湖大材料工程基础课件第七章 表面涂层与处理.ppt
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1、第第7章章表面涂层与处理表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院 机机机机械械械械产产产产品品品品的的的的故故故故障障障障往往往往往往往往是是是是个个个个别别别别零零零零件件件件失失失失效效效效造造造造成成成成的的的的,而而而而零零零零件件件件失失失失效效效效往往往往往往往往是是是是由由由由于于于于局局局局部部部部表表表表面面面面造造造造成成成成的的的的,腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀从从从从零零零零件件件件表表表表面面面面开开开开始始始始,磨磨磨磨擦擦擦擦、磨磨磨磨损损损损在在在在零零零零件件件件表表表表面面面面发发发发生生生生,疲疲疲疲劳劳劳劳裂裂裂裂纹纹纹纹由由由由零零零零件件件件表表表表面
2、面面面向向向向里里里里延延延延伸伸伸伸。如如如如果果果果采采采采用用用用表表表表面面面面处处处处理理理理技技技技术术术术将将将将机机机机械械械械产产产产品品品品中中中中那那那那些些些些易易易易损损损损零零零零件件件件的的的的易易易易损损损损表表表表面面面面的的的的失失失失效效效效期期期期延延延延长长长长,则则则则产产产产品品品品整整整整体性能就可以得到提高。体性能就可以得到提高。体性能就可以得到提高。体性能就可以得到提高。12/20/20222材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院n表表表表面面面面涂涂涂涂层层层层与与与与处处处处理理理理是是是是通通通通过过过过涂涂涂涂
3、覆覆覆覆、表表表表面面面面改改改改性性性性或或或或多多多多种种种种表表表表面面面面技技技技术术术术复复复复合合合合处处处处理理理理,改改改改变变变变固固固固体体体体金金金金属属属属表表表表面面面面或或或或非非非非金金金金属属属属表表表表面面面面的的的的形形形形态态态态、化化化化学学学学成成成成分分分分、组组组组织织织织结结结结构构构构和和和和应应应应力力力力状状状状况况况况以以以以获获获获得所需要表面性能的加工方法。得所需要表面性能的加工方法。得所需要表面性能的加工方法。得所需要表面性能的加工方法。n作作作作用用用用:外外外外观观观观美美美美容容容容、免免免免受受受受环环环环境境境境损损损损伤
4、伤伤伤、提提提提高高高高抗抗抗抗热热热热、抗抗抗抗磨损、抗疲劳以及电绝缘性等。磨损、抗疲劳以及电绝缘性等。磨损、抗疲劳以及电绝缘性等。磨损、抗疲劳以及电绝缘性等。n方法:方法:方法:方法:(1 1)涂抹一层薄的聚合物、陶瓷或金属涂层;)涂抹一层薄的聚合物、陶瓷或金属涂层;)涂抹一层薄的聚合物、陶瓷或金属涂层;)涂抹一层薄的聚合物、陶瓷或金属涂层;(2 2)通过扩散或离子注入等改变表面化学成分;)通过扩散或离子注入等改变表面化学成分;)通过扩散或离子注入等改变表面化学成分;)通过扩散或离子注入等改变表面化学成分;(3 3)利利利利用用用用喷喷喷喷砂砂砂砂或或或或喷喷喷喷丸丸丸丸处处处处理理理理对
5、对对对表表表表面面面面进进进进行行行行简简简简单单单单的的的的机机机机械械械械强化。强化。强化。强化。12/20/20223材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院 常用的表面技常用的表面技常用的表面技常用的表面技术术术术有:有:有:有:堆堆堆堆焊焊焊焊技技技技术术术术、熔熔熔熔结结结结技技技技术术术术(低低低低真真真真空空空空熔熔熔熔结结结结、激激激激光光光光熔熔熔熔敷敷敷敷等等等等),电电电电镀镀镀镀、电电电电刷刷刷刷镀镀镀镀及及及及化化化化学学学学镀镀镀镀技技技技术术术术,热热热热喷喷喷喷涂涂涂涂技技技技术术术术(火火火火焰焰焰焰喷喷喷喷涂涂涂涂、电电电电弧弧弧弧喷
