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零件加工表面處理

日期:2020-06-11 人氣:
內容提示: 進行表面工程或表面處理的目的是: (1)控制摩擦和磨損, (2)改善抗腐蝕性, (3)改變物理性能,例如,傳導率、電阻系數和反射率, (4)修改尺寸, (5)變更外觀,例如顏色和粗…

 進行表面工程或表面處理的目的是:

 
(1)控制摩擦和磨損,
 
(2)改善抗腐蝕性,
 
(3)改變物理性能,例如,傳導率、電阻系數和反射率,
 
(4)修改尺寸,
 
(5)變更外觀,例如顏色和粗糙程度,
 
(6)降低成本。
 
通常的表面處理可以分為兩個主要類型:覆蓋表面的處理和改變表面的處理。
 
1.覆蓋表面
 
  覆蓋表面的處理包括有機涂層和無機涂層。
 
無機涂層有電鍍、轉化層、熱噴涂、熱浸漬、熔爐熔融、或在材料表面涂上薄膜、玻璃、陶瓷。
 
電鍍是一種在電鍍槽通上電流使金屬沉淀在基體上的電化學過程。
 
通常有一個陽極(正電極),是要沉淀材料的來源;電化學反應是使金屬離子交換并遷移到要覆蓋基體上的中間過程;以及一個陰極(負電極),即要覆蓋的基體。
 
  電鍍在通常為非金屬容器(一般是塑料)的電鍍槽中進行。該容器裝滿了含有離子態被鍍金屬的電解液。
 
   陽極與電源正極相連。陽極通常為被鍍金屬(假定該金屬能在電解液中腐蝕)。為了操作容易,該金屬呈固體小塊形式并置于由抗腐蝕金屬(如鈦或不銹鋼)制成的惰性金屬筐內。
 
    陰極是工件,即要鍍的基體,連接到電源的負極。很好地調節電源使波動最小化并在載荷變化情況(如同電鍍容器中看到的那樣)下提供穩定的可預知電流。
 
    一旦通上電流,來自溶液的正的金屬離子被吸引到帶負電的陰極并沉淀在其上。作為這些沉淀離子的補充,來自陽極的金屬被溶解并進入溶液平衡離子勢能。
 
    熱噴涂工藝:熱噴涂金屬涂層是金屬熔化后立即投射到基體上形成的金屬沉積層。所用的金屬和應用系統都可以變化,但大多數應用都是在要求改善抗腐蝕或耐磨性能的表面涂上薄層。
 
   熱噴涂是用于很大一類相關工藝的一個通用術語,噴涂到表面產生涂層的熔化小滴可以是金屬、陶瓷、玻璃和/或聚合物,形成獨立的近似純形或產生具有獨特性能的設計材料。
 
   大體上,有穩定熔化狀態的任何材料都可以熱噴涂,范圍寬闊的純凈和合成材料一般都能噴涂用于研究及工業目的。其沉積率與可供選擇的涂層技術比較是很高的。
 
沉淀厚度普遍為0.1到1mm,對某些材料則沉淀厚度可以達到1cm以上。
 
 噴涂金屬的應用工藝相對簡單并由下列階段組成:
 
(1)在噴槍內熔化金屬。
 
(2)通過壓縮空氣將液態金屬噴涂在準備好的基體上。
 
(3)熔化微粒投射在清潔過的基體上。
 
    現在有兩種主要的金屬絲應用類型可選用,也就是電弧噴涂和氣體噴涂。
 
    電弧噴涂—當一對金屬絲通過手持噴槍連到一起時,通上電橫過其末端劃燃電弧。壓縮空氣吹過電弧使其霧化并驅使自動送料金屬絲微粒到準備好的工件上。
 
    氣體噴涂—連續移動的金屬絲在燃燒火焰噴射中通過手持噴槍,并被燃燒氣體的錐形噴嘴所熔化。熔化后的金屬絲頂端進入錐體霧化并驅使其到基體上。
 
   薄膜涂層:物理蒸發沉淀(PVD)和化學蒸發沉淀(CVD)是兩種最常見薄膜涂層方法的類型。
 
   物理蒸發沉淀涂層涉及到在真空裝置內各種各樣的材料原子緊靠原子、分子緊靠分子或離子沉淀于固態基體上。
 
  熱蒸發利用涂層金屬在真空環境中蒸發形成的微粒子霧將基體和靶材之間可見范圍內所有表面覆蓋。在塑料零件上生成較薄(0.5μm)的、裝飾性的、有光澤的涂層時常常用到它。
 
