机械工程材料第2版 作者 王章忠 主编 第十三章.pptVIP

第一节 概 述 （一）提高材料的表面损伤失效（或从表面开始的失效）抗力 磨损和腐蚀是最重要的表面损伤失效形式，据统计，因磨损、腐蚀失效造成的经济损失分别可达国民经济总产值的1%～2%和4%～5%。绝大多数疲劳断裂也主要是从表面开始而逐渐向内部发展的。由于磨损、腐蚀和疲劳断裂是产品（零件）的最主要失效形式，而它们又主要是发生在材料表面或开始于材料表面，因此，通过表面技术，提高材料表面的耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性能，可有效地保护或强化零件表面，防止失效现象。 材料表面技术的目的与作用  这些功能包括电性能（如导电性、绝缘性），热学性能（如耐热性、热障性），光学性能（如反光性、吸光性及光致效应），电磁特性（如磁性、屏蔽性），声学性能及吸附、分离等各种物理性能和化学性能。 材料表面技术的目的与作用  如采用热喷涂、堆焊等表面技术修复已磨损或腐蚀的零件，用表面蚀刻、扩散等工艺制作晶体管及集成电路等。 材料表面技术的目的与作用  材料表面技术可以有效地且最经济地改善表面性能或赋予基体材料所没有的表面特性，因而其应用极其广泛。既可满足表面耐磨、耐蚀、强化、加工与装饰的需要，又可开辟光、电、磁、声、热、化学与生物等方面的特殊功能领域。所涉及的基体材料包括金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料，其中主要是金属材料。 材料表面技术的应用  结构材料主要用来制造各类结构零件及工具，它以力学性能为主，同时在许多场合还兼有某些物理或化学性能要求（如耐蚀性、耐热性等）。表面技术在此方面主要起着耐磨、耐蚀、强化、修复加工及装饰等作用。如在钢件上喷涂一层Zn85Al15合金，可使其在海水中耐蚀20～40年；在刀具上沉积一层超硬TiN薄膜，可提高其工作寿命几倍乃至几十倍；大功率曲轴的轴颈磨损后可通过热喷涂或堆焊技术进行修复。 材料表面技术的应用  表面技术能有效地赋予材料表面优良的特殊物理、化学和生物等性能及其相互转化的功能，可用来制备或改进一系列功能材料及元器件。如导电玻璃、太阳能选择吸收膜、电磁屏蔽材料、吸声涂层、吸热及散热材料、分离膜材料等。尤应受到重视的是具有功能转换特性的功能材料与器件，如薄膜太阳能电池、电致发光器件、薄膜发热材料、光磁记录材料等。 材料表面技术的应用  先进的新材料具有更加优异的性能，是高新技术的重要组成部分及发展基础。表面技术对其研究和生产上的作用十分重要，如利用气相沉积技术生产金刚石及立方氮化硼等超硬薄膜、钇钡铜高温超导薄膜、纳米粉粒材料及梯度功能材料等。 材料表面技术的应用  材料表面技术对促进绿色革命起着十分重要的作用，如各种膜材料、纤维材料具有高效吸收、分离、过滤及生化功能，可用于大气与水质净化、抗菌灭菌、三废处理、活化介质及生物医学与生物工程。 表面技术的作用原理、工艺特点及应用范围各不相同，其种类很多，目前尚无公认统一的分类方法。若按学科特点分类，表面技术大致分为下述三方面。 表面技术的分类 按工艺特点，表面覆层技术包括各种镀层技术（电镀、化学镀等）、热喷涂技术、涂料涂装技术、陶瓷涂敷技术、化学转化膜技术、堆焊技术、气相沉积技术、着色染色技术等。 表面技术的分类 包括表面扩渗技术、喷焊堆焊、激光合金化、离子注入技术等。 表面技术的分类 这种表面技术不改变材料表面成分而仅改变其表面组织，包括各种表面淬火（感应加热、激光加热、电子束加热）、表面形变强化（如喷丸、滚压）等。 第二节 电镀和化学镀 电镀的历史悠久，随着现代工业和科学技术的发展，新的电镀材料和电镀工艺技术方法不断涌现，大大拓展了这项表面技术的应用领域。其镀层材料可以是金属、合金、半导体等，基体材料也由金属扩大到陶瓷、高分子材料；电镀覆层广泛用于耐蚀、耐磨、装饰及其它功能性镀层（如磁性膜、光学膜）。 电 镀 单金属电镀是指电镀液中只含一种金属离子，电沉积后形成单一金属镀层的方法。常用的单金属电镀有镀锌、镀铜、镀镍、镀铬、镀锡和镀镉等，其中又以镀铬最为主要。 镀铬层具有高的硬度与耐磨性、耐蚀性和美观的表面，故常用于耐磨、耐蚀和装饰场合，如冷作模具镀铬、发动机活塞环镀铬、自行车零件镀铬、照相机零件及餐具镀铬等。镀铬液主要由含有少量硫酸的铬酐（CrO3）组成。 电 镀 在零件（阴极）上同时电沉积出两种或两种以上金属的镀层称为合金电镀。它具有两大突出特点：其一是合金镀层具有许多单金属镀层所不具备的优良特性，如外观颜色、耐磨、耐蚀及某些功能特性；其二是可以制备高熔点金属和低熔点金属组成的合金（如Sn-Co）、难熔合或不熔合的合金（如Cu-Pb）、非晶态合金（如Ni-P）