下载文档原格式
表面处理技术（及其发展趋势）概论表面技术为国际性的关键技术之一，是新材料、光电子、微电子、 3C 等许多先 进产业的基础技术。
大量表面技术属于高技术范畴，在今后知识经济社会发展过程中 将占有重要的地位。
人们使用表面技术已有几千年的历史， 但表面技术的迅速发展是 从19世纪工业革命开始的，最近30多年则发展得更为迅速。
一方面人们在广泛使用 和不断试验摸索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预 了有力的促进，从而使表面技术进入了一个新的发展时期。
表面处理技术是一个宏大的概念，涉及的领域非常广泛，包括的面也十分宽广， 应用行业更是无限。
但表面处理作为一个特殊的边缘科学，其概念、范畴、现状和发 展趋势目前集团的许多同仁还不太清楚，对集团的应用和未来前景也还不是很了解， 对此，本人就自己这些年来对这一领域的关注和研究的心得作一介绍，供高层主管们 在规划集团未来技术发展方向时参考， 也希望本文能给对此问题感兴趣的同仁有所帮 助。
表面技术不仅是一门广博精深的具有极高实用价值的基础技术， 还是一门新兴的 边缘科学，在学术上丰富料材料科学、冶金学、机械学、电子学、物理学、化学等学 科，开辟了一些列新的研究领域。
表面技术的种类繁多，过去是分散在各个领域，它 们的发展一般是分散的。
现在表面技术开始有了自己坚实的理论基础， 人们将各类表 面技术相互联系起来，探讨共性，然后从更高的角度来指导各类表面技术的发展。
一、 表面处理技术工程的概念表面处理技术工程也可简称为“表面处理” 、“表面技术”或“表面工程” ， 它是将材料表面与基体一起作为一个系统进行设计， 利用表面改性技术，薄膜技术和 涂层技术，使材料表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。
二、 表面处理技术的分类它包括下列几个部分：表面失效分析 表面磨损与摩擦表面腐蚀与防护表面界面结合与复合复合表面技术表面工程基础理论表面工程学 表面工程技 术及复合表 面工程技术 表面改性技术技术 表面涂层（厚膜）技术 表面薄膜技术 表面化学粘涂技术化学转化膜技术 摩擦化学膜技术 表面机械强化技术表面预处理技术表面层的机械加工 表面层的特种加工表面几何特性与检测表面力学特性与检测物理及化学特性与检测表面分析技术表面层结构设计表面层材料设计表面层工艺设计表面工程车间设计及表面工程车 表面工程技术经济分析下面就相关领域做一些介绍：（一）表面覆盖技术1. 电镀它是利用电解作用，即把具有导电性的工件表面与电解质溶液接触，并作为阴 极，通过外电流的作用，在工件表面沉积与基体牢固结合的镀覆层。
有机高分子材料与表面处理技术摘要：目前有机高分子材料表面处理技术已经有长足的发展，针对不同有机高分子材料的表面处理都有相应的表面处理方法。
鉴于此，本文是对有机高分子材料与表面处理技术进行研究和分析，仅供参考。
关键词：有机高分子材料；表面处理；技术一、有机高分子材料的分类随着化工行业的发展，我国许多领域对有机高分子材料的需求也越来越高，为了明确不同种类有机高分子材料的性质，人们对有机高分子材料进行了科学的分类。
首先，根据有机高分子材料的来源分类可以将其分为三种类型，一是天然高分子化合物、二是合成高分子化合物、三是半合成高分子化合物；其次，按照合成反应特点分类可以将有机高分子材料分为聚合物、缩合物、一级开环聚合物等；最后根据理化性质和用途可以有机高分子材料分为塑料、橡胶、纤维等。
二、不同有机高分子材料的表面处理技术1、难粘高分子材料的表面处理技术（1）化学试剂处理法。
化学试剂处理法是以往对难粘高分子材料进行表面预处理的常用方法，在这里值得注意的是化学试剂处理法只是难粘高分子材料化学处理方法的一个总称，具体来说该方法还可以分为硫酸法、过硫酸法、自磷法、高锰酸钾法等。