6、喷喷喷涂涂涂涂、等等等等离离离离子子子子喷喷喷喷涂涂涂涂、爆爆爆爆炸炸炸炸喷喷喷喷涂涂涂涂、高高高高能能能能超超超超声声声声速速速速喷喷喷喷涂涂涂涂等等等等),粘粘粘粘接接接接技技技技术术术术、涂涂涂涂装装装装技技技技术术术术,物物物物理理理理与与与与化化化化学学学学气气气气相相相相沉沉沉沉积积积积技技技技术术术术(真真真真空空空空蒸蒸蒸蒸镀镀镀镀、离离离离子子子子溅溅溅溅射射射射、离离离离子子子子镀镀镀镀),以以以以及及及及化化化化学学学学热热热热处处处处理理理理,激激激激光光光光相相相相变变变变硬硬硬硬化化化化、激激激激光光光光非非非非晶晶晶晶化、激光合金化、电子束相变硬化、离子注入等化、
7、激光合金化、电子束相变硬化、离子注入等化、激光合金化、电子束相变硬化、离子注入等化、激光合金化、电子束相变硬化、离子注入等 12/20/20224材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院7.1表面涂层表面涂层一、上油漆一、上油漆特点:具有装饰特性特点:具有装饰特性特点:具有装饰特性特点:具有装饰特性与保护工件不受环与保护工件不受环与保护工件不受环与保护工件不受环境损伤的性能,工境损伤的性能,工境损伤的性能,工境损伤的性能,工艺简单,通常采用刷、蘸或喷的方法。艺简单,通常采用刷、蘸或喷的方法。艺简单,通常采用刷、蘸或喷的方法。艺简单,通常采用刷、蘸或喷的方法。典型工艺:静电
8、上漆典型工艺:静电上漆典型工艺:静电上漆典型工艺:静电上漆给予涂料的微粒和上漆的表面以相反的电荷,给予涂料的微粒和上漆的表面以相反的电荷,给予涂料的微粒和上漆的表面以相反的电荷,给予涂料的微粒和上漆的表面以相反的电荷,涂料微粒被吸引到靶材的表面。(对容器拐角涂料微粒被吸引到靶材的表面。(对容器拐角涂料微粒被吸引到靶材的表面。(对容器拐角涂料微粒被吸引到靶材的表面。(对容器拐角处非常有效)处非常有效)处非常有效)处非常有效)12/20/20225材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院二、气相沉积二、气相沉积n物物物物理理理理气气气气相相相相沉沉沉沉积积积积(PVDPVD)
9、:用用用用热热热热蒸蒸蒸蒸发发发发或或或或电电电电子子子子束束束束、激激激激光光光光束束束束轰轰轰轰击击击击靶靶靶靶材材材材等等等等方方方方式式式式产产产产生生生生气气气气相相相相物物物物质质质质,在在在在真真真真空空空空中中中中向向向向基基基基片片片片表表表表面面面面沉沉沉沉积积积积形形形形成成成成薄薄薄薄膜膜膜膜的的的的过过过过程程程程,包包包包括括括括:蒸蒸蒸蒸发镀膜、溅射沉积和离子镀膜等物理方法。发镀膜、溅射沉积和离子镀膜等物理方法。发镀膜、溅射沉积和离子镀膜等物理方法。发镀膜、溅射沉积和离子镀膜等物理方法。蒸蒸蒸蒸发发发发镀镀镀镀膜膜膜膜利利利利用用用用电电电电阻阻阻阻加加加加热热热
10、热、高高高高频频频频加加加加热热热热、载载载载能能能能束束束束等等等等轰轰轰轰击击击击使使使使镀镀镀镀料料料料转转转转化化化化为为为为气气气气相相相相以以以以达达达达到到到到沉沉沉沉积积积积的的的的目目目目的的的的。其其其其中中中中激激激激光光光光物物物物理理理理气气气气相相相相沉沉沉沉积积积积方方方方法法法法可可可可以以以以高高高高效效效效、高高高高质质质质地地地地在在在在基基基基片片片片表表表表面面面面形形形形成成成成硬硬硬硬质质质质氧氧氧氧化化化化物物物物、氮氮氮氮化化化化物物物物陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷膜膜膜膜、氧化铝膜、以及超导薄膜。氧化铝膜、以及超导薄膜。氧化铝膜、以及超导薄膜。氧化铝膜、
