表面与界面(3-1)摘要.pptVIP

材料的表面与界面Surfaces and Interfaces in Materials 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 第3章 金属表面处理方法 * * 3.1 金属表面热渗镀 定义：用加热扩散的方法把一种或几种元素渗入基体金属的表面，可得到一扩散合金层， 同时表面上还会残留一层很薄的覆层—热渗镀。 特点：（1）靠热扩散形成表面强化层，结合力很强。 （2）热渗镀材料的选择范围很宽。 作用：渗入不同元素，可得到不同的表面组织和表面性能， 包括耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、耐高温氧化性。 分类：（1）粉末包渗法 （2）液渗法 （3）气渗法： （4）离子轰击渗镀法： （5）复合渗 3.1.1 金属表面热渗镀方法的特点与分类 3.1 金属表面热渗镀 热渗镀方法的基本过程为： ①介质中发生化学反应，提供界面反应所需要的反应物。 ②反应物扩散到金属表面—外扩散。 ③反应物粒子被金属表面吸附，发生界面反应。 ④界面反应产生的活性原子被金属表面吸附并向内部扩散—内扩散。 以上四步中：第①和②步速度较快，不会成为控制步骤，第③和④步哪一步能成为控制步骤，可根据渗层深度（x）与时间（t）的关系来判定。 如果x 与t之间为抛物线关系，则扩散阻力较大，第④步为控制步骤。如果x 与t关系为线性，则内扩散速度较快，第③步为控制步骤。 一般来说，过程初期金属表面渗剂浓度较低，界面反应（第③步）为控制步骤，到一定程度渗剂元素在金属表面浓度达一定值，内扩散成为控制步骤。 3.1.2 金属表面热渗镀方法的原理 3.1 金属表面热渗镀 渗层是基体金属和溶入元素原子混合或化合组成的薄层合金，渗层的形成需要如下条件： （1）渗入元素必须能与基体金属形成固溶体或金属间化合物。 影响固溶体或金属间化合物形成的重要因素有： 原子相对大小, 原子间的化学亲合力, 点阵类型。 （2）渗入元素与基体之间必须保持紧密接触，或者说渗入元素可以在界面处被吸附。 （3）必须保持一定的温度，使原子获得足够的扩散动力。 （4）生成活性原子的化学反应必须满足一定的热力学条件，渗剂活性原子一般是依靠化 学反应来提供的。 以气固渗剂为例，假定采用金属氯化物为渗剂气体可有以下三种化学反应： 置换反应：A ＋MCl2(气) → ACl2＋[M] 还原反应：MCl2(气) ＋H2 → 2HCl＋[M] 分解反应：MCl2(气) → Cl2＋[M] 3.1.3 金属表面热渗镀渗层形成条件 3.1 金属表面热渗镀 （1）渗层的形成 渗层形成的过程为：吸附 → 界面反应 → 内扩散 → 渗层 （2）渗层的组织特点 (a)有无限固溶体相图的渗层组织 渗层组织为单相二元固溶体组织，由表到里浓度逐渐变化。 (b)有限固溶体相图的渗层组织 (c)有限固溶体并有中间化合物形成的渗层组织 3.1.4 金属表面热渗镀渗层组织特点 3.1 金属表面热渗镀 钢铁表面热浸镀锌的基本过程为： 铁表面与液态锌润湿并发生相互溶解形成Fe—Zn合金层， 合金层中锌原子向铁基体中扩散形成铁锌固溶体和化合物， 合金表面包络一薄层锌。 热镀锌层的组织特点: 钢铁表面热镀锌方法： 预处理（清洁作用） ↓ 溶剂处理（去除工件表面铁盐、铁锈） ↓ 镀锌（注意控制温度和取出工件的速度） 锌熔点：419.5℃。钢铁工件镀锌最佳温度：620℃。灰铸铁工件最佳温度：540℃。 纯锌层的主要作用：提高塑性，保护内部不被腐蚀。 钢铁表面热镀锌的性能特点：防腐 钢铁表面热镀锌方法的应用：螺母、螺栓、弹簧、钢管、钢板、钢丝。 3.1.5 金属表面热渗镀方法的实际应用 （1）热浸镀锌 3.1 金属表面热渗镀 钢中含8%Al时，表面可形成致密氧化膜，提高抗氧化和抗腐蚀性能，但8%Al会使钢变得很脆，渗铝可解决之。 钢铁表面热渗镀铝方法：热浸铝、固体粉末渗铝、喷镀渗铝法、料浆渗铝法、气体渗铝法等。