抛光 电化学抛光 V

几种轮式抛光举例 1 •机械拋光

1)轮式拋光

用高速旋转的柔性抛光轮和极细的磨料对工件表面进 行滚压和微量切削实现抛光。抛光轮用多层帆布、毛毡或 皮革叠制而成，用于较大零件的抛光。

Qm081. mpg

抛光实例

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滚筒抛光与振动抛光 2)滚筒拋光和振动拋光

将工件、磨料和抛光液装入滚筒或振动箱内，滚筒缓慢滚 动或振动箱振动，使工件与工件，工件与磨料相互摩擦，加上 抛光液的化学作用，除去工件表面的油污、锈层，磨去凸峰， 从而获得光滑的表面。用于细小而量大零件的抛光，后者比前 者生产率高，抛光效果更好。 2. 化学拋光 将金属零件浸入特制

的化学溶液中，利用金属 表面凸起部位比凹洼部位 溶解速度快的现象实现零 件表面的抛光。

3. 电化学拋光

电化学抛光与化学抛光类似，不同点是还要通以直流电， 工件接阳报，产生阳极溶解，也是利用金属表面凸起部位比凹 洼部位溶解速度快的现象进行抛光的。

八、电镀

1.电镀原理

电镀是一种电化学和氧化还原过程。以镀镍为例；将金 属制件浸在金属盐(NiSO4)的溶液中作为阴极，金属镍板作为 阳极，接通直流电源后在制件上就会沉积出金属镀镍层。

电压表温度表电流表

化学除油 热水洗 冷水洗

冷水洗 光 冷水洗 洗

电化学除油一 « 冷水洗 弱腐蚀

热水洗

电镀工艺一般流程图 ①在阴极上的反应为： Ni 2+ +2e—Ni(形成镀层） 2H+ +2e^Ht ②在阳极上的反应为： Ni — 2e—Ni2+(阴极溶解) 4OH--4e^2H2O+O2| 2Ni + 3[O]^Ni2O3 2Cl-，一2e—Cl2T 电镀有槽镀(普通电镀)和 特种电镀等。

2•槽镀

1) 镀锌

钢铁零件上镀锌主要作用是防腐蚀，用量占全部电镀零件 的1/3至1/2，是所有电镀品种中产量最大的一个镀种。镀锌具有 成本低、抗蚀性好、美观和耐贮存等优点，在轻工、机电、农 机和国防等工业中得到广泛应用。

2) 镀镉

钢铁零件上镀镉，在海洋和湿热大气环境中，其保护性能 比锌好，航空、航海及电子工业中的零件大多釆用镀镉。但镉

盐有毒，且对环境污染严重，使镀镉的应用受到限制。

3) 镀锡

锡的腐蚀产物对人类无害，且 易于钎焊，镀锡广泛用于食品罐头 包装制品、饮具、餐具及电子工 业中很多需要钎焊的零件。

4) 镀铜

镀铜常作为其他镀层的中间层，以提高表面镀层和基体 金属的结合力。在电力工业中，也可用铁丝镀厚铜来代替纯 铜导线，以减少铜的耗用量。

5) 镀镍

镀镍的应用面很广，可用于防护装饰性和功能性两方面。 前者主要用于自行车、钟表、家用电器、五金产品、汽车、照 相机等零件的防护装饰性镀层；后者主要用于易磨损产品的 修复电镀。

6) 镀铬

铬在大气中能长久保持光泽，在碱液、硝酸、硫酸及许 多有机酸中不发生反应，镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨 性及较低的摩擦系数，故镀铬常用于防护装饰性镀层，防止 基体金属生锈和美化外观，也常用于提高制品的耐磨性或修 复磨损。