11、以及超导薄膜。12/20/20226材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院 溅溅溅溅射射射射沉沉沉沉积积积积以以以以离离离离子子子子轰轰轰轰击击击击靶靶靶靶材材材材料料料料,使使使使其其其其溅溅溅溅射射射射并并并并沉沉沉沉积积积积到到到到基基基基体体体体材材材材料料料料上上上上称称称称为为为为溅溅溅溅射射射射沉沉沉沉积积积积。包包包包括括括括:二二二二极极极极溅溅溅溅射射射射、三三三三极极极极溅溅溅溅射射射射、四四四四极极极极溅溅溅溅射射射射、磁磁磁磁控控控控溅溅溅溅射射射射、射射射射频频频频溅溅溅溅射和反应溅射等技术。射和反应溅射等技术。射和反应溅射等技术。射和反应溅
12、射等技术。离离离离子子子子镀镀镀镀 离离离离子子子子镀镀镀镀是是是是在在在在镀镀镀镀膜膜膜膜的的的的同同同同时时时时采采采采用用用用离离离离子子子子轰轰轰轰击击击击基基基基体体体体表表表表面面面面和和和和膜膜膜膜层层层层的的的的镀镀镀镀膜膜膜膜技技技技术术术术,包包包包括括括括空空空空心心心心阴阴阴阴极极极极离离离离子子子子镀镀镀镀和和和和多多多多弧弧弧弧离离离离子子子子镀镀镀镀等等等等,广广广广泛泛泛泛用用用用于于于于在在在在高高高高速速速速钢钢钢钢刀刀刀刀具具具具表表表表面面面面镀镀镀镀超超超超硬硬硬硬TiNTiN膜膜膜膜,在在在在涡涡涡涡轮轮轮轮机机机机叶叶叶叶片片片片上上上上镀镀镀镀防
13、防防防热热热热腐蚀膜,可大大延长部件的使用寿命。腐蚀膜,可大大延长部件的使用寿命。腐蚀膜,可大大延长部件的使用寿命。腐蚀膜,可大大延长部件的使用寿命。12/20/20227材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院n化学气相沉积(化学气相沉积(CVD)利利利利用用用用气气气气态态态态物物物物质质质质在在在在固固固固体体体体表表表表面面面面上上上上进进进进行行行行化化化化学学学学反反反反应应应应,生生生生成固态沉积物的过程。成固态沉积物的过程。成固态沉积物的过程。成固态沉积物的过程。优优优优点点点点:沉沉沉沉积积积积速速速速率率率率高高高高,每每每每小小小小时时时时可可可可沉
14、沉沉沉淀淀淀淀数数数数十十十十微微微微米米米米以以以以上上上上;通通通通过过过过调调调调节节节节参参参参数数数数可可可可以以以以控控控控制制制制沉沉沉沉积积积积层层层层的的的的化化化化学学学学组组组组成成成成、形形形形貌貌貌貌、晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构和和和和晶晶晶晶向向向向等等等等,还还还还可可可可以以以以利利利利用用用用中中中中等等等等温温温温度度度度和和和和高高高高气气气气压压压压的的的的反反反反应应应应剂剂剂剂气气气气体体体体源源源源,来来来来沉沉沉沉积积积积高高高高熔熔熔熔点点点点的的的的相相相相,如如如如在在在在900900下下下下可可可可沉沉沉沉积积积积熔熔熔熔点点点点3
15、2253225的的的的TiBTiB2 2。化化化化学学学学气相沉积的处理温度相对比较低,沉积层均匀。气相沉积的处理温度相对比较低,沉积层均匀。气相沉积的处理温度相对比较低,沉积层均匀。气相沉积的处理温度相对比较低,沉积层均匀。12/20/20228材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院不不不不足足足足之之之之处处处处:基基基基体体体体材材材材料料料料要要要要加加加加热热热热,往往往往往往往往引引引引起起起起基基基基体体体体材材材材料料料料中中中中的的的的相相相相变变变变、晶晶晶晶粒粒粒粒的的的的长长长长大大大大和和和和组组组组分分分分的的的的扩扩扩扩散散散散;气气气气相