对于化学试剂处理法来说，它主要是用于将难粘高分子材料表面进行氧化以及导入羧基、乙炔基、羟基等基团。
其主要目的是为了破坏难粘高分子材料的薄弱界面层从而增加难粘高分子材料表面的粗糙度，从而改善其粘附性。
而对于化学试剂处理法来说，影响其处理效果的因素主要分为四个方面：一是化学试剂的配方、二是表面处理的时间、三是进行处理时的温度、四是被处理材料的种类。
总的来说，运用该法对难粘高分子材料进行处理能够得到较好的处理结果，同时还具有不需要使用特殊设备的优点。
但由于该法在处理过程中容易导致制品着色、处理时间较长，以及污染严重等缺陷在目前的难粘高分子材料处理过程中已经逐渐被人们所遗弃。
（2）气体热氧化法。
通常情况下，难粘高分子材料可以通过空气、氧气、臭氧地等气体进行氧化，从而改善其粘附性。
关键词：化学材料；表面处理；技术化学材料的表面处理隶属于化学的一个分支，在1960年之后得到不断的发展，并且逐渐在化学学科中占据着越来越重要的位置。
随着时代的不断发展。
化学材料的表面处理如今已经是跨学科、跨行业的综合性技术，包含着包括等离子物理以及表面化学在内的多种学科，是一门真正实现了学科交融的学科，无论是理论性还是实用性都非常强。
化学材料的表面处理实质上就是为了尽可能地提升化学材料的性能，比如说耐高温性，防腐蚀性以及导电、导磁性等性能。
通过这些处理将化学材料本身的组成结构进行改变和完善，使化学材料能够在工作中更加持久稳定的发挥着自己的效用，尽可能地保持自身的高性能，延长使用寿命，从而更好地在高温等危险环境之下进行工作，提高工作效率。
现如今，不仅人们的生活习惯发生了翻天覆地的改变，全世界的工业领域也在不断地跟随时代的变化，搭乘着时代为工业发展造的顺风船，进行着愈演愈烈的技术革新。
在这样的大背景之下，各行各业对于化学材料的表面耐受性都有了更大的需要，现如今，化学材料的表面处理主要有以下几种方式，分别是材料热处理、激光涂层以及非金属涂层。
化学材料的表面处理技术的不断发展和完善顺应历史趋势，对于社会的良性发展有着极其深重的意义。
化学表面处理技术是指物体表面化学性质的变化，需要通过一定的技术加以改善，如在物体表面进行涂层等。
化学表面处理是化学科学的一个重要分支，也是表面工程的一个重要课题。
近年来，它得到了充分的发展，已成为一个跨学科、跨行业的综合性领域。
化学表面处理与表面物理、有机化学、表面化学、等离子体物理、传热等学科密切相关。
本文主要介绍了几种化学表面处理技术。
1化学材料的表面处理定义由于化学材料具有一定的腐蚀性，所以在选择材料上一定要选择耐磨性强、耐腐蚀性强的物品。
因此给化学材料的表面处理定义为：满足形成的表层与材料基体的物理、机械和化学性能要求，以达到其他需求功能的要求来处理化学材料表面[1]，采用化学材料的表面处理技术可以有效达到化学材料表面处理的要求，提高产品的使用寿命。
材料表面处理技术综述第一章绪论材料表面处理是一种改善材料表面特性、提高其性能的工艺。
表面处理技术在现代工业中得到了广泛应用，具有较高的研究和实用价值。
本文就材料表面处理技术进行了综述，包括表面处理的研究意义、研究现状、表面处理方法以及应用前景等。
第二章表面处理的研究意义表面处理技术是在材料科学领域中的一个非常重要的研究方向。
材料的表面性质是保证其机械、物理和化学性质的关键，通过表面处理能够改善材料的表面性能，提高材料的性能指标。
同时，表面处理技术还可以应用于材料的加工、制造和使用等环节。
例如，在制造航空航天器和高速列车等领域中，表面处理技术能够提高材料的耐腐蚀性、耐磨性和耐疲劳性，保证设备的持久稳定运行。
在环保领域中，表面处理技术可以降低污染物的排放，保护环境。
第三章表面处理技术的研究现状表面处理技术主要分为机械处理、物理处理和化学处理三类。
机械处理方法包括打磨和喷砂磨砂等；物理处理方法主要包括电子束辐照、电弧表面熔化和等离子体喷涂等；化学处理方法包括酸洗、电解处理等。
