表面工程学课程小结

表面工程学课程小结

1. 表面工程技术：是赋予材料或零部件表面以特殊的成分、结构和性能（或功能）的化学、物理方法与工艺。它的实施对象是固体材料的表面。

基材涉及几乎所有的工程材料，如金属、陶瓷、半导体材料、高分子材料、混凝土、木材、各类复合材料。

表面改性技术：主要指赋予材料表面以特定的物理、化学性能的表面工程技术。 按照工艺特点的不同，表面改性技术可分为：表面组织转化技术，表面涂层、镀层及堆焊技术，表面合金化技术等三大类。

2. 表面、磨损与腐蚀 典型固体表面有：理想表面、洁净表面与清洁表面、机械加工过的表面、一般表面。 最基本的磨损形式：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损。 这些磨损过程的特点 。

影响磨粒磨损过程的因素有：磨粒的硬度、磨粒形状和粒度、工况和环境条件。 影响固体材料粘着磨损性能的因素有：润滑条件或环境、硬度、晶体结构和晶体的互溶性、温度。

腐蚀：按腐蚀机理分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 按腐蚀形态不同分为：全面腐蚀、局部腐蚀。

按环境不同，可将腐蚀分为：湿蚀，干蚀，微生物腐蚀。

电化学腐蚀：指金属在导电的液态介质中因电化学作用导致的腐蚀，在腐蚀中有电流产生。如：电偶腐蚀：在腐蚀介质中，金属与另一种电位更正的金属或非金属导体发生电连接而引起的加速腐蚀。

大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀属于电化学腐蚀。

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化学腐蚀：是金属在干燥的气体介质中或不导电的液体介质中（如酒精、石油等）发生

的腐蚀，腐蚀过程中无电流产生。高温氧化属于化学腐蚀。

电化学保护方法分为阴极保护和阳极保护两大类。

3. 电镀与化学镀

（1）电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其他惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。

合金电镀：在一种溶液中，两种或两种以上金属离子在阴极上共沉积，形成均匀细致镀层的过程叫做合金电镀。

电镀过程中，被镀工件接电源的负极。电镀液分为简单盐镀液和络合物镀液。电镀仅可以改变基材表面性能。 （2）电刷镀

电刷镀的原理及特点：

原理：刷镀时工件与专用直流电源的负极相连，镀笔上的不溶性阳极与正极相连，阳极上的包套蘸上专用电解液，工件与镀笔作相对运动，电解液中的金属离子在电场的作用下向工件表面扩散，并在工件（阴极）表面得到电子后沉积，形成刷镀层。

特点：刷镀不需要电镀槽，具有设备简单、工艺灵便、沉积速度快、镀层与基体材料的

结合力好、镀后不需要机加工且对环境污染小等一系列优点。

a. 中、高碳钢的电刷镀工艺：

1. 电净，电净液，8—15伏，正接，相对运动速度9—18m/min。水冲。 2. 活化，2号活化液，反接，8—15伏，至表面出现均匀碳黑。水冲。 3. 活化，3号活化液，反接，15—25伏，至表面出现均匀的银灰色。水冲。

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4. 镀打底层，特殊镍，先无电擦拭3—5秒，再接通电源，正接，镀厚约0.001—0.002mm,

8—15V，9—18m/min。

5. 镀工作层。正接，8—15V，9—18m/min。镀至要求厚度。

所谓正接是指工件与专用直流电源的负极相连，镀笔上的阳极与正极相连。 b.低碳钢和普通低碳合金钢的电刷镀工艺 上述步骤中不需3号活化液活化。 （3）化学镀

在无外加电流的状态下，借助合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。

优点：不需要外加直流电源、不存在电力线分布不均匀的影响，镀层均匀；只要经过适当的预处理，可以在金属、非金属、半导体材料上直接镀覆； 镀层致密，孔隙少，硬度高，具有极好的化学和物理性能。

完成化学镀的过程有三种方式，即置换沉积、接触沉积、还原沉积。

4. 热喷涂技术

分为喷涂与喷焊。 （1） 喷涂

特点：可在各种基体上制备各种材质的涂层、基体温度低、操作灵活、涂层厚度范围广。

涂层形成的大致过程是：涂层材料经加热熔化和加速 撞击基体 冷却凝固 形成涂层。

涂层中产生孔隙的原因：1.未熔化颗粒的低冲击动能；2.喷涂角度不同时造成的遮

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蔽效应；3.凝固收缩和应力释放效应。

喷涂层与基材的结合机理主要为机械结合。 （2） 喷焊

氧－乙炔火焰喷焊：采用氧－乙炔火焰作为喷焊热源的工艺称为氧－乙炔火焰喷焊技术。

等离子喷焊：采用等离子弧作为热源加热基体，使其表面形成熔池，同时将喷焊粉末材料送入等离子弧中，粉末在弧柱中得到预热，呈熔化或半熔化状态，被焰流喷射至熔池后，充分熔化并排出气体和熔渣，喷枪移开后合金熔池凝固，形成喷焊层的工艺过程。

喷焊层与基材呈冶金结合。喷焊时基材的熔点应该高于喷焊材料的熔点。

5. 表面淬火

表面淬火：采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3(对亚共析钢)或者Ac1(对过共

析钢)之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。

依据表面淬火的热源不同，可以将其分为感应加热淬火、火焰加热淬火、激光淬火和电

子束淬火等。

火焰加热表面淬火：将高温火焰气体喷向工件表面，使其迅速加热到淬火温度，然后在

一定淬火介质中冷却，称为火焰加热表面淬火。

感应加热表面淬火：将工件放在感应线圈内，在高频交流磁场的作用下，产生很大的感应电流，由于集肤效应而集中于工件表面，使受热区迅速加热到钢的临界温度以上，然后在冷却介质中快速冷却，称为感应加热表面淬火。

6. 热扩渗

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