16、相相相反反反反应应应应剂剂剂剂的的的的腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀性性性性常常常常常常常常会会会会影影影影响响响响基基基基体体体体材材材材料料料料,导导导导致致致致沉沉沉沉积积积积层层层层多多多多孔孔孔孔、粘粘粘粘着着着着力力力力低低低低和和和和化化化化学学学学污污污污染染染染;此此此此外外外外,化化化化学学学学气气气气相相相相沉沉沉沉积积积积是是是是平平平平衡衡衡衡过过过过程程程程,不不不不能能能能得得得得到到到到亚亚亚亚稳稳稳稳态态态态材料。材料。材料。材料。方方方方法法法法:常常常常压压压压化化化化学学学学气气气气相相相相沉沉沉沉积积积积、低低低低压压压压化化化化学学学学气气气气相相相相沉沉沉沉积积
17、积积、激激激激光光光光化化化化学学学学气气气气相相相相沉沉沉沉积积积积、金金金金属属属属有有有有机机机机化化化化合合合合物物物物化化化化学学学学气气气气相沉积和等离子体化学气相沉积等。相沉积和等离子体化学气相沉积等。相沉积和等离子体化学气相沉积等。相沉积和等离子体化学气相沉积等。12/20/20229材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院涂涂涂涂层层层层材材材材料料料料:几几几几十十十十种种种种(主主主主要要要要是是是是金金金金属属属属碳碳碳碳化化化化物物物物、氮氮氮氮化化化化物物物物、硼化物和氧化物)和上百种反应体系。硼化物和氧化物)和上百种反应体系。硼化物和氧化物)
18、和上百种反应体系。硼化物和氧化物)和上百种反应体系。例例例例如如如如硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金刀刀刀刀具具具具+碳碳碳碳化化化化钛钛钛钛和和和和碳碳碳碳氮氮氮氮化化化化钛钛钛钛涂涂涂涂层层层层:硬硬硬硬度度度度可可可可达达达达基基基基体体体体的的的的二二二二倍倍倍倍,仅仅仅仅次次次次于于于于金金金金刚刚刚刚石石石石,润润润润滑滑滑滑性性性性和和和和耐耐耐耐磨磨磨磨性性性性很很很很好好好好,大大大大大大大大延延延延长长长长刀刀刀刀具具具具寿寿寿寿命命命命,改改改改进进进进工工工工件件件件的的的的表面质量。表面质量。表面质量。表面质量。又又又又如如如如钢钢钢钢铁铁铁铁碳碳碳碳化化化化钛钛钛钛
19、涂涂涂涂层层层层复复复复合合合合材材材材料料料料作作作作为为为为工工工工模模模模具具具具或或或或耐耐耐耐磨磨磨磨部部部部件件件件,已已已已广广广广泛泛泛泛用用用用于于于于板板板板金金金金压压压压力力力力加加加加工工工工、纺纺纺纺织织织织、粉粉粉粉末末末末冶冶冶冶金金金金、陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷、塑塑塑塑料料料料及及及及钢钢钢钢丝丝丝丝绳绳绳绳加加加加工工工工等等等等各各各各种种种种工工工工业业业业部部部部门。门。门。门。12/20/202210材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院三、热喷涂三、热喷涂n n定定定定义义义义:采采采采用用用用气气气气体体体体、液液液液体体体体燃
20、燃燃燃料料料料或或或或电电电电弧弧弧弧、等等等等离离离离子子子子、激激激激光光光光等等等等作作作作热热热热源源源源,使使使使金金金金属属属属、合合合合金金金金、金金金金属属属属陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷、氧氧氧氧化化化化物物物物、碳碳碳碳化化化化物物物物、塑塑塑塑料料料料及及及及其其其其复复复复合合合合材材材材料料料料等等等等喷喷喷喷涂涂涂涂材材材材料料料料加加加加热热热热到到到到熔熔熔熔融融融融或或或或半半半半熔熔熔熔融融融融状状状状态态态态,通通通通过过过过高高高高速速速速气气气气流流流流使使使使其其其其雾雾雾雾化化化化,然然然然后后后后喷喷喷喷射射射射、沉沉沉沉积积积积到到到到经经经经过过过过预预