其中，等离子体喷涂技术目前被广泛应用于表面处理领域。
它采用气体放电等离子体技术，在低压下将金属粉末、陶瓷粉末或材料薄膜等喷涂到材料表面，形成一层覆盖层，以改善材料表面性能。
等离子体喷涂具有喷涂速度快、覆盖率高、成像度好、表面光滑等优点。
同时，该技术也应用于冶金、环保等领域。
第四章表面处理技术的方法1. 预处理预处理在表面处理技术中非常重要，它可以清洗掉材料表面的污垢和氧化层，为接下来的处理工作做好准备。
不同的物质需要不同的预处理方法，常见的方法包括酸洗、碱洗和电解处理等。
2. 机械处理机械处理是通过物理力量改变材料表面的形貌以及物理结构，从而达到改善表面性能的目的。
这种方法可以钝化表面，防止其腐蚀，同时也能增加表面粗糙度，提高表面附着力。
3. 热处理热处理是通过改变材料温度来改善表面性能的一种方法。
在高温下，材料表面的化学反应速度加快，可以增加材料附着力，同时也可以改善材料的耐磨性和耐腐蚀性。
汽车表面阴极电泳涂装工艺摘要：阴极电泳比阳极电泳的泳透力高，抗腐蚀力强，并且消除了阳极溶出等现象，阴极电泳漆质量的提高，适合于完全自动化大流水生产，涂料利用率高，成膜均匀一致等原因，世界上各大汽车厂无一例外地采用了阴极电泳。
本文将简单介绍了阴极电泳技术在汽车表面处理中的优势，技术原理及工艺规程等方面的内容，并展望了阴极电泳技术的发展方向。
关键词：阴极电泳，汽车表面，涂装工艺引言：随着汽车涂装的发展和社会的进步，当今涂装行业正蓬勃发展。
汽车涂装技术的发展已完成了第二次飞跃，实现了高产能的转化。
其中阴极电泳涂料经过30年的发展，国际上以美国PPG公司和德国Herberts公司为代表的涂料供应商不断采用新技术，开发新产品，使电泳涂料不断更新换代，第五代阴极电泳涂料以其优良的防腐蚀、渗透性和装饰性能已在世界各大汽车厂获得广泛应用。
1、阴极电泳涂装工艺机理阴极电泳涂装过程是在电场的作用下，带正电荷的胶体树脂粒子与颜料粒子泳向阴极工件的过程。
事实上这个过程伴随着电解、电泳、电沉积和电渗等多种复杂过程。
在阴极电泳涂装时带正电荷的粒子在阴极凝集，电沉积的第一步是水的电化学分解。
假使槽液的PH是中性的，在阴极上最初的反应是形成氨气和氨氧离子，这个反应使得阴极表面区产生高碱性界面层，当阳离子(树脂和颜料)与氢氧根离子反应，就变成了不溶性涂膜，沉积在工件上。
在电场的持续作用下，涂膜内部所含水份渗析出来，使涂膜脱水．形成水洗不掉、手摸不粘、均匀一致的涂膜，经过l80℃烘烤固化后．形成了优良的阴极电泳涂膜，下面以环氧树脂类阴极电泳漆为例，来分析阴极电泳过程。
环氧树脂一般带有碱性基团，用有机酸(如醋酸)中和后生成盐而溶于水。
同时，由于水的离解，在直流电场作用下，阴极电泳过程如下：(1)电解反应：2H2O+2e－=H2↑+2OH－；(2)电泳：RN+H(C2H4OH)2：和H+向阴极运动；(3)阴极电沉积：由H+在阴极放电，阴极和漆液界面处，OH-浓度升高，当OH-浓度增加到一定数值时(pH值最高可达12)，漆膜便在阴极(工件)表面产生沉积；(4)电渗：电泳涂装过程中，漆膜沉积的初始阶段，粒子(或离子)电荷不一定全部被中和、放电。
纺织工程中新型表面处理技术研究在纺织工程领域，新型表面处理技术的不断涌现为行业的发展带来了新的机遇与挑战。
这些技术不仅能够改善纺织品的性能和品质，还能满足消费者日益多样化的需求，为纺织行业开辟了更广阔的市场前景。
一、新型表面处理技术的分类1、等离子体处理技术等离子体处理是一种高效、环保的表面处理方法。
它通过在纺织品表面产生等离子体，改变其表面的化学组成和物理结构。
等离子体中的活性粒子能够与纺织品表面的分子发生反应，引入新的官能团，提高表面的亲水性、染色性和抗静电性能。
例如，在处理聚酯纤维时，等离子体能够在纤维表面刻蚀出微小的凹槽和孔洞，增加纤维的比表面积，从而提高染料的吸附能力，使染色效果更加鲜艳和均匀。
