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零件加工表面处理
日期：2020-06-11 人气：
内容提示： 进行表面工程或表面处理的目的是： (1)控制摩擦和磨损， (2)改善抗腐蚀性， (3)改变物理性能，例如，传导率、电阻系数和反射率， (4)修改尺寸， (5)变更外观，例如颜色和粗…
进行表面工程或表面处理的目的是：
(1)控制摩擦和磨损，
(2)改善抗腐蚀性，
(3)改变物理性能，例如，传导率、电阻系数和反射率，
(4)修改尺寸，
(5)变更外观，例如颜色和粗糙程度，
(6)降低成本。
通常的表面处理可以分为两个主要类型：覆盖表面的处理和改变表面的处理。
１.覆盖表面
覆盖表面的处理包括有机涂层和无机涂层。
无机涂层有电镀、转化层、热喷涂、热浸渍、熔炉熔融、或在材料表面涂上薄膜、玻璃、陶瓷。
电镀是一种在电镀槽通上电流使金属沉淀在基体上的电化学过程。
通常有一个阳极(正电极)，是要沉淀材料的来源；电化学反应是使金属离子交换并迁移到要覆盖基体上的中间过程；以及一个阴极(负电极)，即要覆盖的基体。
电镀在通常为非金属容器(一般是塑料)的电镀槽中进行。该容器装满了含有离子态被镀金属的电解液。
阳极与电源正极相连。阳极通常为被镀金属(假定该金属能在电解液中腐蚀)。为了操作容易，该金属呈固体小块形式并置于由抗腐蚀金属(如钛或不锈钢)制成的惰性金属筐内。
阴极是工件，即要镀的基体，连接到电源的负极。很好地调节电源使波动最小化并在载荷变化情况(如同电镀容器中看到的那样)下提供稳定的可预知电流。
一旦通上电流，来自溶液的正的金属离子被吸引到带负电的阴极并沉淀在其上。作为这些沉淀离子的补充，来自阳极的金属被溶解并进入溶液平衡离子势能。
热喷涂工艺：热喷涂金属涂层是金属熔化后立即投射到基体上形成的金属沉积层。所用的金属和应用系统都可以变化，但大多数应用都是在要求改善抗腐蚀或耐磨性能的表面涂上薄层。
热喷涂是用于很大一类相关工艺的一个通用术语，喷涂到表面产生涂层的熔化小滴可以是金属、陶瓷、玻璃和/或聚合物，形成独立的近似纯形或产生具有独特性能的设计材料。
大体上，有稳定熔化状态的任何材料都可以热喷涂，范围宽阔的纯净和合成材料一般都能喷涂用于研究及工业目的。其沉积率与可供选择的涂层技术比较是很高的。
沉淀厚度普遍为0.1到1mm，对某些材料则沉淀厚度可以达到1cm以上。
喷涂金属的应用工艺相对简单并由下列阶段组成：
(1)在喷枪内熔化金属。
(2)通过压缩空气将液态金属喷涂在准备好的基体上。
(3)熔化微粒投射在清洁过的基体上。
现在有两种主要的金属丝应用类型可选用，也就是电弧喷涂和气体喷涂。
电弧喷涂—当一对金属丝通过手持喷枪连到一起时，通上电横过其末端划燃电弧。压缩空气吹过电弧使其雾化并驱使自动送料金属丝微粒到准备好的工件上。
气体喷涂—连续移动的金属丝在燃烧火焰喷射中通过手持喷枪，并被燃烧气体的锥形喷嘴所熔化。熔化后的金属丝顶端进入锥体雾化并驱使其到基体上。
薄膜涂层：物理蒸发沉淀(PVD)和化学蒸发沉淀(CVD)是两种最常见薄膜涂层方法的类型。
物理蒸发沉淀涂层涉及到在真空装置内各种各样的材料原子紧靠原子、分子紧靠分子或离子沉淀于固态基体上。
热蒸发利用涂层金属在真空环境中蒸发形成的微粒子雾将基体和靶材之间可见范围内所有表面覆盖。在塑料零件上生成较薄(0.5μm)的、装饰性的、有光泽的涂层时常常用到它。
然而，这种薄涂层是易碎的并不适合用于磨损场合。热蒸发工艺也能在喷气发动机零件上覆盖很厚(1mm)的耐热材料涂层，例如MCrAIY—一种金属、铬、铝和钇合金。
反应溅射法通过在氩真空设备中连接工件和具有特定成分的材料到高压直流电来应用诸如陶瓷、金属合金、有机和无机化合物之类的高技术涂层。
等离子区形成于基体(工件)和靶材(原料物质)之间并将被溅射的靶材原子转移到基体的表面上。
如果基体不导电，例如聚合物，则采用射频(RF)溅射代替。反应溅射法可以生成较薄(小于3μm(120μin))的、坚硬薄膜涂层，像比最硬金属还硬的氮化钛(TIN)。
现在反应溅射法已被广泛应用于切削刀具、成型工具、注射模具和诸如冲头和冲模之类的通用器具，以增强其耐磨性和使用寿命。
化学蒸发沉淀能在金属和像玻璃和塑料之类的非金属上生成较厚的、致密的、有延伸性的和带良好粘性的涂层。与物理蒸发沉淀在“可见范围”对比，化学蒸发沉淀能将基体的所有表面都覆盖。
常规的化学蒸发沉淀涂层工艺需要一种容易在相当低温度下挥发并且在较高温度下与基体接触时能分解成纯金属的金属化合物。
最为人熟知的化学蒸发沉淀例子是在玻璃窗和容器上镀厚为2.5mm(0.1in.)的羰基镍(NiCO4)涂层使它们能抵抗爆裂或破碎。
为增加切削刀具表面硬度引入了钻石化学蒸发沉淀涂层工艺。可是此工艺要在高于700℃(1300℉)的温度下才能实现，这温度会软化大多数工具钢。
因而钻石化学蒸发沉淀的应用受到材料限制，要求材料在此温度下不软化例如硬质合金。
等离子体辅助化学蒸发沉淀涂层工艺可以在比钻石化学蒸发沉淀涂层低的温度下操作。这种化学蒸发沉淀用于在塑料膜和半导体(包括人工0.25μm半导体的情况)上覆盖钻石涂层或碳化硅隔离涂层。
２.改变表面
改变表面的处理包括淬火处理、高能加工和特殊处理。
高能加工是相对较新的表面处理方法。它们能在不改变表面尺寸的情况下改变表面性能。
电子束处理：电子束处理在靠近表面很浅(100μm)的区域通过用电子束快速加热并以106℃/秒等级快速冷却来改变表面性能。这种技术也被用于表面硬化产生“表面合金”。
离子注入：离子注入采用电子束或等离子体通过真空室内磁性线圈加速以足够的能量将气体原子撞击为离子，并把这些离子嵌入基体的原子点阵中。离子注入和金属表面之间的错配产生了硬化表面的原子瑕疵。
激光束处理：与电子束处理类似，激光束处理通过在靠近表面很浅的区域快速加热和快速冷却来改变表面性能。它也可以用于表面硬化产生“表面合金”。
但初步结果看来是有前途的。高能加工需要进一步的开发，特别是注入剂量和处理方法。
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