21、预预处处处处理理理理的工件表面,形成附着牢固的表面层的加工方法。的工件表面,形成附着牢固的表面层的加工方法。的工件表面,形成附着牢固的表面层的加工方法。的工件表面,形成附着牢固的表面层的加工方法。n n特性:特性:特性:特性:热喷热喷热喷热喷涂的种涂的种涂的种涂的种类类类类多、涂多、涂多、涂多、涂层层层层的功能多、的功能多、的功能多、的功能多、适用范围广;适用范围广;适用范围广;适用范围广;工件受热程度可控,不发生畸变;工件受热程度可控,不发生畸变;工件受热程度可控,不发生畸变;工件受热程度可控,不发生畸变;适用适用适用适用热喷热喷热喷热喷涂的零件范涂的零件范涂的零件范涂的零件范围宽围宽围宽围
22、宽、厚度可调范围大;厚度可调范围大;厚度可调范围大;厚度可调范围大;设备简单设备简单设备简单设备简单、工艺灵活、工艺灵活、工艺灵活、工艺灵活、生生生生产产产产率高率高率高率高;操作环境较差,需加以防护。操作环境较差,需加以防护。操作环境较差,需加以防护。操作环境较差,需加以防护。12/20/202211材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院n涂层结合机理涂层结合机理(1 1)机械结合)机械结合)机械结合)机械结合(2 2)冶金)冶金)冶金)冶金-化学结合化学结合化学结合化学结合(3 3)物理结合物理结合物理结合物理结合12/20/202212材料工程基础表面涂层与处理材
23、料科学与工程学院材料科学与工程学院n热喷涂材料热喷涂材料 硬质耐磨复合粉末:硬质耐磨复合粉末:硬质耐磨复合粉末:硬质耐磨复合粉末:Co-WCCo-WC,NiCr-CrNiCr-Cr3 3C C22耐耐耐耐高高高高温温温温和和和和隔隔隔隔热热热热复复复复合合合合粉粉粉粉末末末末:ZrOZrO2 2,AlAl2 2OO3 3,TiOTiO2 2,Y Y2 2OO33绝缘和导电复合粉末:陶瓷氧化物;绝缘和导电复合粉末:陶瓷氧化物;绝缘和导电复合粉末:陶瓷氧化物;绝缘和导电复合粉末:陶瓷氧化物;CuCu、AgAg等等等等 减减减减摩摩摩摩润润润润滑滑滑滑复复复复合合合合粉粉粉粉末末末末:石石石石墨墨墨
24、墨,MoSMoS,硅硅硅硅藻藻藻藻土土土土,聚聚聚聚四四四四氟乙烯氟乙烯氟乙烯氟乙烯 红红红红外外外外线线线线辐辐辐辐射射射射和和和和防防防防辐辐辐辐射射射射复复复复合合合合粉粉粉粉末末末末:AlAl2 2OO3 3-TiO-TiO2 2,NiO-CrNiO-Cr2 2OO3 312/20/202213材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院n喷涂方法喷涂方法火焰喷涂火焰喷涂火焰喷涂火焰喷涂电弧喷涂电弧喷涂电弧喷涂电弧喷涂等离子喷涂等离子喷涂等离子喷涂等离子喷涂12/20/202214材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院火焰喷涂火焰喷涂火焰喷涂火
25、焰喷涂12/20/202215材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院12/20/202216材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院12/20/202217材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院12/20/202218材料工程基础表面涂层与处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院塑料粉末火焰喷涂技术塑料粉末火焰喷涂技术 利利利利用用用用燃燃燃燃烧烧烧烧气气气气体体体体形形形形成成成成的的的的火火火火焰焰焰焰将将将将塑塑塑塑料料料料粉粉粉粉末末末末加加加加热热热热到到到到熔熔熔熔融融融融状状状状态态态态并并并并喷喷喷喷射射射射
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