2、纳米技术纳米技术在纺织工程中的应用日益广泛。
将纳米粒子应用于纺织品表面处理，可以赋予纺织品许多独特的性能。
如纳米银粒子具有优异的抗菌性能，将其附着在纺织品表面，可制成具有抗菌功能的服装和床上用品，有效抑制细菌和真菌的生长，保障人体健康。
此外，纳米二氧化钛具有良好的紫外线屏蔽性能，经过处理的纺织品能够有效地阻挡紫外线的穿透，保护人体皮肤免受紫外线的伤害。
3、激光处理技术激光处理技术是一种高精度、非接触式的表面处理方法。
通过控制激光的参数，如波长、功率和扫描速度，可以在纺织品表面实现刻蚀、打孔、改性等多种处理效果。
在牛仔布的加工中，激光可以代替传统的化学水洗和磨破工艺，实现个性化的图案和磨损效果，减少环境污染和水资源消耗。
4、生物酶处理技术生物酶处理技术是一种绿色、温和的表面处理方法。
利用特定的酶对纺织品进行处理，可以去除纤维表面的杂质，改善纤维的性能。
例如，纤维素酶可以去除棉纤维表面的绒毛，使纤维更加光滑，提高织物的手感和光泽度。
蛋白酶可以用于羊毛的防缩处理，减少羊毛在洗涤过程中的缩水现象。
二、新型表面处理技术的优势1、提高纺织品的性能新型表面处理技术能够显著改善纺织品的物理性能，如强度、耐磨性、透气性等；同时也能提升其化学性能，如抗皱性、防水性、阻燃性等。
材料表面处理技术的现状和应用随着人们对材料科学的不断研究和深入了解，材料的表面处理技术也在不断发展和完善。
表面处理技术是指对材料表面进行一定的工艺处理，以提高材料的性能、增强材料的抗腐蚀性、延长材料的寿命等多种功能。
本篇文章将就材料表面处理技术的现状和应用进行探讨。
一、电化学表面处理技术电化学表面处理技术是指利用电化学反应对金属表面进行处理的一种技术。
这种技术不仅可以提高材料的表面硬度，还可以增强材料的耐腐蚀性和降低材料的磨损率。
在工程领域，这种技术被广泛应用于钢材的电镀和电解处理过程中，可以生成稳定的金属氧化物膜，增加材料的耐蚀能力。
二、紫外辐射表面处理技术紫外辐射表面处理技术是一种利用紫外辐射对材料表面进行处理的一种技术。
这种技术主要应用于高分子材料的表面处理中。
紫外辐射可以使高分子表面产生交联反应，从而使材料的附着力和硬度得到提高，同时还可以增加材料的表面能，提高表面润湿性。
三、激光表面处理技术激光表面处理技术是指通过激光的聚焦和能量效应来改变材料表面的物理和化学性质。
这种技术不仅可以提高材料表面的机械性能和硬度，还可以增加材料表面的耐热性和耐腐蚀性。
在实际应用中，激光表面处理技术被广泛用于精密机械、电子元器件等领域。
四、表面涂覆技术表面涂覆技术是指将一层或多层材料涂覆在材料表面上的一种技术。
这种技术不仅可以改变材料表面的颜色、亮度和纹理，还可以提高材料的防腐性能和耐磨性能。
在工程领域中，表面涂覆技术被广泛应用于汽车、航空航天、纸品等多个领域。
五、表面喷砂技术表面喷砂技术是一种利用高速喷射出的硬度颗粒对材料表面进行处理的一种技术。
这种技术可以改善材料表面的光洁度和表面粗糙度，从而增强材料的表面附着力和耐腐蚀性。
在实际应用中，表面喷砂技术被广泛用于钢材、铝材等材料的表面处理过程中。
六、表面脉冲喷涂技术表面脉冲喷涂技术是指一种高速脉冲喷射出的冷态等离子体对材料表面进行处理的一种技术。
这种技术可以增加材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
机电工程学院表面处理技术论文题目：金属表面处理的类型及发展方向学生姓名：学号：专业班级：指导老师：2012年11月13日目录一、前言二、正文1、金属表面处理方法2、金属表面处理种类3、金属表面技术未来发展方向三、结束语四、参考文献前言：近年来，金属表面处理技术获得了迅速发展，已广泛应用于众多领域。
在表面处理技术及工程中，前处理占有极为重要的地位，他不仅作为表面处理前的一种"预处理工序"不可或缺，而且与后续表面处理的成败密切相关。