  然而,這種薄涂層是易碎的并不適合用于磨損場合。熱蒸發工藝也能在噴氣發動機零件上覆蓋很厚(1mm)的耐熱材料涂層,例如MCrAIY—一種金屬、鉻、鋁和釔合金。
 
  反應濺射法通過在氬真空設備中連接工件和具有特定成分的材料到高壓直流電來應用諸如陶瓷、金屬合金、有機和無機化合物之類的高技術涂層。
 
等離子區形成于基體(工件)和靶材(原料物質)之間并將被濺射的靶材原子轉移到基體的表面上。
 
如果基體不導電,例如聚合物,則采用射頻(RF)濺射代替。反應濺射法可以生成較薄(小于3μm(120μin))的、堅硬薄膜涂層,像比最硬金屬還硬的氮化鈦(TIN)。
 
現在反應濺射法已被廣泛應用于切削刀具、成型工具、注射模具和諸如沖頭和沖模之類的通用器具,以增強其耐磨性和使用壽命。
 
  化學蒸發沉淀能在金屬和像玻璃和塑料之類的非金屬上生成較厚的、致密的、有延伸性的和帶良好粘性的涂層。與物理蒸發沉淀在“可見范圍”對比,化學蒸發沉淀能將基體的所有表面都覆蓋。
 
  常規的化學蒸發沉淀涂層工藝需要一種容易在相當低溫度下揮發并且在較高溫度下與基體接觸時能分解成純金屬的金屬化合物。
 
最為人熟知的化學蒸發沉淀例子是在玻璃窗和容器上鍍厚為2.5mm(0.1in.)的羰基鎳(NiCO4)涂層使它們能抵抗爆裂或破碎。
 
  為增加切削刀具表面硬度引入了鉆石化學蒸發沉淀涂層工藝?墒谴斯に囈诟哂700℃(1300℉)的溫度下才能實現,這溫度會軟化大多數工具鋼。
 
因而鉆石化學蒸發沉淀的應用受到材料限制,要求材料在此溫度下不軟化例如硬質合金。
 
    等離子體輔助化學蒸發沉淀涂層工藝可以在比鉆石化學蒸發沉淀涂層低的溫度下操作。這種化學蒸發沉淀用于在塑料膜和半導體(包括人工0.25μm半導體的情況)上覆蓋鉆石涂層或碳化硅隔離涂層。
 
2.改變表面
 
改變表面的處理包括淬火處理、高能加工和特殊處理。
 
  高能加工是相對較新的表面處理方法。它們能在不改變表面尺寸的情況下改變表面性能。
 
  電子束處理:電子束處理在靠近表面很淺(100μm)的區域通過用電子束快速加熱并以106℃/秒等級快速冷卻來改變表面性能。這種技術也被用于表面硬化產生“表面合金”。
 
  離子注入:離子注入采用電子束或等離子體通過真空室內磁性線圈加速以足夠的能量將氣體原子撞擊為離子,并把這些離子嵌入基體的原子點陣中。離子注入和金屬表面之間的錯配產生了硬化表面的原子瑕疵。
 
激光束處理:與電子束處理類似,激光束處理通過在靠近表面很淺的區域快速加熱和快速冷卻來改變表面性能。它也可以用于表面硬化產生“表面合金”。
 
但初步結果看來是有前途的。高能加工需要進一步的開發,特別是注入劑量和處理方法。
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