第七章材料复合表面处理技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 过去的10多年中,在表面工程的研究领域 取得了长足的进展,主要表现在以下几个方 矿 业 大(1)传统工艺的优化(比如,电镀及化学 学 镀、表面堆焊、热喷涂及化学热处理) (2)现代技术的工业化应用(比如,CVD 学 及 =PVD、等离子化学热处理、等离子喷涂及离 程子注入) (3)新型混合工艺的出现(比如,等离子漫
1 过去的10多年中，在表面工程的研究领域 取得了长足的进展，主要表现在以下几个方 面： （1）传统工艺的优化（比如，电镀及化学 镀、表面堆焊、热喷涂及化学热处理）； （2）现代技术的工业化应用（比如，CVD 及 PVD、等离子化学热处理、等离子喷涂及离 子注入）； （3）新型混合工艺的出现（比如，等离子浸 没离子注入及等离子源离子注入）； 第七章 材料复合表面处理技术
第七章材料复合表面处理技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING (4)新型表面涂层材料的涌现(比如,金网 石及类金刚石涂层)。 矿单一的表面处理工艺尽管能够改善工件的 耐磨性、耐腐蚀性及疲劳强度;但每一种表 面处理工艺均具有自身的优点及一定的局限 料性,现代机械设备的发展对零、部件的使用 科 学 性能提出了越来越高的要求,应用单一的表 与面处理工艺已难以满足这些要求,在这种背 景之下,第二代表面处理工艺或称复合表面 学处理工艺就应运而生了。 2 况
2 （4）新型表面涂层材料的涌现（比如，金刚 石及类金刚石涂层）。 单一的表面处理工艺尽管能够改善工件的 耐磨性、耐腐蚀性及疲劳强度；但每一种表 面处理工艺均具有自身的优点及一定的局限 性，现代机械设备的发展对零、部件的使用 性能提出了越来越高的要求，应用单一的表 面处理工艺已难以满足这些要求，在这种背 景之下，第二代表面处理工艺或称复合表面 处理工艺就应运而生了。 第七章 材料复合表面处理技术
第七章材料复合表面处理技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 复合表面处理就是同时使用两种或两种以上 的表面处理工艺以达到进一步强化表面性能的 矿 业 的。目前已开发的一些复合表面处理如等离子 学 喷 涂与激光辐照复合、热喷涂与喷丸复合、化学 科 热 学 与 处理与电镀复合、激光淬火与化学热处理复合 x化学热处理与气相沉积复合等,已经取得良好 程 学 效 院果,有的还收到意想不到的效果。如对渗硼层3
3 复合表面处理就是同时使用两种或两种以上 的表面处理工艺以达到进一步强化表面性能的 目 的。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、热喷涂与喷丸复合、化学 热 处理与电镀复合、激光淬火与化学热处理复合、 化学热处理与气相沉积复合等，已经取得良好 效 果，有的还收到意想不到的效果。如对渗硼层 进 第七章 材料复合表面处理技术
第七章材料复合表面处理技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 复合表面处理技术的主要作用是: 改善摩擦学性能使极小磨损率与较厚耐磨 层并存,增强复杂应力条件下的摩擦学性 能,从而提高材料的使用性能 提高防腐蚀性能提高材料表面的正电位, 减少疏松或孔隙,覆盖住材料表面的微观粗 糙度,避免表面与基体之间产生类柱状晶组 与织,使膜层厚度与耐蚀性之间达到最佳组 程成,从而大幅度提高耐蚀性。 学 况
4 复合表面处理技术的主要作用是： 改善摩擦学性能 使极小磨损率与较厚耐磨 层并存，增强复杂应力条件下的摩擦学性 能，从而提高材料的使用性能。 提高防腐蚀性能 提高材料表面的正电位， 减少疏松或孔隙，覆盖住材料表面的微观粗 糙度，避免表面与基体之间产生类柱状晶组 织，使膜层厚度与耐蚀性之间达到最佳组 成，从而大幅度提高耐蚀性。 第七章 材料复合表面处理技术
第七章材料复合表面处理技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 增加表面装饰性材料耐磨性和耐蚀性的有 叫机结合增加了材料表面层的持久性和多色泽 业的组合,达到理想的装饰性效果。 大改进施工工艺性用作塑料金属化处理(表 好面导电性处理)、印刷电路板制作,油漆底 科 科 层等,增强表面处理层的附着性和工艺效果 学(如导电性好,结合强度高,油漆表面光 三泽,漆膜耐蚀性强等)。 程 学 况