除油、除锈、磷化、防锈等基体前处理是为金属涂层技术、金属防护技术做准备的，基体前处理质量对此后涂层制备和金属的使用有很大的影响。
例如，对有磷化和无磷化处理的同一涂层进行盐雾试验，其结果是防腐蚀能力相差大约一倍。
可见除油、除锈、防锈、磷化等前处理对涂层的防锈能力和金属的防护能力起着至关重要的作用。
基体前处理的目的：一是增加涂层与基体的结合强度既加大附着力，二是增加涂层的功能如防腐蚀、防磨损及润滑等特殊功能。
随着金属加工业、铁路制造业、汽车行业的飞速发展，对生产各种金属制品及铁路、汽车零部件产品的质量有了更高要求，通过长期的实践证明，一些简单、简易的前处理方式，已经不能满足金属加工及涂装的基本要求。
只有采用标准的前处理生产工艺，才能使钢铁表面形成一层标准的磷酸盐膜和防护膜，以满足金属加工和涂装处理的质量要求。
因此，选用低成本、低能耗、高品质的金属前处理产品，是企业保证涂装质量和防护质量稳定与否的重要因素。
正文：表面处理即是通过一定的方法在工件表面形成覆盖层的过程，其目的是赋以制品表面美观、防腐蚀的效果，进行的表面处理方法都归结于以下常用几种方法：1、电镀(Electroplating) ：将接受电镀的部件浸于含有被沉积金属化合物的水溶液中，以电流通过镀液，使电镀金属析出并沉积在部件上。
一般电镀有镀锌、铜、镍、铬、铜镍合金等，有时把煮黑（发蓝）、磷化等也包括其中。
表面工程的原理及应用论文1. 引言在现代工程领域中，表面工程是一种重要的技术，它涉及改善材料表面的性能和功能。
通过对材料表面进行处理或涂层，可以改变材料的化学性质、物理性质和机械性能，从而提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等。
2. 表面工程的原理表面工程主要通过改变材料表面的形貌、结构和组成来改善材料的性能。
其主要原理包括：2.1 表面改性表面改性是通过对材料表面进行物理或化学处理，改变其表面形貌或化学性质，从而获得新的性能。
常见的表面改性方法包括喷涂、静电喷粉、高能表面处理等。
2.2 表面涂层表面涂层是一种常见的表面工程方法，它通过在材料表面形成一层保护性涂层，改善材料的性能。
常用的表面涂层材料包括聚合物涂层、金属涂层、陶瓷涂层等。
2.3 表面改变表面改变是指通过材料表面的形貌改变来改善材料的性能。
常见的表面改变方法包括微细加工、纹理处理、增加表面粗糙度等。
3. 表面工程的应用表面工程在多个领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用领域：3.1 汽车工程在汽车工程中，表面工程可以用于提高汽车的耐腐蚀性和耐磨性。
通过在汽车表面使用抗腐蚀涂层和耐磨材料，可以有效延长汽车的使用寿命。
3.2 电子工程在电子工程中，表面工程可以用于保护电子器件表面免受腐蚀和氧化的影响。
通过在电子器件表面施加一层保护性涂层，可以提高其可靠性和使用寿命。
3.3 航空航天工程在航空航天工程中，表面工程可以用于提高飞机和航天器的耐高温性和抗磨性。
通过在飞机和航天器表面施加耐高温涂层和抗磨涂层，可以保证飞行安全和性能稳定。
3.4 医疗工程在医疗工程中，表面工程可以用于改善医疗器械的生物相容性和抗菌性能。
通过在医疗器械表面施加一层生物相容性涂层和抗菌涂层，可以减少感染风险并提高医疗器械的使用效果。
4. 结论表面工程是一种重要的技术，可以通过改变材料表面的形貌、结构和组成来改善材料的性能。
它在汽车工程、电子工程、航空航天工程和医疗工程等领域有广泛的应用。
表面处理应用论文
引言
表面处理是在工业生产中广泛使用的一种技术。
其目的是通过
改变表面物质的一些物理和化学性质来改善其性能和寿命。
本论文
将探讨表面处理在以下三个领域的应用：汽车工业，航空航天工业
和机械制造业。
汽车工业中的应用
汽车工业中，表面处理使用广泛。
在生产汽车部件时，通过改
变其表面材料的化学性质，可以使其更加耐腐蚀和耐磨。
例如，在
制造发动机时，可以使用电化学镀镍技术来制造耐用的汽缸壁。
如
果不进行表面处理，材料易受腐蚀和剥落，从而缩短了发动机寿命。
航空航天工业中的应用
航空航天工业也是表面处理的重要应用领域，它可以通过改变
飞机部件的表面材料来提高其耐高温性能和氧化物保护性能。
为了
延长飞行器的寿命，表面处理很重要。
例如，在生产发动机时，可以使用共沉积法来生产一种称为涂层的特殊模式，以增强发动机的寿命和性能。
机械制造业中的应用
在机械制造业中，表面处理往往用于改善金属材料的机械性能和抗腐蚀性能。
在生产机械零件时，可以使用热处理和电化学方法来改善其强度和韧性。
例如，热处理可以通过在高温下让钢材产生相变，从而改变其晶体结构和机械性能。
而电化学方法，可以让零件表面形成一层保护性膜，增加其抗腐蚀性能。
结论
本文概述了表面处理在汽车工业，航空航天工业和机械制造业中的应用。
虽然这些应用领域不同，但表面处理的目的都是使材料更耐用，性能更优良。
在今后的工业生产中，表面处理将继续发挥重要作用，使制造业更为现代化和高效化。
题目：碳钢管内壁、Al 2 O 3 陶瓷表面处理技术调研学院：＿机械学院＿＿＿专业：＿机械制造＿班级：＿机制121 ＿＿学号：＿**********学生姓名：＿胡兴贵＿＿＿指导教师：＿＿＿＿＿＿＿＿2015年12 月16 日碳钢管内壁、Al 2 O 3 陶瓷表面处理技术调研胡兴贵（机制121）碳钢管内壁、AL203陶瓷应用背景和工艺技术概况摘要：使用机械合金化方法于Al2O3陶瓷表面获得Cu涂层，研究了不同球磨时间的工艺条件下，陶瓷表面金属涂层的微观组织形状，并对机械合金化过程中陶瓷表面化合化的过程作了相关探讨。
实验结果表明，在磨球撞击和摩擦的反复作用下，铜粉首先附着在陶瓷基体表面是表面平整，然后在进一步球磨过程中冷焊到基体表面，最终在陶瓷表面形成Cu涂层；涂层与本体之间刚好无扩散，结合机制主要为机械结合；适当延长球磨时间，有利于涂层厚度、致密度的增加。
划痕法测试表明，涂层与陶瓷基体结合相当固定且并无其他反应。
利用行星球磨原理 ,以 NiCrAlY 粉末为原料 ,采用机械合金化 (M A)工艺在碳钢管状零件内壁制得NiCrAlY合金涂层 ,并利用 CO 2 激光器对涂层进行激光重熔处理。
采用 X射线衍射分析 (XRD)、扫描电镜分析( SEM )、能谱分析 ( EDS )及维氏硬度试验研究了激光重熔前后涂层的显微组织及性能变化。
结果表明 ,在球磨转速为 400 r / min ,球磨时间为 10 h 的工艺条件下 ,在零件内表面形成结合性较好的涂层 ,其厚度约为40 μm ; 激光重熔后 ,其组织结构更均匀致密。
表面处理技术及方案对比1：AL203陶瓷机械合金化表面处理 ( Surface mechanicalattrition treatment, SMAT)是在机械合金化技术的基础上建立起来新型的表面处理方法 ,主要包括机械合金化表面塑性变形处理及机械合化表面加涂层制备两方面。
其中前者是在机械合金化使用中通过磨球对样品表面频繁撞击、碾压 ,使样品表面由于反复塑性变形达到晶粒细化目的 ,表面性能增强的一种方法 ;而后者是由于在球磨的过程中经常发现球磨罐内壁和磨球上粉末沉积“污染”的现象而衍变出来表面涂层制备方法。
陶瓷表面金属化可以使陶瓷与金属连接起来制成复合构件 ,综合了陶瓷这类材料综合力学性能及金属材料优秀的导热、导电性能。
但陶瓷与金属的理化性质有很大的差别 ,金属在陶瓷表面的润滑性极差 ,导致陶瓷与金属的结合界面含有孔隙 ,结合强度弱。
目前 ,陶瓷表面金属化法有: Mo-Mn法 ,气相沉积，化学热处理，化学镀法 , PVD, CVD等。
与上述方法相比 ,机械合金化表面涂层制备方法具有成本低、耗时短、可控性高、基体表面不需特殊处理等优点。