5 增加表面装饰性 材料耐磨性和耐蚀性的有 机结合增加了材料表面层的持久性和多色泽 的组合，达到理想的装饰性效果。 改进施工工艺性 用作塑料金属化处理（表 面导电性处理）、印刷电路板制作，油漆底 层等，增强表面处理层的附着性和工艺效果 （如导电性好，结合强度高，油漆表面光 泽，漆膜耐蚀性强等）。 第七章 材料复合表面处理技术
第七章材料复合表面处理技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 根据两种单一工艺之间的相互作用以及其 对复合涂层综合性能的相对贡献,复合表面 矿处理工艺大致可以分为两类 天(1)两种单一工艺互补,综合性能由两者共 同产生; (2)一种工艺递补或增强另一种工艺,即作 科 学 为前处理或后处理工艺,其综合性能主要与 与其中一种工艺有关。渗氮钢的PVD处理是第 程一类工艺的典型代表;而喷涂涂层的电子束 学表面重熔则是第二类工艺的典型代表
6 根据两种单一工艺之间的相互作用以及其 对复合涂层综合性能的相对贡献，复合表面 处理工艺大致可以分为两类： （1）两种单一工艺互补，综合性能由两者共 同产生； （2）一种工艺递补或增强另一种工艺，即作 为前处理或后处理工艺，其综合性能主要与 其中一种工艺有关。渗氮钢的PVD处理是第 一类工艺的典型代表；而喷涂涂层的电子束 表面重熔则是第二类工艺的典型代表。 第七章 材料复合表面处理技术
第七章材料复合表面处理技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 若根据复合工艺中所采用的单一工艺的属 =性来划分,复合表面处理技术的种类很多, 矿 目前研究较多的有以下四类: 天(1)化学热处理与其它表面技术的复合; (2)电镀与其它表面技术的复合; (3)热喷涂与其它表面技术的复合 (4)多层薄膜复合工艺。它们适用于各种碳 与钢、铸铁、不锈钢、合金工具钢、钛合金 程和塑料等工程材料。 学 况
7 若根据复合工艺中所采用的单一工艺的属 性来划分，复合表面处理技术的种类很多， 目前研究较多的有以下四类： （1）化学热处理与其它表面技术的复合； （2）电镀与其它表面技术的复合； （3）热喷涂与其它表面技术的复合； （4）多层薄膜复合工艺。它们适用于各种碳 钢、铸铁、不锈钢、合金工具钢、钛合金 和塑料等工程材料。 第七章 材料复合表面处理技术
第七章材料复合表面处理技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 化学热处理十薄膜复合工艺 在表面复合处理技术中,化学热处理工艺 主要是对工件进行气体氮化、离子氮化及 业 氮碳共渗。 学 材 氮化十薄膜复合工艺 将氮化与薄膜技术结合起来对钢作表面处 理,可进一步改善材料的摩擦学性能,从 与而提高其承载能力。 程 学 8 况
8 化学热处理＋薄膜复合工艺 在表面复合处理技术中，化学热处理工艺 主要是对工件进行气体氮化、离子氮化及 氮碳共渗。 1．氮化＋薄膜复合工艺 将氮化与薄膜技术结合起来对钢作表面处 理，可进一步改善材料的摩擦学性能，从 而提高其承载能力。 第七章 材料复合表面处理技术
第七章材料复合表面处理技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 化学热处理十薄膜复合工艺 1.氮化+薄膜复合工艺 将氮化与薄膜技术结合起来对钢作表面处 理,可进一步改善材料的摩擦学性能,从而 提高其承载能力。由于氮化后的钢表面有较 深的硬化层(>0.3mm),具有一定的硬度、 科 学 耐磨性和残余压应力,构成了TN、CrN等超 与硬薄膜的理想支承体,其承载能力远远超过 程单一超硬薄膜或氮化物层。 学 9 况
9 化学热处理＋薄膜复合工艺 1．氮化＋薄膜复合工艺 将氮化与薄膜技术结合起来对钢作表面处 理，可进一步改善材料的摩擦学性能，从而 提高其承载能力。由于氮化后的钢表面有较 深的硬化层（>0.3mm），具有一定的硬度、 耐磨性和残余压应力，构成了TiN、CrN等超 硬薄膜的理想支承体，其承载能力远远超过 单一超硬薄膜或氮化物层。 第七章 材料复合表面处理技术
第七章材料复合表面处理技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 化学热处理十薄膜复合工艺 1.氮化+薄膜复合工艺 同时,因为增加了硬化层的总厚度,减少 天了从TN、CrN表面到钢基体之间的硬度梯 度,使得材料表面的耐腐蚀性、耐磨性、滚 料动接触疲劳强度和TN、CrN层的附着性能都 科 学 大为提高 与 程 学 10 况
10 化学热处理＋薄膜复合工艺 1．氮化＋薄膜复合工艺 同时，因为增加了硬化层的总厚度，减少 了从TiN、CrN表面到钢基体之间的硬度梯 度，使得材料表面的耐腐蚀性、耐磨性、滚 动接触疲劳强度和TiN、CrN层的附着性能都 大为提高。 第七章 材料复合表面处理技术