通过机械合金化的方法在 GCr15磨球表面制备了金属 Cr涂层 ,并研究了球磨时间对磨球硬度的影响;采用机械合金化工艺在碳钢管状零件内壁制得 NiCrAlY合金涂层 ,并利用 CO 2 激光器对涂层进行激光重熔处理 ,研究了激光重熔前后涂层的显微组织及性能变化; 采用振动球磨的方法在 Al基体上制备出了纳米化的 Ni涂层 ,在基体与涂层之间得到了 Ni-Al金属间化合物中间层 ,使硬度增加;通过将 Cu基体放入 Ti和 Zr混合粉末体系中进行球磨并制备出了涂层 ,增强了基体的硬度; 在 Ti6Al4V基体上通过机械合金化的方法制备出了 Ti-Cr以及 Ti-Cu阻燃涂层 ,涂层与基体的结合良好 ,阻燃性能优异; 采用球磨方法分别在 Cu, Al基体上制备出了 SiC层 ,在球磨过程中 ,高能磨球的撞击使金属基体表面纳米化 ,增强了陶瓷颗粒与基体的结合。
然而 ,采用机械合金化的方法使陶瓷表面金属化还并没有得到充分研究。
Al 2 O 3 陶瓷具有强度高、导热性能良好、硬度高等特性;而铜又具有良好的塑性、延展性、导热性和导电性 ,且与 Al 2 O 3 陶瓷的热膨胀系数比较匹配。
通过机械合金化方法在 Al 2O 3 陶瓷表面制备导电的金属连接层有着极其重要的意义。
本实验探索利用机械合金化法在 Al 2 O 3 陶瓷基体上制备了铜涂层 ,并研究了陶瓷表面金属化机理。
利用机械合金化原理将 NiCrAlY粉末沉积到碳钢管状零件内表面 ,并随后利用 CO 2激光器对其进行激光重熔 ,分析对比激光重熔前后试样的微观结构、相组成、涂层成分和显微硬度 ,并探讨激光重熔对涂层组织性能的影响。
1 工艺流程控制及装置1. 1 参数设定实验采用德国生产的 Pulverisette-6单罐行星式高能球磨机 ,球磨罐通过普通不锈钢球磨罐改装而成 ,如图 1所示 ,在 700 ml普通不锈钢球磨罐内壁上机加工出两个对称的内凹槽 ,凹槽尺寸为30 mm× 20 mm× 6 mm,用以固定试样。
球磨介质为不锈钢球。
实验具体步骤如下: ( 1) 将尺寸为 20 mm× 20 mm× 5 mm的 95-Al 2 O 3 陶瓷经酒精超声清洗、干燥后用 AB胶固定于凹槽内。
( 2) 往球磨罐中加入 75 g纯度 99 % 、不规则外形、平均粒度为 48μ m的电解铜粉和 300 g不锈钢磨球 ,包括 13个H10 mm, 60个 H8 mm和 133个H4 mm,构成球料比 4 ∶ 1 。
( 3) 采用橡胶圈将球磨罐密封 ,防止周围空气的渗入 ,污染球磨体系 ,影响实验结果。
将球磨罐固定于球磨机的转盘上。
设定球磨转速 350 r /min,球磨时间分别为 4, 5, 6和 9 h。
1. 2 结构与性能表征利用 QUANT A 200 扫描电镜 ( Scanningelectron microscope, SEM)对涂层表面形貌、截面形貌以及划痕形貌进行表征;利用扫描电镜配置的EDAX型 X射线能谱仪 ( Energy dispersive X-rayspectroscope, EDXS)对涂层指定点及指定区域进行化学成分分析 ,其探测器的出射窗为铍窗;利用BRUKER D8 ADVANCE型 X射线衍射仪 ( X-raydiffraction, XRD)对原始态基体、粉末和涂层样品进行物相表征 , CuKT 衍射 (λ = 0. 154 18 nm) ,电压40 kV,电流 40 mA,扫描范围 2 θ = 20 ～ 100 ° ,扫描速率 6 ° /min 。
采用 WS-2005型涂层附着力自动划痕仪表征涂层与基体的结合力 ,测量时采用锥角为 120 °顶端半径为 0. 2 mm的 Rockwell金刚石压头划针 ,加载速率为 40 N /min,试验满载为 80 N,划痕长度为5 mm,恒载长度为 4 mm,往复次数为 2次 ,测量方式为声发射 ,其运行方式为动载。
2. 1 AL203膜层检测方案(结果分析与检测)图 2为不同球磨时间后试样的宏观形貌图 ,从左往右的试样球磨时间分别为 4, 5, 6和 9 h。
由图可见 ,球磨 4 h后 ,试样表面已被大量的铜覆盖;球磨 5 h后 ,铜颗粒进一步冷焊到陶瓷表面 ,得到相对较致密的铜层。
在一定粉末添加量的条件下 ,但随着球磨时间的延长 (如图中球磨 6和 9 h后的试样所示 ) ,试样表面沉积或冷焊的铜合金涂层不断发生加工硬化 ,将出现脱落而使涂层变得稀疏。
图 2 不同球磨时间后试样的宏观形貌图2. 2 物相分析图 3为基体、原始铜粉、不同球磨时间后试样的 X射线衍射图谱。
对比可发现 ,球磨后并无新相产生。
球磨时间不同 ,试样衍射峰相对强度发生了轻微变化 ,球磨 6 h后试样的铜衍射峰相对球磨 4和 5 h增强且有宽化的现象 ,这说明适当延长球磨时间 ,有利于铜粉末在陶瓷基体上的沉积和晶粒细化。
另外 ,在整个球磨过程基体 Al 2 O 3 的衍射峰相对强度未发生改变。
这说明了基体表面的铜涂层不均匀或由于铜层的厚度薄小于 X射线的探测精度[11] 。
图 3 基体、铜粉、不同球磨时间后试样的 X射线衍射图谱2. 3 表面形貌 SEM分析图 4为球磨 4h后样品的表面 SEM形貌图。
从图中可以看到 ,基体表面得到的铜层并不连续 ,致密度很低 ,涂层几乎是分块“镶嵌”在基体表面的凹坑内 ,并被磨球碾压铺平。
这是由于在球磨初期 ,金属粉末处于软化状态 ,具有较好的塑性以及较高的表面能 ,部分金属粉末被磨球带到基体表面 ,并被碾压挤入陶瓷基体表面的孔洞或凹坑内;而后 ,经过一定时间的球磨 ,新的被带到基体表面的金属粉末与起初“镶嵌”进入表面凹坑的粉末冷焊 ,并逐渐与附近凹坑的粉末连接起来 ,在磨球的反复碾压与碰撞作用下 ,在一定范围内形成涂层。
图 4 球磨 4 h 后试样表面 SEM 形貌当球磨 5 h后 ,陶瓷基体表面的铜层致密度变大 ,某些区域铜层变厚。
这是由于随着球磨时间的增加 ,而铜颗粒在磨球的碾压作用下进一步冷焊到陶瓷基体表面 ,铜层横向连接表现为面积增大;同时 ,部分金属粉末冷焊于基体表面的新生铜层上 ,铜层纵向生长表现为涂层增厚。
而当球磨 6 h后 ,球磨时间进一步延长 ,在原先得到的单层金属涂层上又覆盖了一层或多层铜。
在一定粉末添加量的情况下 ,随着球磨时间的增加 ,金属粉末颗粒经过反复的塑性变形 ,发生加工硬化 ,硬度和脆性均增加 ,因此难以直接与陶瓷表面结合 ,而相对来说更易于冷焊在某些与基体球磨 5 h 后试样表面 SEM 形貌及 EDS 区域分析球磨 6 h后试样表面 SEM形貌结合较好的铜层上 ,得到多层状涂层结构;同时 ,对于某些与基体结合较差的铜层 ,磨球与硬质金属粉末的过度摩擦与碰撞反而导致了这些区域涂层的剥落。
球磨时间增至 9 h后 ,原先得到的层叠状的组织在磨球的不断碾压和撞击下 ,铜层受到与铜层界面垂直的方向的压缩而沿着与涂层界面平行的方向延伸 ,面积变大;同时 ,磨球携带的铜颗粒填充了层与层间的间隙 ,在磨球作用下涂层逐渐被球磨 9 h 后试样表面 Al 2 O 3 陶瓷表面机械合金化制备铜涂层研究碾压平整。
当然 ,如果保持一定的粉末添加量 ,持续的球磨会使涂层致密而变薄 ,并发生加工硬化 ,可导致涂层发生局部剥落 ,因此通过宏观图片就可以观察到表面涂层相对稀疏的状况。
综合上述内容的分析可知 ,在一定粉末量的情况下 ,适当延长球磨时间 ,铜涂层的厚度、表面平整度都会得到相应的提高。
但球磨时间过长 ,塑性粉末硬化 ,磨球对陶瓷表面的高能作用导致部分区域的涂层剥落 ,影响涂层的致密。
2. 4 截面形貌 SEM分析观察到陶瓷基体表面已得到一层具有一定厚度的铜层。
利用 SEM对截面进一步观察 ,球磨 5 h后陶瓷表面得到了一层厚度约为 5μ m的铜涂层 ,磨球的撞击下 ,机械能转化为热能 ,提高了铜层的塑性 ,流动性增强 ,形成致密的铜层。
